《复合表面处理》PPT课件.ppt

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1、1 过去的过去的10多年中，在表面工程的研究领域多年中，在表面工程的研究领域取得了长足的进展，主要表现在以下几个方取得了长足的进展，主要表现在以下几个方面：面：（1）传统工艺的优化）传统工艺的优化（比如，电镀及化学（比如，电镀及化学镀、表面堆焊、热喷涂及化学热处理）；镀、表面堆焊、热喷涂及化学热处理）；（2）现代技术的工业化应用（比如，）现代技术的工业化应用（比如，CVD及及PVD、等离子化学热处理、等离子喷涂及离、等离子化学热处理、等离子喷涂及离子注入）；子注入）；（3）新型混合工艺的出现（比如，等离子浸）新型混合工艺的出现（比如，等离子浸没离子注入及等离子源离子注入）；没离子注入及等离子源

2、离子注入）；第八章第八章 材料复合表面处理技材料复合表面处理技术术 2（4）新型表面涂层材料的涌现（比如，金刚）新型表面涂层材料的涌现（比如，金刚石及类金刚石涂层）。石及类金刚石涂层）。单一的表面处理工艺尽管能够改善工件的单一的表面处理工艺尽管能够改善工件的耐磨性、耐腐蚀性及疲劳强度；但每一种表耐磨性、耐腐蚀性及疲劳强度；但每一种表面处理工艺均具有自身的优点及一定的局限面处理工艺均具有自身的优点及一定的局限性，现代机械设备的发展对零、部件的使用性，现代机械设备的发展对零、部件的使用性能提出了越来越高的要求，应用单一的表性能提出了越来越高的要求，应用单一的表面处理工艺已难以满足这些要求，在这种背

3、面处理工艺已难以满足这些要求，在这种背景之下，第二代表面处理工艺或称复合表面景之下，第二代表面处理工艺或称复合表面处理工艺就应运而生了。处理工艺就应运而生了。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 3 复合表面处理就是同时使用两种或两种以上复合表面处理就是同时使用两种或两种以上的表面处理工艺以达到进一步强化表面性能目的表面处理工艺以达到进一步强化表面性能目的。目前已开发的一些复合表面处理如等离喷的。目前已开发的一些复合表面处理如等离喷涂与激光辐照复合、热喷涂与喷丸复合、化热涂与激光辐照复合、热喷涂与喷丸复合、化热处理与电镀复合、激光淬火与化学热处理复合、处理与电镀复合、激光淬火

4、与化学热处理复合、化学热处理与气相沉积复合等，已经取得良效化学热处理与气相沉积复合等，已经取得良效果，有的还收到意想不到的效果。如对渗硼进果，有的还收到意想不到的效果。如对渗硼进行激光微熔处理，不仅能细化硼化物，获得小行激光微熔处理，不仅能细化硼化物，获得小的共晶，而且使表层组织致密，较大幅度提韧的共晶，而且使表层组织致密，较大幅度提韧性和耐磨性。性和耐磨性。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 4 复合表面处理技术的主要作用是：复合表面处理技术的主要作用是：改改善善摩摩擦擦学学性性能能 使使极极小小磨磨损损率率与与较较厚厚耐耐磨磨层层并并存存，增增强强复复杂杂应应力力条条件

5、件下下的的摩摩擦擦学学性性能，从而提高材料的使用性能。能，从而提高材料的使用性能。提提高高防防腐腐蚀蚀性性能能 提提高高材材料料表表面面的的正正电电位位，减减少少疏疏松松或或孔孔隙隙，覆覆盖盖住住材材料料表表面面的的微微观观粗粗糙糙度度，避避免免表表面面与与基基体体之之间间产产生生类类柱柱状状晶晶组组织织，使使膜膜层层厚厚度度与与耐耐蚀蚀性性之之间间达达到到最最佳佳组组成，从而大幅度提高耐蚀性。成，从而大幅度提高耐蚀性。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 5 增增加加表表面面装装饰饰性性 材材料料耐耐磨磨性性和和耐耐蚀蚀性性的的有有机机结结合合增增加加了了材材料料表表面面层

6、层的的持持久久性性和和多多色色泽泽的组合，达到理想的装饰性效果。的组合，达到理想的装饰性效果。改改进进施施工工工工艺艺性性 用用作作塑塑料料金金属属化化处处理理（表表面面导导电电性性处处理理）、印印刷刷电电路路板板制制作作，油油漆漆底底层层等等，增增强强表表面面处处理理层层的的附附着着性性和和工工艺艺效效果果（如如导导电电性性好好，结结合合强强度度高高，油油漆漆表表面面光光泽，漆膜耐蚀性强等）。泽，漆膜耐蚀性强等）。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 6 根据两种单一工艺之间的相互作用以及其根据两种单一工艺之间的相互作用以及其对复合涂层综合性能的相对贡献，复合表面对复合涂层

7、综合性能的相对贡献，复合表面处理工艺大致可以分为两类：处理工艺大致可以分为两类：（1）两种单一工艺互补，综合性能由两者共）两种单一工艺互补，综合性能由两者共同产生；同产生；（2）一种工艺递补或增强另一种工艺，即作）一种工艺递补或增强另一种工艺，即作为前处理或后处理工艺，其综合性能主要与为前处理或后处理工艺，其综合性能主要与其中一种工艺有关。渗氮钢的其中一种工艺有关。渗氮钢的PVD处理是第处理是第一类工艺的典型代表；而喷涂涂层的电子束一类工艺的典型代表；而喷涂涂层的电子束表面重熔则是第二类工艺的典型代表。表面重熔则是第二类工艺的典型代表。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 7

8、化学热处理薄膜复合工艺化学热处理薄膜复合工艺 在表面复合处理技术中，化学热处理工艺在表面复合处理技术中，化学热处理工艺主要是对工件进行气体氮化、离子氮化及氮主要是对工件进行气体氮化、离子氮化及氮碳共渗。碳共渗。1氮化薄膜复合工艺氮化薄膜复合工艺 将氮化与薄膜技术结合起来对钢作表面处将氮化与薄膜技术结合起来对钢作表面处理，可进一步改善材料的摩擦学性能，从而理，可进一步改善材料的摩擦学性能，从而提高其承载能力。提高其承载能力。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 8化学热处理薄膜复合工艺化学热处理薄膜复合工艺1氮化薄膜复合工艺氮化薄膜复合工艺 将氮化与薄膜技术结合起来对钢作表面处

9、将氮化与薄膜技术结合起来对钢作表面处理，可进一步改善材料的摩擦学性能，从而理，可进一步改善材料的摩擦学性能，从而提高其承载能力。由于氮化后的钢表面有较提高其承载能力。由于氮化后的钢表面有较深的硬化层（），具有一定的硬度、深的硬化层（），具有一定的硬度、耐磨性和残余压应力，构成了耐磨性和残余压应力，构成了TiN、CrN等超等超硬薄膜的理想支承体，其承载能力远远超过硬薄膜的理想支承体，其承载能力远远超过单一超硬薄膜或氮化物层。单一超硬薄膜或氮化物层。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 9化学热处理薄膜复合工艺化学热处理薄膜复合工艺1氮化薄膜复合工艺氮化薄膜复合工艺 同同时时，因

10、因为为增增加加了了硬硬化化层层的的总总厚厚度度，减减少少了了从从TiN、CrN表表面面到到钢钢基基体体之之间间的的硬硬度度梯梯度度，使使得得材材料料表表面面的的耐耐腐腐蚀蚀性性、耐耐磨磨性性、滚滚动动接接触触疲疲劳劳强强度度和和TiN、CrN层层的的附附着着性性能能都都大为提高。大为提高。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 10化学热处理薄膜复合工艺化学热处理薄膜复合工艺2.离子氮化激光相变硬化离子氮化激光相变硬化 离子氮化和激光相变硬化是提高材料表面离子氮化和激光相变硬化是提高材料表面耐磨性的十分实用而有效的两种表面处理技耐磨性的十分实用而有效的两种表面处理技术，将这两种

11、技术相结合形成的离子氮化术，将这两种技术相结合形成的离子氮化激光相变硬化复合处理技术显示出良好的应激光相变硬化复合处理技术显示出良好的应用发展前景。用发展前景。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 11化学热处理薄膜复合工艺化学热处理薄膜复合工艺2.离子氮化激光相变硬化离子氮化激光相变硬化 对对42CrMo钢进行的试验研究表明：复合处钢进行的试验研究表明：复合处理的表面硬度及硬化层深度分别为理的表面硬度及硬化层深度分别为950HV及及，远远高于单一离子氮化和单一激光，远远高于单一离子氮化和单一激光相变硬化的表面硬度及硬化层深度；其耐磨相变硬化的表面硬度及硬化层深度；其耐磨性比

12、单一离子氮化提高性比单一离子氮化提高75%，比单一激光相，比单一激光相变硬化提高变硬化提高38%。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 12化学热处理薄膜复合工艺化学热处理薄膜复合工艺3.氮碳共渗氧化氮碳共渗氧化/氧化抛光氧化抛光/复合工艺复合工艺 氮碳共渗氧化氮碳共渗氧化/氧化氧化/抛光复合工艺的处理抛光复合工艺的处理过程包括五个步骤：过程包括五个步骤：（1）工件在）工件在350左右预热，保温时间视左右预热，保温时间视工件而定。工件而定。（2）在）在570进行氮碳共渗，保温时间一进行氮碳共渗，保温时间一般在般在30120分钟。分钟。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合

13、表面处理技术 13化学热处理薄膜复合工艺化学热处理薄膜复合工艺3.氮碳共渗氧化氮碳共渗氧化/氧化抛光氧化抛光/复合工艺复合工艺（3）氮碳共渗后将工件立即移至）氮碳共渗后将工件立即移至380左右左右的氧化性盐浴中直接保温的氧化性盐浴中直接保温20分钟左右。分钟左右。（4）工件轻度机械抛光获得要求的表面粗糙）工件轻度机械抛光获得要求的表面粗糙度。度。（5）再次在氧化性盐浴中浸渍）再次在氧化性盐浴中浸渍20分钟左右。分钟左右。氮碳共渗可使钢制零件表面形成一层氮碳共渗可使钢制零件表面形成一层1520m的的相化合物层；相化合物层；第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 14化学热处理薄膜

14、复合工艺化学热处理薄膜复合工艺3.氮碳共渗氧化氮碳共渗氧化/抛光抛光/氧化复合工艺氧化复合工艺 随后的氧化能够在试样表面形成一层随后的氧化能够在试样表面形成一层Fe3O4氧化膜，同时增加工件的尺寸稳定性；抛光氧化膜，同时增加工件的尺寸稳定性；抛光的目的是为了降低因氮碳共渗及氧化而产生的目的是为了降低因氮碳共渗及氧化而产生的表面粗糙度的增加；但抛光往往会使耐蚀的表面粗糙度的增加；但抛光往往会使耐蚀性下降，因而最后再进行一次氧化处理，以性下降，因而最后再进行一次氧化处理，以便在工件表面形成一层均匀、致密、坚实的便在工件表面形成一层均匀、致密、坚实的Fe3O4薄膜。薄膜。第八章第八章 材料复合表面处

15、理技术材料复合表面处理技术 15第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 实验结果则说明，在比较低的载荷下（400N）氮碳共渗及复合氮碳共渗的耐磨性不如调质处理的45钢，其原因在于载荷比较低时，摩擦界面温升很小，润滑状态良好，因而，氮碳共渗及复合氮碳共渗均未显示出它们所固有的良好的减摩及耐磨特性。这一结果对正确选择氮碳共渗处理工艺具有一定的指导价值。16化学热处理薄膜复合工艺化学热处理薄膜复合工艺3.氮碳共渗氧化氮碳共渗氧化/抛光抛光/氧化复合工艺氧化复合工艺 试试验验还还表表明明，复复合合处处理理的的45钢钢耐耐磨磨性性也也远远远远超超过过镀镀硬硬铬铬、镀镀锌锌及及化化学学镀镀

16、镍镍。其其中中镀镀硬硬铬铬件件及及镀镀锌锌件件在在磨磨损损试试验验过过程程中中很很短短时时间间内内便出现剥落，因此磨损十分严重。便出现剥落，因此磨损十分严重。复合工艺处理后的工件具有氮化及氧化二复合工艺处理后的工件具有氮化及氧化二层抗蚀性很好的渗层，因此该工艺具有很好层抗蚀性很好的渗层，因此该工艺具有很好的耐蚀性。的耐蚀性。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 17化学热处理薄膜复合工艺化学热处理薄膜复合工艺3.氮碳共渗氧化氮碳共渗氧化/抛光抛光/氧化复合工艺氧化复合工艺 氮氮碳碳共共渗渗氧氧化化/氧氧化化/抛抛光光复复合合工工艺艺可可以以对对各各种种结结构构钢钢、工工具具钢

17、钢、纯纯铁铁、铸铸铁铁、不不锈锈钢钢及及粉粉末末冶冶金金件件进进行行表表面面处处理理，用用于于替替代代渗渗碳碳淬淬火火、高高频频淬淬火火、镀镀硬硬铬铬、镀镀锌锌、化化学学镀镀镍镍、镀镀锌锌磷磷化化涂涂MoS2等等处处理理工工艺艺，可可广广泛泛应应用用于于汽汽车车、轻轻纺纺、石石油油、化化工工、农农机机、煤煤矿矿、工工程程等等机机械械以以及及工工、模模具具等等各各种种耐耐磨磨、抗蚀、耐疲劳等零件。抗蚀、耐疲劳等零件。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 18第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 序号序号类别类别应用情况应用情况1高速钢刀具各种HSS钻头、铣刀、

18、拉刀、齿轮刀具，提高使用寿命l4倍，特别对难加工材料，效果尤为突出2刀杆、刀体各种机夹刀具刀杆、刀体提高其耐磨性，抗擦伤，不变形，很好地满足了定位和精度要求，防锈能力强3模具适用于各种压铸模、注塑模、挤压模、橡胶模、玻璃模等，大幅度提高模具使用寿命，改善被加工零件的表面光洁度19第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 序序号号类别类别应用情况应用情况4汽车零件气门、曲轴、凸轮轴、齿轮、气簧活塞杆、减震器杆、差速器支架、球面销等几十种零件，已应用多年，效果显著。许多产品直接出口5活塞环汽车零件的一种，已大量运用于各种钢环、衬环上，代替镀硬铬，提高使用寿命，不变形6纺织机械用于弹力

19、丝机的冷、热轨，提高硬度，不变形20第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 序序号号类别类别应用情况应用情况7开关零件用于各种空气开关零件，代替镀锌、镀铬，效果显著8印刷机械各种胶印机零件、齿轮，边吸嘴等9密封机械各种阀门、轴类零件10电动工具零件齿轮轴、螺旋齿、平板齿、轴承保持架、轴承外壳21第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 序序号号类别类别应用情况应用情况11建筑机械零件各种轴、销、齿轮等12照相机零件快门、锁扣等冲压件22化学热处理薄膜复合工艺化学热处理薄膜复合工艺4.氮碳共渗化学镀镍氮碳共渗化学镀镍 将氮碳共渗和化学镀镍两种工艺进行复将氮碳共渗和化

20、学镀镍两种工艺进行复合，则形成了一种低温渗镀复合强化新技合，则形成了一种低温渗镀复合强化新技术。经渗镀复合强化的零件，其有效硬化层术。经渗镀复合强化的零件，其有效硬化层深度增加，表面硬度比单一的共渗层高；因深度增加，表面硬度比单一的共渗层高；因表面化合物层疏松所造成的硬度和耐蚀性下表面化合物层疏松所造成的硬度和耐蚀性下降得到了改善和提高；由于低于相变温度处降得到了改善和提高；由于低于相变温度处理，零件变形很小。理，零件变形很小。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 23化学热处理薄膜复合工艺化学热处理薄膜复合工艺4.氮碳共渗化学镀镍氮碳共渗化学镀镍 零件有效硬化层深度增加提高

21、了对载荷和零件有效硬化层深度增加提高了对载荷和冲击的承受能力。对低温渗镀复合强化进行冲击的承受能力。对低温渗镀复合强化进行试验研究表明：渗镀层分布均匀，镀层与渗试验研究表明：渗镀层分布均匀，镀层与渗层结合良好，化合物层扩散层镀层的厚层结合良好，化合物层扩散层镀层的厚度达，表面显微硬度达度达，表面显微硬度达750HV左右。经渗镀复合强化的零件，有效硬化层左右。经渗镀复合强化的零件，有效硬化层深度比单一的氮碳共渗增加近一倍，表面硬深度比单一的氮碳共渗增加近一倍，表面硬度也比共渗表层高度也比共渗表层高200HV左右。左右。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 24化学热处理薄膜复合

22、工艺化学热处理薄膜复合工艺4.氮碳共渗化学镀镍氮碳共渗化学镀镍 共渗后镀镍磷，通过活化和镍磷原子填共渗后镀镍磷，通过活化和镍磷原子填入，大大降低了化合物疏松程度对表面质量入，大大降低了化合物疏松程度对表面质量的影响。盐雾试验表明，渗镀复合强化后的的影响。盐雾试验表明，渗镀复合强化后的零件表面耐蚀性优于单一的氮碳共渗。零件表面耐蚀性优于单一的氮碳共渗。生产应用表明：对于要尺寸精度高、表面生产应用表明：对于要尺寸精度高、表面耐磨的钢铁零件，采用渗镀复合处理，解决耐磨的钢铁零件，采用渗镀复合处理，解决了零件变形问题，同时又增加了表面度和耐了零件变形问题，同时又增加了表面度和耐磨性，提高了使用性能。磨

23、性，提高了使用性能。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 257.1 化学热处理薄膜复合工艺化学热处理薄膜复合工艺4.氮碳共渗化学镀镍氮碳共渗化学镀镍 对要求尺寸精度高、表面耐磨的钢铁零对要求尺寸精度高、表面耐磨的钢铁零件，采用渗镀复合强化处理，解决了零件变件，采用渗镀复合强化处理，解决了零件变形问题，同时又增加了表面硬度和耐磨性，形问题，同时又增加了表面硬度和耐磨性，提高了使用寿命，已经在生产上获得了应提高了使用寿命，已经在生产上获得了应用。用。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 267.2 镀覆与其它表面技术复合工艺镀覆与其它表面技术复合工艺1.电镀薄

24、膜复合工艺电镀薄膜复合工艺 它主要是满足材料更高的耐腐蚀性和特殊它主要是满足材料更高的耐腐蚀性和特殊工艺的要求。工艺的要求。PVD和和CVD沉积层硬度高，耐磨性好，一沉积层硬度高，耐磨性好，一般正电位也较高，十分耐蚀。由于这类沉积般正电位也较高，十分耐蚀。由于这类沉积层通常仅几个微米厚，不足以覆盖基体表面层通常仅几个微米厚，不足以覆盖基体表面的粗糙度和其他一些缺陷，从而存在腐蚀的的粗糙度和其他一些缺陷，从而存在腐蚀的隐患，最终导致局部腐蚀。隐患，最终导致局部腐蚀。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 277.2 镀覆与其它表面技术复合工艺镀覆与其它表面技术复合工艺1.电镀薄膜

25、复合工艺电镀薄膜复合工艺 另外，由于沉积层定向生长、形成的纤维另外，由于沉积层定向生长、形成的纤维状沉积层结构所产生的晶界增大了电解液向状沉积层结构所产生的晶界增大了电解液向内的扩散速度，也使材料的整体耐蚀性下内的扩散速度，也使材料的整体耐蚀性下降。若要增加超硬沉积层厚度，形成致密无降。若要增加超硬沉积层厚度，形成致密无缺陷的表面，就目前缺陷的表面，就目前PVD、CVD技术而言还技术而言还难以实现，况且也不经济。难以实现，况且也不经济。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 287.2 镀覆与其它表面技术复合工艺镀覆与其它表面技术复合工艺1.电镀薄膜复合工艺电镀薄膜复合工艺 相

26、比之下，电镀技术却具有很高的沉积速相比之下，电镀技术却具有很高的沉积速率，易于形成厚而平整的耐蚀沉积层，只是率，易于形成厚而平整的耐蚀沉积层，只是无法达到无法达到PVD、CVD沉积层那么高的硬度和沉积层那么高的硬度和耐磨性。因此，将二者结合起来能满足材料耐磨性。因此，将二者结合起来能满足材料某些特殊的耐磨性和耐蚀性要求。某些特殊的耐磨性和耐蚀性要求。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 297.2 镀覆与其它表面技术复合工艺镀覆与其它表面技术复合工艺1.电镀薄膜复合工艺电镀薄膜复合工艺 相比之下，电镀技术却具有很高的沉积速相比之下，电镀技术却具有很高的沉积速率，易于形成厚而平

27、整的耐蚀沉积层，只是无率，易于形成厚而平整的耐蚀沉积层，只是无法达到法达到PVD、CVD沉积层那么高的硬度和耐磨沉积层那么高的硬度和耐磨性。因此，将二者结合起来能满足材料某些特性。因此，将二者结合起来能满足材料某些特殊的耐磨性和耐蚀性要求。殊的耐磨性和耐蚀性要求。复合处理层的耐腐蚀性明显高于单一电镀镍复合处理层的耐腐蚀性明显高于单一电镀镍层（它在相当小的腐蚀电流下就出现钝化现层（它在相当小的腐蚀电流下就出现钝化现象）。由于复合处理层与沉积金属之间有较好象）。由于复合处理层与沉积金属之间有较好的相容性，因而它的摩擦学性能十分理想。的相容性，因而它的摩擦学性能十分理想。第八章第八章 材料复合表面处

28、理技术材料复合表面处理技术 307.2 镀覆与其它表面技术复合工艺镀覆与其它表面技术复合工艺1.电镀薄膜复合工艺电镀薄膜复合工艺 由于由于PVD沉积层的颜色可以从金黄色到黑沉积层的颜色可以从金黄色到黑色逐渐变化（主要是色逐渐变化（主要是 BB元素的氮化元素的氮化物、碳化物或碳氮化物），电镀与之结合可物、碳化物或碳氮化物），电镀与之结合可以用于耐蚀性和耐磨性要求极高的装饰性表以用于耐蚀性和耐磨性要求极高的装饰性表面。电镀镍镀铬，再经面。电镀镍镀铬，再经PVD沉积能消除镀沉积能消除镀铬层网状裂纹对镀层光泽的不良影响，成为铬层网状裂纹对镀层光泽的不良影响，成为一种较为经济的装饰镀工艺。一种较为经济的

29、装饰镀工艺。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 317.2 镀覆与其它表面技术复合工艺镀覆与其它表面技术复合工艺1.电镀薄膜复合工艺电镀薄膜复合工艺 薄膜技术原则上可以沉积任何物质。因薄膜技术原则上可以沉积任何物质。因此，它可以在一些难以电镀或无法电镀的材此，它可以在一些难以电镀或无法电镀的材料上沉积表面保护层，如在某些塑料表面沉料上沉积表面保护层，如在某些塑料表面沉积金属膜，实现塑料金属化，也可沉积积金属膜，实现塑料金属化，也可沉积W、Ti、TiN等膜层。然而，由于薄膜的沉积速率等膜层。然而，由于薄膜的沉积速率不高，实现金属化后需再电镀使涂层增厚，不高，实现金属化后需再电

30、镀使涂层增厚，故这一复合处理技术已成为难镀材料表面处故这一复合处理技术已成为难镀材料表面处理的一种手段。理的一种手段。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 327.2 镀覆与其它表面技术复合工艺镀覆与其它表面技术复合工艺2.电镀电镀+化学热处理复合工艺化学热处理复合工艺 这这种种处处理理的的主主要要目目的的是是形形成成新新的的化化合合物物结结构构，提提高高工工艺艺效效果果，改改善善摩摩擦擦学学性性能能及及耐耐蚀蚀性性能。能。现现在在，对对这这类类复复合合工工艺艺的的研研究究多多集集中中在在镀镀铬铬层层的的化化学学热热处处理理方方面面。镀镀铬铬层层硬硬度度高高、用用量量大大、涉

31、涉及及面面广广，先先前前的的研研究究方方法法主主要要是是对对镀镀铬铬层层进进行行液液体体氮氮化化处处理理，继继而而对对镀镀层层进进行行辉辉光光离离子子氮氮化化处处理理，最最后后再再进进行行离离子子碳碳氮氮共共渗渗处处理理。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 337.2 镀覆与其它表面技术复合工艺镀覆与其它表面技术复合工艺2.电镀电镀+化学热处理复合工艺化学热处理复合工艺 用弥散镀铬方法制取含有活性碳的弥散镀用弥散镀铬方法制取含有活性碳的弥散镀铬层后，进行离子碳氮共渗复合处理，生成铬层后，进行离子碳氮共渗复合处理，生成具有特殊界面及硬度高、耐磨性好的表面，具有特殊界面及硬度高

32、、耐磨性好的表面，也是一种有发展前景的新型表面强化技术。也是一种有发展前景的新型表面强化技术。研究表明，复合处理的表层硬度比镀铬、研究表明，复合处理的表层硬度比镀铬、离子氮化、离子氮碳共渗都高；离子氮化、离子氮碳共渗都高；第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 347.2 镀覆与其它表面技术复合工艺镀覆与其它表面技术复合工艺2.电镀电镀+化学热处理复合工艺化学热处理复合工艺 弥散镀铬后离子氮碳共渗所生成的表层还弥散镀铬后离子氮碳共渗所生成的表层还具有较高的红硬性，具有较高的红硬性，400时高温显微硬时高温显微硬度为度为7000MPa，而普通硬铬层仅为，而普通硬铬层仅为4000M

33、Pa；复合处理的表层耐磨性和边界；复合处理的表层耐磨性和边界润滑条件下的抗擦伤负荷也有明显提高。润滑条件下的抗擦伤负荷也有明显提高。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 357.3 热喷涂与其它表面技术的复合工艺热喷涂与其它表面技术的复合工艺1.等离子喷涂重熔处理等离子喷涂重熔处理 等离子喷涂得到的覆盖层（涂层）的物理机械等离子喷涂得到的覆盖层（涂层）的物理机械性能虽然高于其它喷涂方法，但却远低于堆焊性能虽然高于其它喷涂方法，但却远低于堆焊所得到的机械性能。为了改善涂层的性质，将所得到的机械性能。为了改善涂层的性质，将喷涂工艺与涂层的重熔处理相结合是一种十分喷涂工艺与涂层的重

34、熔处理相结合是一种十分有效的复合表面处理工艺。有效的复合表面处理工艺。涂层的重熔可以用等离子射流或激光束进行，这涂层的重熔可以用等离子射流或激光束进行，这样既保证了局部加热，又不影响整个零件的处样既保证了局部加热，又不影响整个零件的处理。理。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 367.3 热喷涂与其它表面技术的复合工艺热喷涂与其它表面技术的复合工艺1.等离子喷涂重熔处理等离子喷涂重熔处理 在在涂涂层层重重熔熔时时，熔熔化化的的一一般般只只是是其其合合金金中中最最易易熔熔化化的的成成分分，由由于于液液相相有有助助于于扩扩散散过过程程，熔熔化化的的结结果果大大大大提提高高了了涂

35、涂层层和和基基体体的的结结合合强强度度，消消除除了了孔孔隙隙，增增加加了了机机械械强强度度。例如，例如，45钢基体上镍基合金重熔涂层的显钢基体上镍基合金重熔涂层的显微硬度可高达淬火硬度的微硬度可高达淬火硬度的510倍，因而倍，因而耐磨性得以显著提高。重熔后涂层和基体耐磨性得以显著提高。重熔后涂层和基体表面的结合强度可提高表面的结合强度可提高810倍；由于涂倍；由于涂层的硬度提高，其疲劳强度提高层的硬度提高，其疲劳强度提高2025%。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 377.3 热喷涂与其它表面技术的复合工艺热喷涂与其它表面技术的复合工艺1.等离子喷涂重熔处理等离子喷涂重熔

36、处理 这种工艺可以用来修复在大交变载荷和接这种工艺可以用来修复在大交变载荷和接触应力条件下工作的零件，如凸轮轴、曲轴触应力条件下工作的零件，如凸轮轴、曲轴等。等。2.热喷涂氮化热喷涂氮化 热热喷喷涂涂可可使使材材料料薄薄膜膜具具有有耐耐磨磨性性、抗抗蚀蚀性性、隔隔热热性性、导导电电及及绝绝缘缘性性等等多多种种性性能能；但但热热喷喷涂涂会会产产生生各各向向异异性性，微微观观疏疏松松等等缺缺陷陷，在较硬材料上喷涂时涂层结合力比较弱。在较硬材料上喷涂时涂层结合力比较弱。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 387.3 热喷涂与其它表面技术的复合工艺热喷涂与其它表面技术的复合工艺2.

37、热喷涂氮化热喷涂氮化 国外学者对热喷涂涂层进行了离子氮化和国外学者对热喷涂涂层进行了离子氮化和气体氮化复合处理，在克服热喷涂涂层的上气体氮化复合处理，在克服热喷涂涂层的上述缺陷方面取得了一定的进展。述缺陷方面取得了一定的进展。研研究究表表明明：如如果果热热喷喷涂涂涂涂层层中中包包含含足足够够量量的的溶溶解解氮氮的的元元素素（如如Fe、Cr），则则热热喷喷涂涂氮氮化化工工艺艺是是完完全全可可行行的的，而而且且会会形形成成氮氮化化物物。复复合合处处理理后后的的硬硬度度比比单单一一热热喷喷涂涂有有所所提提高。高。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 397.3 热喷涂与其它表面技术

38、的复合工艺热喷涂与其它表面技术的复合工艺2.热喷涂氮化热喷涂氮化 若采用热喷涂气体氮化复合工艺，则喷若采用热喷涂气体氮化复合工艺，则喷涂层和层下基体都会产生氮化效果，从而使涂层和层下基体都会产生氮化效果，从而使硬度分布更为平缓，不仅提高了喷涂层和基硬度分布更为平缓，不仅提高了喷涂层和基体的结合力，而且可以显著的改善耐磨性。体的结合力，而且可以显著的改善耐磨性。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 407.4 多层薄膜复合工艺多层薄膜复合工艺 多层膜复合工艺是利用镀覆和气相沉积等多层膜复合工艺是利用镀覆和气相沉积等技术在材料表面形成多层薄膜的方法。技术在材料表面形成多层薄膜的方

39、法。大量研究表明，多层涂层能满足多种性能大量研究表明，多层涂层能满足多种性能要求，这是因为其具有如下优点：要求，这是因为其具有如下优点：（1）可获得各个不同材料单层特性的综合特）可获得各个不同材料单层特性的综合特性；性；（2）与底村更牢固地粘结；）与底村更牢固地粘结；第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 417.4 多层薄膜复合工艺多层薄膜复合工艺（3）多多层层涂涂层层中中多多个个平平行行于于底底村村表表面面的的界界面面可可有有效效地地拟拟制制裂裂纹纹的的产产生生和和扩扩展展，从从而而提提高高涂涂层层的的硬硬度度和和韧韧性性，并并获获得得适适当当的的硬硬度度韧韧性比和残余应力

40、；性比和残余应力；（4）可可获获得得高高致致密密度度的的厚厚（10m）涂涂层层，满满足足切切削削刀刀具具、磨磨粒粒磨磨损损和和冲冲蚀蚀磨磨损损等等工工况况下下的的使使用用要要求求；（5）多多层层膜膜具具有有“应应力力阻阻挡挡”作作用用，可可降降低低表表面面与与次次表表面面的的最最大大应应力，从而具有较高的承载能力。力，从而具有较高的承载能力。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 427.4 多层薄膜复合工艺多层薄膜复合工艺 目前，部分多层涂层产品已获得成功应目前，部分多层涂层产品已获得成功应用，如以用，如以TiN为外层，由为外层，由TiN、TiCN和和Al2O3交替组成的交替

41、组成的8层涂层及由层涂层及由 Al2O3/TiC/TiN组成组成的的3层涂层都在不同切削工况下获得了成功应层涂层都在不同切削工况下获得了成功应用并已实现了商品化。但针对多层膜的基础用并已实现了商品化。但针对多层膜的基础研究仍处于初级阶段。研究仍处于初级阶段。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 437.4 多层薄膜复合工艺多层薄膜复合工艺 不不同同性性能能单单层层材材料料的的排排列列组组合合种种类类繁繁多多，关关于于软软一一硬硬、硬硬一一硬硬交交替替及及不不同同重重叠叠周周期期（单单层层厚厚度度及及周周期期）的的多多层层涂涂层层都都有有报报导导，但还未形成公认的理论和设计指南

42、。但还未形成公认的理论和设计指南。不不过过，目目前前在在以以下下几几方方面面已已取取得得了了共共识识：（1）一一般般多多层层膜膜均均具具有有比比单单层层膜膜更更好好的的物物理理力力学学和和摩摩擦擦学学性性能能，而而且且其其效效果果远远远远超超过过了了Koehler多层强化模型所预料的效果；多层强化模型所预料的效果；第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 447.4 多层薄膜复合工艺多层薄膜复合工艺（2）按按照照Koehler模模型型，在在多多层层强强化化涂涂层层中中，较较少少层层数数的的均均质质和和非非均均质质结结构构单单层层组组成成的的多多层层涂涂层层比比层层数数很很多多的的

43、超超晶晶格格（超超模模量量）多多层层涂涂层层具具有有更更优优异异的的摩摩擦擦学学特特性性，换换言言之之在在性性能能、组组分分和和结结构构上上具具有有梯梯度度特特征征的的多多层层体体系系具具有有更更优优异异的的摩摩擦擦学学特特性性；（3）最最外外层层、涂涂层层总总厚厚度度及及层层数数主主要要取取决决于于工工况况条条件。件。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 457.4 多层薄膜复合工艺多层薄膜复合工艺 作作为为一一种种新新型型的的表表面面处处理理技技术术，表表面面复复合合处处理理技技术术建建立立在在许许多多新新老老表表面面技技术术基基础础之之上上，是是多多学学科科交交叉叉的的

44、技技术术，涉涉及及到到界界面面理理论论和和非非平平衡衡表表面面相相变变动动力力学学等等复复杂杂问问题题，它它综综合合了了单单一一表表面面处处理理技技术术的的优优点点和和功功能能，其其应应用领域较广。用领域较广。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术 467.4 多层薄膜复合工艺多层薄膜复合工艺 目前，试验研究多，理论探讨少，但表面目前，试验研究多，理论探讨少，但表面复合技术在工程方面的应用已经起步，如装复合技术在工程方面的应用已经起步，如装饰性手柄饰性手柄NiPdNiTiN复合涂层、复合涂层、Cr12轴轴瓦冲压模的瓦冲压模的Cr弥散层离子碳氮共渗复合处理弥散层离子碳氮共渗复合处理和塑料板复合镀铜工艺等都已经取得较好的和塑料板复合镀铜工艺等都已经取得较好的效果，若要推广应用，尚需进一步解决工艺效果，若要推广应用，尚需进一步解决工艺材料的适应性、可操作性及经济性等方面问材料的适应性、可操作性及经济性等方面问题。题。第八章第八章 材料复合表面处理技术材料复合表面处理技术