表面涂層技術論文

　　模具是制造業(yè)的基礎工序,模具表面涂層技術是模具制造領域的重要環(huán)節(jié),這是學習啦小編為大家整理的表面涂層技術論文，僅供參考!

　　表面涂層技術論文篇一

　　鋼表面鑄滲燒結(jié)涂層分析

　　【摘要】鑄滲工藝鑄造表面復合材料是鑄造金屬基復合材料的一個重要組成部分。它把高硬度、高熔點、高彈性模量、耐磨、耐蝕的陶瓷顆粒或纖維復合在不同性能的金屬表面, 既可使整個構件具有滿足工況要求的強韌性, 又可使構件表面一定厚度范圍內(nèi)具有高的耐磨、耐蝕性,并能延長使用壽命。本文主要就鑄滲材料和鑄滲工藝的發(fā)展和鑄滲法存在的問題作一些淺顯的探討。

　　【關鍵詞】鑄滲材料鑄滲工藝問題

　　前言

　　近年來.我國鑄造業(yè)獲得了飛躍式的發(fā)展，從2000年至2003年.中國鑄件產(chǎn)量躍居世界首位.從2003年至今中國鑄件產(chǎn)量依舊保持持續(xù)增長。這種趨勢在近期內(nèi)有可能將繼續(xù)保持并保證中國鑄造業(yè)的持續(xù)繁榮。但在鑄造業(yè)繁榮的背后。也存在著形勢嚴峻的一面。能源環(huán)境的制約以及國際鑄造科技競爭加劇和知識產(chǎn)權的保護強化已成為我國鑄造業(yè)發(fā)展的瓶頸，發(fā)展節(jié)約環(huán)保型、科技創(chuàng)新型鑄造之路刻不容緩。

　　一、 鑄滲材料的發(fā)展

　　(1)表面合金化

　　表面合金化是鑄造技術與表面冶金強化技術的結(jié)合.是利用鑄造時液態(tài)金屬的熱量將待滲元素熔化、分解、擴散，從而在鑄件表面形成特殊性能的合金層。起到表面強化作用。鑄造表面合金化的基本原理鑄造表面合金化又稱鑄滲，首先將要鑄滲的合金粉末或陶瓷顆粒等增強相預先同定(通過涂料或以膏塊形式粘貼)在型壁的特定位置上，然后澆注金屬液。讓金屬液通過孔隙滲透到合金涂層內(nèi)，包圍合金顆粒，在熔劑和其它添加劑的共同作用下。通過一系列高溫冶金物化反應在原涂層所在位置形成合金化層。

　　(2)外加強化相表面材料復合

　　最常用的是加入陶瓷顆粒，陶瓷顆粒按穩(wěn)定性從小到大依次為：碳化物、氮化物和氧化物，一般碳化物、氮化物用于常溫磨損工況，而高溫磨損工況最好采用氧化物。WC是使用最多的一種鑄滲劑，與鋼鐵材料相比，WC具有高硬度和高紅硬性，同時它的抗壓強度、導熱和楊氏模量比鋼鐵材料高2～4倍，更重要的是WC與鋼鐵熔體潤濕性好，易形成鑄滲層，也是經(jīng)常使用的強化相，但由于其與鋼鐵溶體的潤濕差，不適用于鑄滲工藝;通過表面技術對AI：0進行Ni涂層和TiN涂層處理，改善了其與鋼鐵溶體的潤濕性，并發(fā)現(xiàn)經(jīng)Ni涂層AI0，顆粒增強的表面復合材料具有高的界面結(jié)合強度，表現(xiàn)極高的高溫耐磨性。

　　(3)內(nèi)生強化相表面材料復合

　　借助于材料合成的最新發(fā)展，把反應合成引入鑄滲的技術，通過粉末之間的反應原位形成增強相?？梢越鉀Q鋼鐵液對陶瓷相潤濕性差的問題，如WC可作為增強相，是因為鋼鐵液對WC潤濕，可通過鑄滲形成鑄滲層;相反，鋼鐵液對大多數(shù)陶瓷增強相不潤濕，如與SiC、A1：O，的潤濕角大于90。，無法形成鑄滲層，這時通過反應鑄滲，形成含有這些陶瓷相的鑄滲層。采用鋁粉、氧化銅粉、鎢粉和碳粉，通過氧化銅和鋁的放熱反應誘發(fā)反應w+C=WC，在鑄滲層中獲得原位的WC陶瓷相。刮采用含強碳化物形成元素合金粉末等進行反應鑄滲，分別得到Fe―TiC、Fe.VC、Fe.VC-石墨等表面復合材料。嚴有為、紀朝輝分別采用Fe、C、Ti元素粉末，同樣通過反應鑄滲得到Fe.TiC表面復合材料。

　　二、鑄滲工藝的發(fā)展

　　(1)普通鑄造工藝

　　將增強粉末與粘接劑、溶劑等混制的涂料、膏劑或預制塊覆在型腔表面需強化的部位，待鑄型干燥后澆注。由于涂料中的無機物和有機物在鑄件形成的過程中產(chǎn)生的夾渣和氣體也極易殘留在鑄滲層內(nèi)，且預制塊、膏塊放置和固定困難，僅適用于小批量的二次性試驗，難以實現(xiàn)大規(guī)模行業(yè)生產(chǎn)。

　　(2)V法鑄滲工藝

　　工藝原理簡介：

　　真空密封造型鑄造亦稱 V法鑄造 。其基本原理：在帶抽氣室的砂箱內(nèi)填入單一千砂，稍加微震緊實，然后對型面和砂箱背面覆有塑料薄膜的砂型抽真空刑用砂箱內(nèi)外的壓力差使鑄型定型，然后起模、合箱，在保持真空狀態(tài)下澆注金屬液。其工藝程序見下圖 。

　　面膜烘烤→覆面膜→安放澆冒口→噴涂料→放砂箱→加砂微震

　　↑↓

　　模樣抽真空←真空罐→ 模樣卸真空、砂箱抽真空

　　↓

　　卸壓開箱←澆注冷卻←合箱←下芯←起模←鑄型覆背膜

　　↓

　　鑄件清整

　　V法鑄造工藝程序簡圖

　　V法鑄造原則

　　v法鑄造通常采用水平分型，澆注時要求金屬液 快速平穩(wěn)充型。為了保證型腔內(nèi)液面平穩(wěn)上升及防止金屬液對型腔面膜的噴射沖刷，特別是澆注大平面時要傾斜澆注，以免金屬液大面積烘烤型腔面，應盡量縮短澆注時間。最好采用底注式或中注( 側(cè)注 )式，避免頂注，澆口按半封閉式設計，其澆道截面尺寸比例為：F內(nèi)：F措：F直=1：(1.5～2)：(1～1.3) ，注意澆冒口位置要避開砂箱加強筋。澆注時必須滿澆注不斷流 。

　　(3)V- EPC鑄滲工藝

　　V.EPC鑄滲工藝，即實型負壓鑄滲工藝，是采用聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)制備試樣模型，埋入干砂的塑料模型經(jīng)振實后，在負壓下定型和澆注，將增強粉末塑料覆于模型的表面。同樣，負壓可及時排除EPS和粘膠劑氣化產(chǎn)物，較好地避免了鑄滲層的氣孔和夾渣等缺陷。此外，由于不需分型、不需下芯和起膜，涂層膏塊的放置方便，非常適合于鑄滲工藝，具有很好的工業(yè)應用前景。近年米，采用V―EPC鑄滲研究有較多報道，如張冉陽、李祖來等對鑄鐵進行了WC表面復合材料的鑄滲研究¨

　　(4)離心鑄滲

　　金屬基復合材料已有許多種制造技術，其中滲透鑄造是比較有效和廉價的技術之一。滲透鑄造又有壓力滲鑄、離心滲鑄和無壓滲鑄等。在離心滲鑄工藝中，金屬熔液依靠離心力使得其在多孔預制體內(nèi)進行滲流，只有當離心壓力大于臨界滲透壓力時，滲鑄過程才能進行，而鋁熔液的質(zhì)量、預制件的孔隙率和模具的角速度等工藝參數(shù)對滲透壓力有著非常重要的影響。在實際生產(chǎn)中，迫切需要確定最小臨界參數(shù)的理論依據(jù)，以便掌握操作過程，而目前國內(nèi)外有關于這方面的文獻資料還很欠缺。

　　離心鑄滲在旋轉(zhuǎn)體的犁腔內(nèi)壁放置預制塊粉末涂層，澆入的金屬液在離心力作用下滲入粉末涂層，由于涂覆層產(chǎn)生的氣體和夾渣物在離心力場下迅速上浮，可完全消除鑄造缺陷。利用離心鑄滲使鐵液滲入Sic粒子預制塊內(nèi)，獲Sic顆粒強化鑄鐵慕表面復合材料。

　　(5)SHS-casting工藝

　　自蔓延高溫合成( Self―propagating High temperature Synthesis 簡稱SHS )是20世紀6 O年代由前蘇聯(lián)學者Merzhanov、Brovinkaya和Shriko在發(fā)現(xiàn)“固態(tài)火焰”的基礎上提出來的一種材料合成新方法I t j。它是基于放熱化學反應的基本原理.利用外部能量誘發(fā)局部化學反應(點燃)，形成化學反應前沿(燃燒波)，此后化學反應在自身放出熱量的支持下繼續(xù)進行，表現(xiàn)為燃燒波蔓延至整個反應體系，最后合成所需材料。SH熔鑄法是熔鑄技術結(jié)合SHS技術發(fā)展起來制備金屬基復合材料的一種新方法。傳統(tǒng)的金屬基復合材料是陶瓷相外加到熔融金屬基體中， 因而 顆粒表面污染及氧化問題是不可避免的。而 S HS熔鑄法則可解決這個問題。就At/Ti B2復合材料而言，其具體過程是將 A1、Ti 、B三種元素粉末按化學計量比均勻混合，在裝置中，經(jīng)S HS 過程合成 T i 島 陶瓷增強相，隨后在A 1 熔點上的溫度下使其均勻地分散到熔融金屬AI中.從而制得AI/T i B 2復合材料。T 陶瓷相為原位生長，沒有暴露于空氣中，從而克服了顆粒表面污染及氧化等問題。這個過程的技術關鍵是相組成控制及反應與熔融參數(shù)的匹配問題。

　　三、鑄滲法存在的問題及展望

　　目前盡管金屬鑄滲技術在國內(nèi)外已得到了很大一部分的應用和發(fā)展，但仍然存在不少的問題需委解決。主要表現(xiàn)在：①鑄滲層質(zhì)量不高。如鑄滲層中經(jīng)常會形成氣泡、夾渣和粘砂等缺陷。此外，鑄滲層深度不均勻、表面粗糙度高和不易進行機加等諸多問題也與鑄滲層的質(zhì)量有一定聯(lián)系。②表面合金化效果對工藝參數(shù)的變化較敏感。由于這些原兇，在金屬鑄滲時，要想獲得質(zhì)量穩(wěn)定可靠的表面合金化效果，必須有良好的設備條件和嚴格的生產(chǎn)工藝措施，這會使成本增加、操作復雜。③金屬鑄滲過程的數(shù)值模擬研究還有待深入展開，由于金屬鑄滲過程中影響鑄滲層質(zhì)量的工藝參數(shù)較多，而且許多工藝參數(shù)還彼此關聯(lián)，對這樣一個復雜過程，如果采用實驗的方法來研究工藝因素變化對鑄滲層質(zhì)量的影響，則難度大、費用高，且有一定盲目性，而數(shù)值模擬方法可以很好地解決這一問題。雖然國內(nèi)外在金屬鑄滲過程的數(shù)值模擬方面進行了一些研究，建立一些簡單的數(shù)學模型，但由于假設條件太多，模擬以計算的可靠性難以保證。這些問題的存在，極大地制約了金屬鑄滲技術的推廣和使用。此外，在理論上缺乏深入的研究和探討也阻礙了該技術的進一步發(fā)展。因此，采用更有效的手段，加大在鑄滲機理、鑄滲工藝以及鑄滲過程的數(shù)值模擬等方面的研究力度，以克服在鑄滲層形成機理、具體鑄滲工藝制定和數(shù)學問題就顯得尤其重要了。

　　結(jié)論

　　鑄造表面合金化技術，能夠把金屬材料的強韌性與強化成分的高硬度、高剛度結(jié)合起來，使零件的整體性能得到改善，且其工藝簡單、成本低廉，不僅可以在航天航空工業(yè)上應用，也可以在汽車、礦山機械制造等民用工業(yè)上應用。可以相信，表面合金化技術在耐磨、耐蝕、耐熱復合材料制品生產(chǎn)方面將具有極廣闊的前景。

　　參考文獻

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　　表面涂層技術論文篇二

　　鋁合金表面涂層工藝與性能

　　摘 要 鋁合金表面涂層技術是利用表面涂層的工藝方法，在鋁合金表面形成若干層具有符合機構的薄膜，對鋁合金表面形成保護作用。通過研究鋁合金表面涂層工藝，使鋁合金更加耐候、耐磨和耐腐蝕。鋁合金表面涂層技術現(xiàn)在被廣泛應用，對其性能的研究有重要的社會價值。

　　關鍵詞 鋁合金;涂層工藝;涂裝;噴涂

　　中圖分類號：TG174 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597(2013)12-0162-02

　　在社會飛速發(fā)展的今天，鋁合金作為重要的工業(yè)材料被廣泛應用于建筑、機械、電子、汽車、船舶、航空航天等領域。同時鋁合金的涂覆就顯得尤為重要。

　　鋁金屬元素在地殼中的含量豐富，產(chǎn)量在金屬中僅次于鋼鐵的產(chǎn)量，這也是成為應用廣泛的金屬材料的原因。同時鋁合金的加工性能好，具有良好的光反應能力。但是鋁合金也存在著缺點，鋁在大氣中雖然已經(jīng)有一定的耐腐蝕性能，但是還會受到空氣中的雜質(zhì)影響?？諝庵械柠}和其他污染物對其腐蝕就很大。同時在特定的溫度下，鋁合金也易起泡。增加鋁合金的使用壽命，降低污染物的排放量、減少空氣污染是必須要做的工作。另外隨著科技的進步，我們對鋁合金的表面也進行了改良，通過表面處理的途徑，即氧化或電鍍可以提高鋁合金的耐蝕性。從而提高其使用性能。鋁合金表面的涂層技術主要有以下工藝。

　　1 涂裝工藝

　　在電的作用下使水性涂料產(chǎn)生變化，對鋁合金的表面進行涂膜，涂裝后的鋁合金材質(zhì)更加的堅固，耐磨，更好的發(fā)揮其性能。

　　1.1 涂裝過程

　　涂裝工藝主要是電泳涂裝。需要泳槽，攪拌裝置，過濾裝置，循環(huán)泵，電源，鋁合金，漆液等物品和設備。將漆液用攪拌裝置攪拌均勻后放入泳槽，用循環(huán)泵進行均勻反動，同時控制好涂料成分和槽液的pH值。涂料配置好以后就可以對鋁合金表面進行涂裝。鋁合金表面涂裝涂料還需要多次的水洗，除銹，電泳涂裝，烘干等操作。還要依靠電場產(chǎn)生的物理原理，給鋁合金表面附加一層保護膜，這層保護膜吸附在鋁合金上，可以使鋁合金更加的耐腐蝕。

　　1.2 涂裝應用

　　涂裝工藝在對金屬的操作上便于自動化管理，對環(huán)境污染小，涂裝的效率高，涂裝后的金屬質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高等，被廣泛應用在建材、電子、五金、汽車等行業(yè)。

　　2 噴涂工藝

　　對鋁合金表面進行粉末噴涂的一種工藝，這種工藝對鋁合金材質(zhì)的表面噴涂粉末，起到了對鋁合金表面涂層，保護鋁合金表面的效果。還可以對鋁合金表面進行不同顏色的噴涂，我們可以把鋁合金變成我們所需要的摸樣，滿足了鋁合金顏色上個性化的需求。

　　噴涂工藝早期是國外的工藝引進到國內(nèi)，因為它對鋁合金材質(zhì)要求不是很嚴的原因，鋁材廠商選擇這樣的工藝來對鋁合金表面涂層的比較多。

　　3 浸鍍工藝

　　通過浸泡金屬，利用金屬液體與鋁合金表面的化學反應，從而使鋁合金表面的金屬置換，達到對鋁合金表面涂層，保護鋁合金表面的效果。

　　3.1 浸鍍選材

　　目前最為廣泛的使用的金屬就是沉鋅，沉鋅液于鋁合金浸泡可以使鋁合金表面進行金屬置換，使鋁合金表面致密，均勻。并且沉鋅的成本較低，適合大量生產(chǎn)。

　　3.2 沉鋅浸鍍

　　用沉鋅浸鍍鋁合金的過程中需要注意沉鋅的濃度、沉鋅的溫度以及沉鋅時間。

　　沉鋅的濃度指的是鋅和堿的濃度比值，一般鋅和堿的濃度比值在6：5為比較合適，如果鋅和堿的濃度比值過低時，置換出來的鋅的結(jié)晶會很細致，但是不易在鋁合金的表面沉積下來，達不到鋁合金表面的涂層效果。如果鋅和堿的濃度比值比較高時，就會使鋁合金成黑色，表面不細致，致密性很差。沉鋅液中堿和鋅的比值很重要，還要適當?shù)母鼡Q使用過的沉鋅液，補充新的沉鋅液。

　　沉鋅的溫度維持在20℃左右最佳，沉鋅液的溫度過高會使鋅金屬置換過快，鋁合金表面松散，不密實，結(jié)合力差。沉鋅液的溫度過低會使鋅金屬置換過慢，也影響鋁合金表面的涂層。

　　沉鋅時間一般在1分鐘左右，需要浸泡兩次。兩次浸泡才能達到鋁合金表面致密均勻的效果。

　　4 腐蝕工藝

　　指的是酸、堿等化學物質(zhì)腐蝕鋁合金后，使鋁合金表面變得平滑光潔，保持鋁合金原有的光澤。這種工藝使鋁合金表面具有良好的耐腐、耐候性能，已經(jīng)讓鋁合金材質(zhì)更加的堅固。也是可以被廣泛使用的一種工藝。

　　4.1 酸腐蝕

　　在酸的作用下使鋁合金表面形成酸性腐蝕物質(zhì)，作用在鋁合金表面上的酸性物質(zhì)均勻，但是表面不光亮，需要消光達到美觀。我們可以選擇的酸類材料很多，稀硫酸，檸檬酸，硝酸鈉等。稀硫酸是腐蝕鋁合金表面的很好的化學物質(zhì)，鋁合金很容易與硫酸發(fā)生反應，從而腐蝕鋁合金的表面，起到活化鋁合金表面的作用，注意稀硫酸的濃度不易過高。檸檬酸也可以使鋁合金的表面活化。從而使腐蝕速度減慢，降低鋁合金的消耗量，減少鋁合金的腐蝕。硝酸鈉則是讓鋁合金表面發(fā)生氧化反應，形成氧化鋁，從而達到鋁合金表面涂層的效果，保護鋁合金的表面。

　　4.2 堿腐蝕

　　堿腐蝕類似于酸腐蝕，在堿的作用下使腐蝕后的鋁合金表面光亮，細膩的方法。細化了鋁合金表面但是對鋁的損耗比較大，并且有一定的環(huán)境污染。

　　5 拋光工藝

　　提及一下拋光工藝，拋光不是直接的對鋁合金表面附加涂層，但是也達到了鋁合金表面涂層的效果。針對金屬在熱處理，運輸，機械加工等過程中，不可避免的發(fā)生表面氧化，產(chǎn)生一層氧化層的現(xiàn)象。利用化學物質(zhì)、機械設備對鋁合金表面進行拋光。針對氧化層表面的清洗處理，就可以用到拋光工藝。

　　5.1 化學拋光

　　利用化學物質(zhì)對鋁合金表面進行拋光后，可以使鋁合金表面相當?shù)募毣?，從而提高鋁合金表面檔次。雖然使得鋁合金表面很光亮，但是也有一定的環(huán)境污染。

　　5.2 機械拋光

　　利用機械設備對鋁合金表面進行拋光的技術。也可以細化鋁合金表面。但是拋光工藝并不能提高鋁合金的耐腐蝕性。且消耗成本，產(chǎn)量低。

　　6 結(jié)束語

　　鋁合金在各個行業(yè)現(xiàn)在被廣泛應用，伴隨著社會的進步，經(jīng)濟的發(fā)展，人們環(huán)保意識的不斷增強，人們對鋁合金制品的性能要求也越來越高。在不影響周圍環(huán)境，同時又能讓鋁合金發(fā)揮其性能的前提下，使鋁合金的表面更加的光滑，美觀，耐磨，耐腐和耐候。就需要不斷的去研究鋁合金表面涂層工藝，讓鋁合金發(fā)揮更高的性能，對現(xiàn)代化發(fā)展具有更高的價值。

　　參考文獻

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