表面化学处理方法范例(3篇)
表面化学处理方法范文
关键词模具表面;激光相变硬化;强化;耐磨性
改革开放科学发展以来,我国机械工程行业迅猛发展,航天、汽车制造等精密仪器领域对模具的精密度、加工质量和使用寿命要求不断提高,对模具工业提出了更高的要求。提高模具的精密度、加工质量和使用寿命,是重要的研究课题。工业历史沿用的金属非金属表面强化处理是提高模具质量和使用寿命的重要途径,对于改善模具的综合性能、大幅度降低成本、充分发挥传统模具潜力,具有重要意义。常用模具表面强化处理工艺有化学热处理:渗碳、碳氮共渗等;表面复层处理:堆焊、热喷涂、电火花表面强化、pvd和cvd等;表面加工强化处理:喷丸等。历史沿用技法工艺较为复杂,处理周期较长,存在后期变形较大。近年来,随着大功率激光器的出现及激光加工技术在工业上的应用日趋广泛、成熟,为金属非金属模具表面的强化提供了一种新的技术。
1模具表面激光强化处理技术
模具表面激光强化处理的常用方法有以下若干几种:
激光相变硬化(lth),激光表面熔化处理(lsm),激光表面涂覆及合金化(lsc/lsa),激光表面化学气相沉积(lcvd),激光物理气相沉积(lpvd),激光冲击(lsh)和激光非晶化等。已被研究用于提高模具寿命的方法有激光相变硬化和激光表面熔覆和合金化,通常研究和利用激光相变硬化技术提高模具寿命的原理和技法。
激光相变硬化(激光淬火)是利用激光辐照到金属表面,使其表面以很高的升温速度迅速达到相变温度而形成奥氏体,当激光束离开后,利用金属本身热传导而发生“自淬火”,使金属表面发生马氏体转变。与传统淬火方法相比,激光淬火是在急热、急冷过程中进行的,温度梯度高,从而在表面形成了一层硬度极高的特殊淬火组织,如晶粒细化、高位错密度等。其淬火层的硬度比普通淬火的硬度还高15%~20%。淬硬层深度可达0.1~2.5mm,因而可大大提高模具的耐磨性,延长模具的使用寿命。
2激光相变硬化(激光淬火)强化加工系统的组成
激光相变硬化(激光淬火)强化系统为一个具有多轴联动的激光强化加工系统,它由3部分组成:第一部分为激光器系统,由激光头、激励电源、冷却系统和谐振腔参数变换装置组成;第二部分为光束传输与变换装置,把激光束按加工要求引导到待处理零件表面,同时对激光束进行空间强度分布的变换,以满足对模具表面不同受力部位进行有效的强化处理。光束经变换后即可在模具表面产生所需的强化单元,通过多轴联动的数控系统即可对模具的三维曲面进行可控、快速和有效地强化处理;第三部分为计算机数控系统,控制激光工作头和数控工作台等多轴运动,其激光束相对于工件的运动轨迹决定了强化的带形状,以实现复杂模具表面的激光强化处理。
3激光相变硬化(激光淬火)强化处理工艺
模具工件加工表避面预处理涂层:当激光器确定后,金属材料对激光的吸收能力主要取决于其表面状态。一般需激光处理的金属材料表面都经过机械加工,表面粗糙度值很小,其反射率可达80%~90%,使大部分激光能量被反射掉。为了提高金属表面对激光的吸收率,在激光热处理前要对材料表面进行表面处理(常称黑化处理),即在需要激光处理的金属表面涂上一层对激光有较高吸收能力的涂料。
表面预处理的方法包括磷化法、提高表面粗糙度法、氧化法、喷(刷)涂料法、镀膜法等多种方法,其中较为常用的是磷化法和喷(刷)涂料法。常用的涂料骨料有石墨、炭黑、磷酸锰、磷酸锌、水玻璃等,也有直接使用碳素墨汁和无光漆作为预处理涂料的。对于有些低碳钢材料,在其表面用炭黑粉末处理,在进行激光淬火时可起渗碳作用。我们采用上海光机所研制的黑化溶液,工艺处理方法简单,可直接喷刷在模具工件表面,激光吸收率达90%以上。
激光相变硬化(激光淬火)强化系统工艺参数优化设定:激光相变硬化工艺参数主要有激光器输出功率p,光斑大小d及扫描速度v,在其它条件一定的条件下,激光硬化层的深度h与p、d、v有如下关系:h=p/(d.v)。为了得到最优工艺参数,基本方法是根据已有成功的资料,确定一个工艺参数范围,再以p、d、v三个因子,各取3个水平,做出正交试验表在试件上进行试验研究。通过激光相变硬化实验说明:在一般情况下,激光功率越高,硬化层越深;扫描速度越大,硬化层越浅。当激光功率越大,扫描速度增强,光斑直径变小的工艺参数条件下,淬火层的硬度及硬化层深之间的关系逐渐增强。从中可看出,经激光处理后材料表面的硬度有较为显著的提高。
4模具硬化层剩余应力和耐磨性
在激光硬化处理过程中,金属材料表面组织结构的变化及表面相对于材料内部温差的产生和消失,必将产生残余应力。残余应力的大小和分布状况对模具的实用性能有很大影响,激光硬化产生的残余应力沿淬硬层深的分布情况由激光功率和上述工艺参数决定深浅和范围面积大小。由此可见,激光相变硬化在模具表面产生较大的残余压应力,能有效地防止疲劳裂纹的产生,提高模具的疲劳寿命。模具表面的耐磨性能与模具材料的显微结构、晶粒大小、硬度高低、表面状态等多种因素有关,而这些因素又受激光相变硬化工艺参数的影响,因而激光相变硬化强化系统的工艺参数直接影响模具的耐磨性能。激光功率及扫描速度对模具工件耐磨性能的影响效果显著。由此可见,在一定范围内,当扫描速度一定时,提高功率耐磨性有所增加;在功率一定时,扫描速度的提高也有助于提高耐磨性,可见采用激光强化技术能大大提高材料的耐磨性能。
通过对几种不同的模具材料所进行的激光强化处理,与实际工况进行检查,说明采用激光强化技术能大幅度提高模具的使用寿命,而冷冲模的强化效果更为明显。模具使用寿命明显增加,实践由冲压2.5万件提高到10万件,即寿命提高3~4倍。采用激光强化技术优越性在于:可依据模具的形状特点、使用要求在指定区域内进行,对模具表面质量无损害。采用激光强化处理的模具可直接投入工业使用,降低模具制造成本;用软件实现激光强化处理工艺参数的自动化、处理过程的仿真和即时监控及处理后表面组织结构和性能的检测,实现复杂形状模具的智能化处理。采用熔覆和合金化在低成本金属模具表面得到其它成分的合金微观组织,加工得到机械性能优秀的模具,提高模具表面耐磨、耐蚀和耐热性能。
参考文献
[1]李儒荀,平雪良.连续激光强化模具刃口的工艺研究[j].电加工,1995(6).
[2]陈大明,徐有容.模具钢表面激光熔覆硬面合金层改性研究[j].金属热处理,1998(1).
表面化学处理方法范文篇2
关键词：金属防腐涂层；表面预处理；附着力；重要性
Abstract:throughtheanalysisoftheroleofthesurfacepretreatmentofthemetalanti-corrosioncoatingadhesion,illustratesthemetalsurfacepretreatmentbeforepaintingworkfortheimprovementoftheimportanceofprotectivecoatingadhesionofmetalstructure,thispaperexpoundsthedifferentsurfacepretreatmentmethodsontheeffectsofprotectivecoatingadhesion
Keywords:metalanti-corrosioncoating;Surfacepretreatment;Adhesion;Theimportanceof
中图分类号：F407.4文献标识码：A
防腐就是通过采取各种手段，保护容易锈蚀的金属物品的，来达到延长其使用寿命的目的。采取有效的防腐措施，如在金属表面涂刷防护涂层，是防止腐蚀的主要手段之一，而防护涂层与金属表面间的良好附着力是保证防护涂层有效防护寿命的前提，金属表面涂刷的防护涂层通常是靠涂料分子与金属表面极性基团之间的范德华力相互吸引以及基料、颜料与金属铁之间的化学反应，使涂层紧密覆盖在金属表面，达到保护金属的目的。因此，涂装前金属表面应尽可能除去非铁物质，使金属铁在表面，才能保证涂层与金属表面间具备足够的结合力以达到好的防护效果。
一、金属表面预处理重要性和原则
1．金属表面预处理重要性
金属表面预处理是一种为表面防护处理提供适当金属表面状态的加工技术，它不仅指除去金属表面的铁锈，还包括除去覆盖在金属表面的氧化皮、旧涂层、油脂、焊接残留物、灰尘及盐分等其他附着物，同时也包括对金属不规则表面的处理。
在防腐中，表面预处理是一项基础工作，对涂层性能的影响最为重要，仅仅只是选择了恰当的涂层，如果表处理做得不好，涂层的性能就会很糟糕，但如若金属的表面处理做得好，涂层的附着力就会得到有效的保证。
2．金属表面预处理中要遵循以下几个原则：
（1）克服光滑表面对涂层性能的不良影响
在钢工件中，通常的做法是通过喷丸处理，把工件表面处理成砂纸那样粗糙，即出现人们通常所说的机械齿。需要注意的是，表面粗糙度也不是越糙越好，这需要一个度，粗糙度大，涂层不能全部覆盖，粗糙度小，涂层附着力就会降低。
（2）消除表面污物对涂层的有害影响
由于表面污物种类繁多，针对不同材质的金属，其处理方式也会多样化，这里以钢为例，处理好的涂层，能有效隔绝水气与钢材接触，从而避免水这种电解质对钢材的腐蚀。
二、涂装前金属表面处理情况对防护涂层附着力的影响
建筑金属表面处理方式主要有：喷砂清理、动力工具打磨处理、酸洗及磷化处理等。这些表面处理方式的原理是：应用机械或化学的方法，清除其表面的氧化皮、锈蚀及其他附着物；应用机械方法处理影响涂层寿命的不规则表面。
1．机械方式处理后的表面质量对涂层附着力的影响
喷砂清理与动力工具打磨处理均属于机械处理方式。喷砂清理是将磨料(钢丸、钢丝段、棱角钢砂等)以高速喷射至被处理的建筑金属表面，产生打击和磨削作用，除去金属表面的氧化皮、锈蚀及旧涂层等附着物，让金属表面露出金属本色，并获得合适的粗糙度，以利于涂料的粘附；试验证明，涂装前金属表面粗糙度直接影响涂层与底材之间的附着力和涂层厚度的分布，对涂层的保护性能有很大的影响。涂层附着于金属表面主要靠涂料分子与金属表面极性基团之间的范德华力相互吸引以及基料、颜料与被保护金属之间的化学反应。金属在喷丸除锈后，随着表面粗糙度的增大，涂料与金属接触的表面积也增大了，涂层与建筑金属表面之间的范德华力以及可发生化学反应的接触面积也相应增大，这样必然会提高涂层的附着力。喷砂清理，特别是喷射具有棱角的磨料，不仅会增加金属表面积，而且还为涂层附着提供了合适的表面几何形状，使得涂层与金属表面之间除了范德华力外，还有机械的齿合作用，对涂层的附着就更加有利。
但粗糙度要适当，如果太大，也会不利于涂层的保护性能。与光滑的表面比较，涂料用量一定，粗糙表面上涂层的有效厚度就要低得多，容易导致波峰处的涂层厚度不足，早期的锈蚀一般就会从这里开始。另外，粗糙度过大，在较深的凹坑内就可能截留气泡，成为涂层起泡的根源。经验表明，对于通常的防腐涂装来说，金属表面最大粗糙度的数值一般不应超过100μm，较合适的范围是40～75μm。对于金属的不规则表面，在喷砂清理前，所有切割产生的锐边以及钢板上烧焊留下的痕迹，要分别进行打圆或其他处理。要得到圆滑的边缘，对钢板边缘可以采用动力工具打磨的方式进行处理，将90°或尖锐边角变成两个钝角，而锐边的圆角可指定一个最小半径范围，如R=2mm，这样，喷砂处理之后，边缘就会足够圆滑以便涂装。
2．化学方式处理后的表面质量对涂层附着力的影响
酸洗、磷化处理及溶剂擦洗均属于化学处理方式。酸洗是应用无机酸或有机酸与金属表面的氧化皮、铁锈发生化学反应，生成可溶性铁盐，然后将其从建筑金属表面清除的工艺手段；磷化是指在金属表面通过化学方法处理，生成各种不溶于水的金属磷酸盐膜层的过程，这种方式可提高金属表面的抗腐蚀能力，同时磷化膜作为涂料保护的底层，还可提高滑动面的耐磨耗性能。
3．表面预处理后清洁作业对涂层附着力的影响
通过一定的处理方式清除掉表面的氧化皮、锈蚀产物、旧涂层、油脂、焊接残留物、灰尘及盐分等各种附着物，并对建筑金属的不规则表面处理圆滑后，会在金属表面留下一些副产物，为确保涂料与被涂表面的附着力，在涂装作业前，应对被涂表面进行清洁处理。各种表面处理作业在金属表面留下的副产物有：废磨料、灰尘、盐分、污油、污水等，有时还会留下作业时的粉笔记号、标志涂料等，那么，涂装前表面清理工作的主要内容就是对这些会对涂层附着力产生影响的副产物加以清理。这些需要除掉的副产物可通过清水冲洗、压缩空气吹干、擦除等方法清理，其中的标志涂料如果与待涂装的涂层属同一类型，可不必完全清除，只需做必要的表面清洁。上述这一系列的表面预处理工作，对保证涂层与金属之间的附着力具有重要的影响，在工作中应给予足够的重视。
综上所述，金属表面预处理对增强涂层与金属之间附着力、提高涂层对金属防腐作用十分重要，如果金属表面不经处理就涂装金属防腐防护涂层，涂层与金属表面之间无法获得足够的附着力，会大大降低防护涂层对金属防腐作用，即使涂层采用高质量的材料，也很难保证防腐体系的有效期。涂装前良好的表面处理，对提高金属的使用寿命可以起到事半功倍的效果。采用好的涂层配套体系，就如同给金属结构“穿”上了一件挡风御寒的外衣，这件外衣牢牢地附着在钢结构表面，持久地担当起保护金属的重任。
参考文献：
【1】刘小风，曹晓燕，满瑞林等.镀锌钢板稀土镧盐钝化工艺[J];腐蚀与防护;2011.06
【2】孟履祥.纤维塑料筋部分预应力混凝土梁受弯性能研究[D];中国建筑科学研究院;2005
表面化学处理方法范文
关键词：工程车辆；发动机；维修
中图分类号：TK402文献标识码：A文章编号：1674-7712（2012）16-0151-01
一、材料表面强化技术的组成
材料表面强化技术是通过各种表面涂层技术与表面改性技术提高维修质量的工程方法。利用各种物理、化学或电化学、机械或电子的工艺过程，以满足零件表面的技术要求。针对各种零件表面的失效形式特征和机理，综合或复合应用各种材料表面强化技术进行维修与防护，广泛应用于制造行业和维修行业机械设备的防腐、耐磨、装饰或赋予零件表面特殊性能。材料表面强化技术种类较多，但常见的主要有以下三种，表面沉积强化技术、改变表面成分强化技术和改变表面组织强化技术。
（一）表面沉积强化技术
表面沉积强化是在零件表面加入或沉积与基体成分不同的材料，以获得强度高、耐磨性与抗蚀性好的表面层，主要包括表面薄膜强化和表面冶金强化。
1.表面薄膜强化
应用物理的或化学的方法，在金属表面涂覆于基体材料性能不同的强化膜层，称为表面薄膜强化。它包括电镀、化学镀（镀铬、镀镍、镀铜、镀银等）以及复合镀、刷镀或转化处理等，也包括近年来发展较快的高新技术：如CVD、PVD、P-CVD等气相沉积薄膜强化方法和离子注入表面强化技术（也称原子冶金技术）等等。它们共同的特点是均能在工作表面形成特定性能的薄膜，以强化表面的耐磨性、耐疲劳、耐腐蚀和自等性能。
2.表面冶金强化
利用工件表面层金属的重新融化和凝固，以得到预期的成分或组织的表面强化处理技术称为表面冶金强化。包括表面自溶性合金或复合粉末涂层、表面融化结晶或非晶态处理、表面合金化等方法。特点是采用高能量密度的快速加热，将金属表面层或涂覆于金属表面的合金化材料熔化，随后靠自己冷却进行凝固以得到特殊结构或特定性能的强化层。这种特殊的结构或许是细化的晶体组织，也或许是过饱和相、亚稳相、甚至是非晶体组织，这取决于表面冶金的工艺参数和方法。
（二）化学热处理强化
利用某种元素的固态扩散渗入，来改变金属表面层的化学成分，以实现表面强化的方法称为化学热处理强化，也称之为扩散热处理。包括渗硼、渗金属、渗碳及碳氮共渗、渗氮及氮碳共渗、渗硫及硫氮碳共渗、渗铬、渗铝及铬铝硅共渗、石墨化渗层等等，种类繁多、特点各异。渗入元素或溶入基体金属形成固溶体，或与其他金属元素结合形成化合物。总之渗入元素即能改变表面层的化学成分，又可以得到不同的相结构。
（三）改变表面组织强化技术
对于表面组织改变强化的零件，所有因处理而引起的变化均在基体内，属于显微组织的变化。表面形变强化和表面热处理强化是表面组织改变强化的两种形式。
表面形变强化一般是利用机械方法使金属表面层发生塑性变形，从而形成高硬度、高强度的硬化层的强化方式。例如，喷丸处理生成的硬化层中的位错密度可达10的12次方/立方厘米，亚晶可碎化至0.02μm。表面层的密度越高、亚晶越细，则其强度、硬度越高。
表面热处理强化是利用固态相变，通过快速加热的办法，对工件表面进行淬火，所以也称表面粹火，火焰、激光、等离子淬火等，利用表面激光强化方法强化发动机关键零件的研究及应用已经较为广泛。
为了提高零件的耐磨性，可以从多种表面处理工艺中选用一种对零件表面进行强化，也可以选用一种以上进行复合处理，但必须遵循的原则就是效果好、成本低，即选用性价比高的强化工艺。
对于发动机气缸表面的强化所进行的材料表面强化技术的选用，要根据具体工作环境，采用适宜的材料表面强化技术，制定合理的修复方案。
二、材料表面强化技术在工程车辆发动机维修中的应用
车辆发动机汽缸的磨损程度，直接影响工程车辆的使用，是决定发动机是否需要进行大修的一个重要标志，所以本文选择工程车辆发动机汽缸内壁的修复和强化作为研究和探讨的重点。综合各种情况，我们需要了解和掌握镀铁、化学镀镍等工艺对发动机汽缸耐磨性强化的试验。
（一）材料的选用
以发动机普遍采用的高磷铸铁材料作为对比材质，其它试件基材选用20钢，分别采用无刻蚀交直流低温镀铁工艺、化学镀镍工艺制备镀铁和化学镀镍试件。根据发动机汽缸的磨损规律，试验参数范围选定在做功行程时，汽缸内上止点下1-8mm内的负荷工况。
为了模拟实际活塞环材质，磨轮选用45钢，外圆面镀铬，保证与镀铬活塞环材质相近，以提高耐磨性强化试验的实用性。
（二）修复工艺
工程车辆发动机汽缸修复，根据不同表面强化处理方法，对处理后的汽缸进行加工，并进行必要的后处理。
镀铁试件采用低温镀铁工艺施镀，镀层达到0.8mm后按工件尺寸加工。化学镀镍试件选用氮化镍为主盐，试件经除油、水洗后施镀，镀后需进行热处理，以提高镀层的硬度和耐磨性以及与基材的结合强度。
（三）效果测试与工艺分析
在试验过程中，磨轮的轴是固定的，根据压力范围，通过平台对试件进行加力。对每个压力水平下试验的试件经清洗、烘干后，进行多次测量，得到不同材料磨损失重结果。选用每种材质试验中的重复试验数据，经平均处理后，得到各材质的相对耐磨性系数（标样取高磷铸铁材质）。通过分析可知，高磷铸铁和镀铁在低负荷时的耐磨性基本一致，化学镀镍的耐磨性较高。在中高负荷工况下，化学镀镍的耐磨性较高。在中高负荷工况下，化学镀镍的耐磨性明显高于另外两种材质，说明其适合于较大功率的发动机汽缸工作表面材料的强化。在试验过程中，由于很薄的化学镀镍层即可满足试验，工艺成本较低。在实际应用中，可用于磨损量较小的大功率汽缸修复或修复后汽缸的表面强化。