凯发国际 材料表面處理技術

摘要：介紹了表面處理技術的內容，現代凯发国际 材料表面處理技術與傳統表面處理技術的區別，重點介紹了表面處理技術在模具上的應用和發展，較后針對凯发国际 材料表面處理技術研究和應用所存在的問題，提出了自己的看法。本文由 吊鉤式拋丸機 生產廠家青島淳九整理。提供各類拋丸機。
 關鍵詞：表面處理技術  區別  模具   問題。

一、 表面處理技術的內容

凯发国际 材料表面處理技術與工程,是80年代以來世界十大關鍵之一的新興技術,現已迅速發展成跨學科的、綜合性強的新興的先進工程技術,涉及到材料、物理、化學、真空技術及微電子學等許多學科,應用領域非常廣。
表面處理技術包括：表面覆蓋技術、表面改性技術和復合表面處理技術。 1) 表面覆蓋技術

這項技術的種類很多,目前主要有下列24類:1電鍍；2電刷鍍；3化學鍍；4涂裝；5粘結；6堆焊；7熔結；8熱噴涂；9塑料粉末涂敷；10電火花涂敷；11熱浸鍍；12搪瓷涂敷；13陶瓷涂敷；14真空蒸鍍；5濺射鍍；16離子鍍；17普通化學氣相沉積；18等離子體化學氣相沉積；19金屬有機物氣相沉積；20分子束外延；21離子束合成薄膜技術；22化學轉化膜；23熱燙印；24暫時性覆蓋處理。上述每類表面覆蓋技術又可分為許多種技術。例如電鍍按鍍層可分為單金屬電鍍和合金電鍍。單金屬鍍層有鋅、鎘、銅、鎳等數10種,合金鍍層有鋅銅、鎳鐵、鋅-鎳-鐵等100多種。按電鍍方式,可分為掛鍍、吊鍍、滾鍍和刷鍍等。某些分類有重疊情況,例如塑料粉末涂敷可歸入涂裝一類,但由于其特殊性,故單獨列為一類。又如陶瓷涂敷,其中不少內容可歸入熱噴涂一類,但考慮其完整性,也單獨列為一類。有些技術,尤其是一些新技術,根據其特點和發展情況,在需要時可單獨列為一類。例如片狀鋅基鉻鹽防護涂層(又稱達克羅等),是由細小片狀鋅、片狀鋁、鉻酸鹽、水和有機溶劑構成涂料,經涂敷和300℃左右加熱保溫除去水和有機溶劑后形成涂層,因具有涂層薄、防蝕性能優良、無氫脆、耐熱性好、附著性高以及無環境污染等優點,所以發展迅速,可考慮從涂裝中單獨列出。
 2) 表面改性技術

  目前大致可分為以下幾類:噴丸強化；表面熱處理；化學熱處理；等離子擴滲處理；激光表面處理；電子束表面處理；高密度太陽能表面處理；離子注入表面改性。
實際上“表面改性”是一個具有較為廣泛涵義的技術名詞,它可泛指“經過特殊表面處理以得到某種特殊性能的技術”。因此,有許多表面覆蓋技術也可看作表面改性技術。為了使這些覆蓋技術歸類完整起見,我們說的表面改性技術是指“表面覆蓋”以外的,通過用機械、物理、化學等方法,改變材料表面的形貌、化學成分、相組成、微觀結構、缺陷狀態或應力狀態,來獲得某種特殊性能的表面處理技術。

3) 復合表面處理技術
表面技術種類繁雜,今后還會有一系列新技術涌現出來。表面技術的另一個重要趨向是綜合運用兩種或更多種表面技術的復合表面處理將獲得迅速發展。隨著材料使用要求的不斷提高,單一的表面技術因有一定的局限性而往往不能滿足需要。目前已開發的一些復合表面處理如等離子噴涂與激光輻照復合、熱噴涂與噴丸復合、化學熱處理與電鍍復合、激光淬火與化學熱處理復合、化學熱處理與氣相沉積復合等,已經取得良好效果,有的還收到意想不到的效果。
 二、 現代凯发国际 材料表面處理技術與傳統表面處理技術的區別

傳統的表面處理技術主要為了解決材料的耐磨和耐腐蝕問題,而現代表面處理技術除了解決上述問題外,更賦予材料以新的功能。它以經濟有效的方法改善材料表面及近表面區的形態、化學成分及組織結構,并賦予新的復合性能,可獲得許多新構思、新材料、新器件和新應用。現代表面技術的內容有三個方面:厚膜涂層技術、薄膜涂層技術及表面改性技術。厚膜涂層技術是以噴涂技術為代表;薄膜技術主要包括物理氣相沉積、化學氣相沉積、化學鍍膜等;表面改性技術以電子束、離子束及激光束表面改性為主。
 三、 表面處理技術在模具上的應用和發展
 1) 表面處理技術在模具上的應用
模具表面處理主要是指運用表面技術對模具表面進行改性或涂覆鍍層。目前使用的表面處理技術方法多達幾十種，主要可以歸納為物理表面處理法、化學表面處理法和表面覆層處理法。
物理表面處理法即對材料進行表面強化處理，以使模具整個或部分表面獲得較高的力學性能和物理性能，如硬度、耐磨性、耐疲勞性能以及耐蝕性能等，而芯部或其他部分仍具有良的綜合性能。主要包括高頻淬火、火焰表面淬火、激光表面淬火、噴丸強化等，這種工藝方法具有設備簡單、成本低等優點，但生產率低，模具表面存在不同程度的過熱，質量控制比較困難，主要適用于單件、小批量和質量要求不高的模具表面處理。
化學表面處理法是將模具置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種介質滲入模具表面，改變模具表面的化學成分和組織，以改進表面性能和滿足技術要求。化學表面處理能有效提高模具表面的耐磨性、疲勞強度、耐蝕性和抗氧化性能，按照表面滲入元素的不同，化學表面處理法可以分滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲鋁等。滲碳是使模具表面形成一層1～2mm的高含碳量滲層，經過適當淬火與回火處理，可提高模具表面的硬度、耐磨性及疲勞強度，使模具芯部仍保持良好的韌性和塑性。與滲碳相比，滲氮的溫度較低（500 600℃），模具滲氮后變形小，滲氮處理后的表面耐磨性、抗疲勞作用、抗熱、抗蝕、硬度和抗咬合性能都比滲碳處理后優越;但滲氮工藝復雜、時間長、成本高，般用于耐磨性和精度或抗熱都要求較高的模具。碳氮共滲就是同時向零件表面滲入碳和氮的化學處理工藝，也稱氰化，由于碳氮共滲污染環境、勞動條件差，已很少應用。滲硼方法有固體滲硼、氣體滲硼、鹽浴滲硼等，國內外應用較多的是鹽浴滲硼和固體滲硼，日本發展了以硼砂溶鹽為主的液體滲硼及其他元素的TD法（也稱液體滲金屬法），提高模具壽命4 20倍表面覆層處理即通過一定的工藝方法在模具工作面上沉積薄層金屬或合金，以達到提高模具表面性能的效果，常用的有表面鍍層、熱噴涂、氣相沉積、離子注入等。電鍍和化學鍍是模具表面處理技術中的傳統技術，電鍍操作溫度低，模具變形較小，鍍層的摩擦系數低，可以大大提高模具的耐磨性，但是由于對環境的影響較大，因此應用受到了很大的限制;刷鍍是依靠一個與陽極接觸的墊或刷提供電鍍需要的電解液，電鍍時，墊或刷與被鍍的陰極作相對運動而獲得鍍層的電鍍方法，其工藝簡單，沉積速度快，操作方便，鍍層質量和性能較好，易于現場操作，不受模具大小和形狀的限制，用在報廢模具和大模具的修復上經濟效益明顯。采用熱噴涂金屬陶瓷涂層對模具表面進行強化，可提高其硬度、抗黏著、抗沖擊、耐磨和抗冷熱疲勞等性能，如不銹鋼制品拉深模表面采用高速火焰噴涂工藝制備30 50μm厚的WC-Co涂層后，壽命可以提高3 8倍，而且制品質量也得到改善。
氣相沉積是利用物理或化學方法在固體表面生成固態沉積物，使工件具有高硬度、高耐磨性以及高的抗蝕性等優異性能，如用于汽車零件加工的深孔模和精壓模，經過CVD法沉積TiC后，使用壽命比鍍硬鉻分別提高20倍和14倍。離子注入是把氣體或金屬元素蒸氣，通入電離室電離形成正離子，經高壓電場加速，使離子獲得很高速度后打入圈體中的物理過程，可以改善模具工作零件的表面力學性能，包括提高表面硬度、降低表面摩擦系數、提高抗磨損能力和增強抗疲勞強度，極大地改變了工件的使用性能，已在模具表面處理上取得了突出效果。另外，隨著納米材料研究的進一步深入，納米表面處理技術也獲得了一定發展，采用納米復合涂層能有效地提高涂層與基體之間的結合強度，改善涂層內應力的分布及裂紋的擴展方向。
表面處理技術在模具表面中的應用，在相當程度上彌補了模具材料的性能缺陷，可達到以下效果:(1)提高模具表面硬度、耐磨性、耐蝕性和抗高溫氧化性能，大幅度提高模具的使用壽命；(2)提高模具表面抗擦傷能力和脫模能力，提高生產率；(3)采用碳素工具鋼或低合金鋼材生產的模具，經表面強化處理后，其表面性能可達到或超過高合金化模具材料，甚至達到硬質合金的性能指標，不僅大幅度降低材料成本，而且簡化模具制造加工工藝和熱處理工藝，降低生產成本；(4)可用于模具的修復，如電刷鍍技術可在不拆卸模具的條件下，完成對模具表面的修復，且能保證修復后的模具表面質量。
對于傳統的表面技術，應該進一步改進和提高處理效果，降低其能源消耗和環境污染。擴展傳統表面技術和現代表面處理技術之間的復合形式，把納米技術和模具表面技術結合起來。( 1)制作納米復合鍍層: 在傳統的電鍍液中加入零維或一維納米一粉體材料可形成納米復合鍍層。用于模具的納米復合鍍層, 可使模具精度持久不變、壽命延長, 且長時間使用后的鍍層仍光滑無裂紋。納米材料還可用于耐高溫的耐磨復合鍍層。( 2)制作納米涂層: 熱噴涂技術是制作納米涂層的一種極有競爭力的方法。與其它技術相比, 它工藝簡單、涂層和基體選擇范圍廣, 涂層厚度變化范圍大、沉積速率快, 容易形成復合涂層等等。與傳統熱噴涂涂層相比, 納米材料涂層在強度、韌性、抗蝕、耐磨、熱障、抗熱疲勞等方面都有顯著改善, 且一種涂層可同時具有上述多種性能。經納米材料表面處理后的金屬材料表面具有較高的硬度、良好的自潤性、良好的耐磨性及耐蝕性, 因而納米技術是模具表面處理中一種很有前途的工藝。
 2) 模具表面處理技術發展展望

表面處理技術已經大量地應用于模具的處理,鍍膜技術、等離子體技術、激光技術、納米技術等均取得了良好的效果。在提高模具耐磨性、壽命和提高產品質量上已有顯著的進步, 取得了巨大的經濟效益。但是先進表面技術的應用和發展與國外相比還有一定的差距。復合處理技術和納米技術在模具上的應用還有待進一步的研究和提高。對于傳統的表面技術應該繼續改進和提高處理效果, 降低能耗和環境污染。擴展傳統表面技術和現代表面處理技術之間的復合形式, 把納米技術和模具表面技術結合起來, 研究開發出適用于精密、大型模具的表面處理技術是發展模具表面技術的重點和難點。中國的模具產量僅次于日本、美國, 居世界第三位, 是世界模具生產大國, 但不是模具強國。還存在熱處理技術不精, 高質量模具材粒需要進口等。現在熱處理的業內人士都在研究美國熱處理技術發展線路圖。美國熱處理2020年設想的目標是: 能源消耗減少80%; 工藝周期縮短50%; 生產成本降低75%; 熱處理畸變為零; 熱處理質量分散度為零; 熱處理加熱爐壽命提高10 倍; 熱處理爐價格降低50%; 熱處理對環境的污染為零等。

今后我國模具材料的質量和品種會有一個大發展。同時, 模具表面強化技術會更加完善和提高, 并得到推廣和應用, 使我國模具質量水平有一個更大的提高。充分應用表面處理技術是提高模具壽命的一種重要的經濟和高效的手段, 也是發展現代模具的必經之路。

四、 凯发国际 材料表面處理技術的應用及產業化

我國現代表面處理技術的研究起步較晚,工業應用就更滯后。但經過近20年的研究,在某些方面我們已達到或接近國際先進水平。就厚膜涂層而言,廣州有色金屬研究院經過多年的研究和開發,于1985年建成了我國具有國際先進水平的大型低壓等離子噴涂裝置。該裝置配有機器人持槍的LPPS系統,可對不同大小、不同形狀的部件噴涂高溫易氧化材料、超合金材料及成分控制嚴格的涂層材料。隨著研究的深入和應用領域的擴大,該技術已成功地解決了艦艇螺旋漿的耐磨、耐空蝕問題,發電廠燃氣渦輪發動機及航空發動機葉片的抗高溫腐蝕問題,精鍛機芯棒涂層及汽車薄板連續生產線中“卡博”輥的防積瘤難題,取得了較好的經濟效益,展現出廣泛的工業應用前景。
331廠用自行研制的LPPS裝置,共同成功研制出Ni-Co-Cr-Al-Y-Ta超合金涂層葉片,并開始裝備我國新型直升飛機。在薄膜涂層技術的應用方面也取得了可喜的進展。采用等離子射流源以及磁場的輔助效應,可在較低功率(20 kW)下,大面積(  Φ 70 mm)、高速度(120μm/h)沉積高質量的金剛石膜。采用真空陰極電弧方法沉積類金剛石膜,研制類金剛石/鈦復合球頂高保真揚聲器振膜,其頻響達到30 kHz,已達到國際同類產品的先進水平。在機械、電子行業中,金剛石涂層硬質合金刀具得到應用,如鍍金剛石薄膜的刀具用于切割高硅(w(Si)=22%)鋁合金,刀的使用壽命提高50倍。在電子線路板的制作中,鍍金剛石膜的鉆頭的壽命提高10倍以上,孔的光潔度達到9級以上。

五、 國內表面處理技術的研究和應用所存在的問題及建議

我國的材料表面處理新技術研究和應用得到了很大發展，但要想大規模走向實用化、產業化，還有相當距離。雖然國家投入了相當數量的經費，但比起發達國家，投資依然不足，裝備也不如發達國家先進，使材料表面處理的研究和應用受到一定限制。我國表面處理技術的研究與應用目前主要存在以下問題:
1) 設備穩定性問題。國產設備普遍穩定性不好,加之外部條件,如電網電壓不穩,導致設備難以穩定運行,工藝條件難以控制,從而影響產品質量。這一點我國與國際的差距較大。
2) 在技術上還存在一些亟待解決的問題,如電子工業中集成模板的鉆孔鉆頭銷量較大,而在  Φ0.7mm達到9級以上,目前在技術上還沒有突破。
3) 市場問題。高科技產品一般來講都有較高投入,但從國內的市場來看,高科技產品賣不起價,不到應有的回報,從而制約著高新技術產業的發展。 個人對國內表面處理技術今后發展建議：
1) 加強資金投人，加快推進實用化和產業化進程期望國家能通過不同渠道，加 強投資，把多年來的成果、技術、經驗和力量集中起來，以各種方式加快推進材料表面處理新技術的實用化和產業化進程。從實際應用角度看.材料表面處理必須實現低成本、全方位、連續性處理，才能為企業界接受，才會有市場。因而，繼續發展MEVVA源、高功率脈沖強流離子注入技術、等離子體源離子注入、滾帶式離子束，并使它們盡快投入工業應用，創造巨大的經濟效益和社會效益，才會顯示出材料表面處理的強大生命力。
2) 加強基礎研究，要有新的突破，使材料表面處理學科本身得到更大的發展。 荷能束與物質的相互作用是材料表面處理的基礎。經典的理論局限于荷能束與固體靶的相互關系，所取得的成果與規律，己經不能完全適用于今天的發展。如今，炮彈已從單一離子擴展到分子離子、團簇和等離子體，靶子已發展到生物體、多分子材料、絕緣體、生物醫學材料、復合材料等。離子、分子、團簇及等離子體等與這些材料的相互作用規律，需要進行新的深人研究。要突破舊的理論，創造新的模型，用以指導材料表面處理實踐。

參考文獻：
 [1]. 孫德勤，《模具材料及其表面處理技術的發展》，常熟理工學院。
 [2]. 柳襄懷，《我國材料表面處理新技術的發展及前景》 ，《材料導報》，第14卷第1期 2000年1月。
 [3]. 顧 迅，《現代表面技術的涵義、分類和內容》，上海交通大學表面工程研究所 (上海200030) 。
 [4]. 于琳華, 殷秋菊, 林東玲 《表面強化技術在模具中的應用與發展》，《熱處理技術與裝備》第30卷第2期2009年4月。 [5].《凯发国际 材料表面處理技術的應用與發展》 ，《礦冶工程》，第19卷第1期1999年3月