机械零件表面处理与应用

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1、机械零件表面处理及应用机械零件表面处理及应用 培训讲义 沈平 一、绪论：一、绪论： 本讲义所指机械零件，一般可 分为 本讲义所指机械零件，一般可 分为金属零件金属零件【机加件，铸件 （铸铁，铸钢，铸铝，铸铜）， 压铸件（镁合金、铝合金、铜合 金等），粉末冶金件，冲压件 （钣金）等】 【机加件，铸件 （铸铁，铸钢，铸铝，铸铜）， 压铸件（镁合金、铝合金、铜合 金等），粉末冶金件，冲压件 （钣金）等】与非金属零件与非金属零件【塑 料件（注塑，吹塑，吸塑，滚塑 等），橡胶件，玻璃钢件等】。 【塑 料件（注塑，吹塑，吸塑，滚塑 等），橡胶件，玻璃钢件等】。 一般而言，金属零件大都需要经过传 统的表面处

2、理后（电镀，发黑，磷化， 阳极化，等手段达到防腐，耐磨，装饰 等目的）才能正常使用，而塑料及玻璃 钢零件，很多也需要一定的表面处理后 才能使用（电镀，喷漆，真空离子镀膜 等）。所以传统的机械零件的表面处理 在制造过程中占有重要地位。 而机械零件广义的表面处理则内容更 广泛。 它包括： 一般而言，金属零件大都需要经过传 统的表面处理后（电镀，发黑，磷化， 阳极化，等手段达到防腐，耐磨，装饰 等目的）才能正常使用，而塑料及玻璃 钢零件，很多也需要一定的表面处理后 才能使用（电镀，喷漆，真空离子镀膜 等）。所以传统的机械零件的表面处理 在制造过程中占有重要地位。 而机械零件广义的表面处理则内容更 广

3、泛。 它包括： 广义表面处理技术的分类：广义表面处理技术的分类： 表面强化处理（喷丸、滚压、挤压、抛 光、表面热处理） 表面清洁处理（溶剂、蒸汽、表面活性 剂、电解、超声波去污脱脂，喷砂、酸洗等） 表面装饰处理（喷漆、喷塑、电镀、离 子镀、阳极化及染色等） 表面防蚀处理（喷漆、喷塑、热浸镀、 热喷镀、离子镀、电镀、阳极化、化学镀、 发兰、磷化、镁合金化成处理等） 表面修复处理（电刷镀，胶粘技术等） 表面强化处理（喷丸、滚压、挤压、抛 光、表面热处理） 表面清洁处理（溶剂、蒸汽、表面活性 剂、电解、超声波去污脱脂，喷砂、酸洗等） 表面装饰处理（喷漆、喷塑、电镀、离 子镀、阳极化及染色等） 表面防

4、蚀处理（喷漆、喷塑、热浸镀、 热喷镀、离子镀、电镀、阳极化、化学镀、 发兰、磷化、镁合金化成处理等） 表面修复处理（电刷镀，胶粘技术等） 利用现代物理化学、金 属学和热处理等学科的边 缘新技术，来改变机械零 件表面的状况和性质，使 之与材料心部与表面的性 能形成优化组合，以达到 预定性能要求的工艺方 法，称为广义表面处理。 利用现代物理化学、金 属学和热处理等学科的边 缘新技术，来改变机械零 件表面的状况和性质，使 之与材料心部与表面的性 能形成优化组合，以达到 预定性能要求的工艺方 法，称为广义表面处理。 1、增加表面硬度、耐磨耗：应用于模具、活塞、汽 缸、工具、滑轨、轴、齿轮等。 2、增加

5、表面对氧化及腐蚀的抵抗能力：应用于化工 机械、医疗器具、汽车鈑金等。 3、增加表面之耐热、热传导、热反射等特性：应用 于散热板、航空发动机零件等。 4、改善表面粗糙度及摩擦作用：应用于机械零组件 之滑动面、轴与轴承、刀具、工具等。 5、改变表面导电及电阻的性质，改善零件的焊接特 性：应用于电子零件、记忆体、半导体元件等。 6、改变表面对光的反射，选择性吸收、耐候等特性： 应用于反射鏡、汽机車零件等。 7、增进表面的清洁、光泽、顏色、美观等：应用于 各类型民生用品、运动器材、装饰品等。 1、增加表面硬度、耐磨耗：应用于模具、活塞、汽 缸、工具、滑轨、轴、齿轮等。 2、增加表面对氧化及腐蚀的抵抗能

6、力：应用于化工 机械、医疗器具、汽车鈑金等。 3、增加表面之耐热、热传导、热反射等特性：应用 于散热板、航空发动机零件等。 4、改善表面粗糙度及摩擦作用：应用于机械零组件 之滑动面、轴与轴承、刀具、工具等。 5、改变表面导电及电阻的性质，改善零件的焊接特 性：应用于电子零件、记忆体、半导体元件等。 6、改变表面对光的反射，选择性吸收、耐候等特性： 应用于反射鏡、汽机車零件等。 7、增进表面的清洁、光泽、顏色、美观等：应用于 各类型民生用品、运动器材、装饰品等。 二、表面处理目的及应用：二、表面处理目的及应用： 1、污染物、污染物 5、母材、母材 2、吸附气体、吸附气体 3、氧化层、氧化层 4、

7、加工硬化层、加工硬化层 三、 零 件 表 面 物 质 结 构 三、 零 件 表 面 物 质 结 构 四、零件表面损害与防护原理四、零件表面损害与防护原理 工件表面因与外界环境接触，容易受到 环境中有害物的侵袭，而产生不同程度的 损害。常见的损害有： 1、锈蚀： 工件表面因与外界环境接触，容易受到 环境中有害物的侵袭，而产生不同程度的 损害。常见的损害有： 1、锈蚀： 铁系金属材料铁系金属材料才会发生。指空气中的氧 和铁元素形成氧化物，俗称铁锈。铁锈层 疏松且极易剝落，以至无法保护工件內部 的材料，致使材料不断的被氧化(生锈)而 損失。 才会发生。指空气中的氧 和铁元素形成氧化物，俗称铁锈。铁锈

8、层 疏松且极易剝落，以至无法保护工件內部 的材料，致使材料不断的被氧化(生锈)而 損失。非铁系金属非铁系金属与氧化合形成的氧化物 与铁锈不同，反而具有保护工件內部材料 的优点，如铝、钛、铜金属的氧化物。 与氧化合形成的氧化物 与铁锈不同，反而具有保护工件內部材料 的优点，如铝、钛、铜金属的氧化物。 2、腐蚀：2、腐蚀： 大部分的金属在含有水分的潮湿环 境中，易发生电子转移作用，而成为离 子形式，并与母材分离，称之为腐蚀， 它是一种电化学反应。腐蚀的形式很 多，产生的原因也各有不同（见图）。 3、刮痕或碰伤等： 零件表面被其它物体碰撞或摩擦以 致工件表面有部分的材料脱落，造成表 面凹痕，不光滑或

9、不美观等情况。 大部分的金属在含有水分的潮湿环 境中，易发生电子转移作用，而成为离 子形式，并与母材分离，称之为腐蚀， 它是一种电化学反应。腐蚀的形式很 多，产生的原因也各有不同（见图）。 3、刮痕或碰伤等： 零件表面被其它物体碰撞或摩擦以 致工件表面有部分的材料脱落，造成表 面凹痕，不光滑或不美观等情况。 铜绿铜绿 铁锈铁锈 铁锈铁锈 铁锈铁锈 均勻腐蚀 (钢铁生銹) 电位差腐蚀 (异种金屬的电腐蚀) 间隙腐蝕孔穴腐蝕 晶界腐蝕 选择性腐蝕 (成分改变) 冲蚀腐蝕应力腐蝕 均勻腐蚀 (钢铁生銹) 电位差腐蚀 (异种金屬的电腐蚀) 间隙腐蝕孔穴腐蝕 晶界腐蝕 选择性腐蝕 (成分改变) 冲蚀腐蝕

10、应力腐蝕 金属的腐蚀形式金属的腐蚀形式 影响金属腐蚀的外部因素：影响金属腐蚀的外部因素： 1、相对湿度的影响 空气中相对湿度越高，金属表面水膜 越厚，空气中的氧透过水膜到达金属表 面，当相对湿度达到一定数值时，腐蚀 速度大幅上升，这个数值称为临界相对 湿度，钢的临界相对湿度约为70%。 2、温度的影响 环境温度与相对湿度关联，干燥的环 境（沙漠）下，气温再高金属也不容易 锈蚀。当相对湿度达到临界值时， 1、相对湿度的影响 空气中相对湿度越高，金属表面水膜 越厚，空气中的氧透过水膜到达金属表 面，当相对湿度达到一定数值时，腐蚀 速度大幅上升，这个数值称为临界相对 湿度，钢的临界相对湿度约为70%

11、。 2、温度的影响 环境温度与相对湿度关联，干燥的环 境（沙漠）下，气温再高金属也不容易 锈蚀。当相对湿度达到临界值时， 温度的影响明显加剧，温度每增加 10，锈蚀速度提高两倍。因此， 在湿热带或雨季，气温越高，锈蚀 越严重。 3、大气中含有氧气、水份就会产 生氧化，而盐雾、二氧化硫、硫化 氢和灰尘会加速腐蚀，因此，不同 环境下受腐蚀的大小差别是明显 的，城市高于农村；工业区高于生 活区；沿海高于内陆；高粉尘高于 低粉尘。 温度的影响明显加剧，温度每增加 10，锈蚀速度提高两倍。因此， 在湿热带或雨季，气温越高，锈蚀 越严重。 3、大气中含有氧气、水份就会产 生氧化，而盐雾、二氧化硫、硫化 氢

12、和灰尘会加速腐蚀，因此，不同 环境下受腐蚀的大小差别是明显 的，城市高于农村；工业区高于生 活区；沿海高于内陆；高粉尘高于 低粉尘。 工件表面是工件內部材料与周围 环境的交界面，通常表面的定义是 指：深几个m到几十个m的厚 度，並且包含許多不同物质的薄层 所构成，如上图三所示。 工件表面所承受外界的各种作用 和因此而受到的影响及产生的反应 例如，对光和热的反射及吸收，受 外力作用所产生的摩擦及破坏現象 等，都与內部材料有很大的差別。 工件表面是工件內部材料与周围 环境的交界面，通常表面的定义是 指：深几个m到几十个m的厚 度，並且包含許多不同物质的薄层 所构成，如上图三所示。 工件表面所承受外

13、界的各种作用 和因此而受到的影响及产生的反应 例如，对光和热的反射及吸收，受 外力作用所产生的摩擦及破坏現象 等，都与內部材料有很大的差別。 随着科技的进步，材料被应用的范 围日趋广泛且复杂，对材料性质的要 求也较以往严酷，尤其应用在高温， 潮湿、强酸，强碱，接触面为高速相 对运动或强辐射的恶劣环境下，工件 材料表面抵抗有害环境影响的能力， 成为产品功能表現和使用寿命長短的 关鍵因素之一。 因此，对工件表面除了美观要求之 外，尚有耐磨耗，防銹，防腐蝕，耐 高温，或绝緣性等不同的要求。 随着科技的进步，材料被应用的范 围日趋广泛且复杂，对材料性质的要 求也较以往严酷，尤其应用在高温， 潮湿、强酸

14、，强碱，接触面为高速相 对运动或强辐射的恶劣环境下，工件 材料表面抵抗有害环境影响的能力， 成为产品功能表現和使用寿命長短的 关鍵因素之一。 因此，对工件表面除了美观要求之 外，尚有耐磨耗，防銹，防腐蝕，耐 高温，或绝緣性等不同的要求。 所以为加强工件表面的防锈、 防腐蚀及抵抗外界机械损伤的综 合能力，最直接有效的方法，就 是使用专门选择的材料，把工件 表面和外界环境隔绝开來，或在 一定工艺条件下，改变工件表面 材料的成分及结构组成。 传统的表面防护处理是使用电 镀、真空镀膜、噴涂、油漆等方 式，使镀（涂）层材料在工件 所以为加强工件表面的防锈、 防腐蚀及抵抗外界机械损伤的综 合能力，最直接有

15、效的方法，就 是使用专门选择的材料，把工件 表面和外界环境隔绝开來，或在 一定工艺条件下，改变工件表面 材料的成分及结构组成。 传统的表面防护处理是使用电 镀、真空镀膜、噴涂、油漆等方 式，使镀（涂）层材料在工件 表面上产生一层被覆，以保护工件 母材，同时也可增进美观。 镀层材料的功能有两类： 表面上产生一层被覆，以保护工件 母材，同时也可增进美观。 镀层材料的功能有两类： 一类是镀层本身比工件母材更耐 蚀，以发挥隔离的作用。 另一类是镀层比工件母材更易腐 蚀，充当牺牲阳极。 一类是镀层本身比工件母材更耐 蚀，以发挥隔离的作用。 另一类是镀层比工件母材更易腐 蚀，充当牺牲阳极。此时镀层越厚 保

16、护效果越好，钢铁零件镀锌就是 牺牲阳极应用的典型例子。 此时镀层越厚 保护效果越好，钢铁零件镀锌就是 牺牲阳极应用的典型例子。 五、零件的表面前处理五、零件的表面前处理 目的：为零件表面处理的后续步骤做必 要的准备，或为了增进产品外表的干净及 美观。（包含表面清洁和表面机械处理） 目的：为零件表面处理的后续步骤做必 要的准备，或为了增进产品外表的干净及 美观。（包含表面清洁和表面机械处理） 表面清洁：表面清洁：指利用各种溶剂或电解、超 声波等方式，将工件表面附着的油污、碎 屑、各种杂物及氧化或腐蚀的生成物等， 加以去除以得到工件材料之真正表面层。 指利用各种溶剂或电解、超 声波等方式，将工件表面附着的油污、碎 屑、各种杂物及氧化或腐蚀的生成物等， 加以去除以得到工件材料之真正表面层。 表面机械处理：表面机械处理：是以喷砂、研磨或拋光等 方法，除了可达到清洗效果外，尚可使工 件表面光滑，改变零件表面机械性能，改 善表面美观度及镀（涂）层的附着能力。 是以喷砂、研磨或拋光等 方法，除了可达到清洗效果外，尚可