10-表面技术概论---涂层设计篇.ppt

表面技术概论  表面分析方法及表面技术设计篇 山东科技大学材料科学与工程学院 2013 1 表面分析技术 涂层的分析与检测有共性和特性之分 涂层的共性检测包括外观、厚度、硬度、残余应力、界面结合力、孔隙率测量和显微组织观察等 特性分析包括耐磨、耐蚀、耐高温、抗氧化、导电性检测等。 1.9 涂层相分析 2 表面工程技术设计 以系统的观点对表面工程诸多方面进行总体优化、综合运用，并实施科学的技术管理。 主要内容： 1.所采用的材料设计 2.表面合金涂层设计 3.表面工程的工艺设计 4. 工艺过程控制(参数的确定) 5. 测试方法与检验标准 6. 寿命的估算 2.1 复合表面技术及其设计 原来的单一的表面技术由于其固有的特点和局限性．往往不能满足这些苛刻要求。 将两种或多种表面技术以适当的顺序和方法加以组合，或以某种表面技术为基础制造复合涂层或改性层的一些技术，即复合表面技术。 2.1.1 以增强耐磨性为主的复合表面技术 1、电镀、化学镀复合涂层： 使金属和不溶性固体微粒共沉积，可以获得各种微粒弥散金属基复合镀层。 镍溶液加入1～3μm的SiC的微粒，可获得Ni—SiC(质量分数2.3％~4.0%)复合镀层，用于镀覆发动机气缸内壁，缸壁的磨损量为普通铁套汽缸的60％；电镀Ni-SiC复合镀层的耐磨性比普通镀镍层提高70%； Co-Cr3C2：镀层在800℃以下仍能保持高的耐磨性．在400~600℃时其耐磨性远优于镍基复合镀层 。 经热处理后的化学镀Ni-P-Si镀层的耐磨性比未热处理的化学镀镍层高15~20倍。 2、功能梯度涂层 功能梯度涂层可使基体到涂层的成分逐渐变化，能形成一个缓和应力的过渡层。这样既保证了涂层与基体的结合，又保证了涂层在使用环境中的特殊性能。 热喷涂 离子束辅助沉积 多次喷涂＋激光熔覆获得镍基合金＋WC涂层 3、多层复合涂层 合理地设计和制备多层复合涂层可以使其获得高的膜基结合强度、高耐磨性、高耐蚀性、高的综合塑性和强度等特殊性能。 注意： (1)涂层与基体、涂层与涂层在结构上的合理匹配能得到低的界面能和高的结合强度。因此，应尽量使涂层间的晶体结构相同或相近、晶格常数相近。 (2)涂层与基体元素亲和力好，在制膜工艺条件下如能相互扩散形成间隙或无限固溶体，可大大提高结合强度；涂层间如具有优良的互溶性，能使涂层间没有明显的分界面，则层间结合力高。 (3)涂层与基体(或涂层)的热膨胀系数值应相近。 (4)对重载工况下的涂层，要求基体有足够的支承强度、足够高的硬度和韧性。如TiC涂层变形量达2％时即发生破裂，其基体材料的硬度应在50HRC以上，含碳量应＞0．5％。硬质合金和高碳高合金钢是制做冷作模具和刀具涂层的良好基体材料。 在气相沉积中，TiC、TiN、TiCN和α-Al203都是面心立方晶格，具有相近的热膨胀系数、良好的互溶性和化学稳定性，可作为复合涂层的子涂层以供选择： 在CVD中，TiC与基体元素在高温下能发生强烈相互扩散，可得到很高的结合强度，很适于做复合涂层的底层； TiN具有良好的化学稳定性和抗粘着磨损的能力，又呈美丽的金黄色，是最适宜的一种外表层； 而TiCN的性能介于两者之间，故设计多层复合涂层时，常以TiC做底层，TiN为表层，TiCN做过渡层。 基体＋TiC+TiCN+ TiC+TiCN+ TiC+TiCN+TiN 2．2 表面工程工艺设计 表面工程工艺设计包括对工件、材料进行表面预处理及工程施工全过程中的表面技术的选择，所用材料的选择，工艺装备的选用或设计，涂层结构和性能设计，工艺规程的制定等内容。 8.2.1 表面工程技术的选择原则 一、适应性原则 ---- 适合的工艺 二、耐久性原则 ---- 高寿命 三、经济性原则 ---- 低成本 适应性原则 首先要清楚: 1. 工件的技术要求和特点：材料、热处理状态、表面成分、组织、硬度、加工精度和粗糙度等要求；是否是薄壁、细长等易变形件，对受热的适应程度如何? 2.零件的工作条件：载荷性质和大小、相对运动速度、润滑条件、工作温度、压力、湿度、介质情况等。 3. 修复件的损坏情况：失效形式，损坏部位、程度及范围，如磨损量大小，磨蚀面积、深度，裂纹或断裂形式、尺寸等。 4.零件的制造(或修复)工艺过程：当表面工程技术的使用只是作为零件制造(或修复)工艺流程中的—个或一组工序时，要明确它在其中所处的位置，与前后工序衔接的要求，及应采用的工艺措施。 耐久性原则－－－要提高寿命 使用耐久性系数K（寿命比）来衡量 磨损件：相对耐磨性ε来衡量 ε＝ WH / WT WH—未经表面强化件的磨损量 WT---经表面强化件的磨损量 ε越大其寿命越长。 经济性原则 ---- 低成本 要针对企业的