表面涂层技术论文

表面涂层技术论文

　　模具是制造业的基础工序,模具表面涂层技术是模具制造领域的重要环节,这是学习啦小编为大家整理的表面涂层技术论文，仅供参考!

　　表面涂层技术论文篇一

　　钢表面铸渗烧结涂层分析

　　【摘要】铸渗工艺铸造表面复合材料是铸造金属基复合材料的一个重要组成部分。它把高硬度、高熔点、高弹性模量、耐磨、耐蚀的陶瓷颗粒或纤维复合在不同性能的金属表面, 既可使整个构件具有满足工况要求的强韧性, 又可使构件表面一定厚度范围内具有高的耐磨、耐蚀性,并能延长使用寿命。本文主要就铸渗材料和铸渗工艺的发展和铸渗法存在的问题作一些浅显的探讨。

　　【关键词】铸渗材料铸渗工艺问题

　　前言

　　近年来.我国铸造业获得了飞跃式的发展，从2000年至2003年.中国铸件产量跃居世界首位.从2003年至今中国铸件产量依旧保持持续增长。这种趋势在近期内有可能将继续保持并保证中国铸造业的持续繁荣。但在铸造业繁荣的背后。也存在着形势严峻的一面。能源环境的制约以及国际铸造科技竞争加剧和知识产权的保护强化已成为我国铸造业发展的瓶颈，发展节约环保型、科技创新型铸造之路刻不容缓。

　　一、 铸渗材料的发展

　　(1)表面合金化

　　表面合金化是铸造技术与表面冶金强化技术的结合.是利用铸造时液态金属的热量将待渗元素熔化、分解、扩散，从而在铸件表面形成特殊性能的合金层。起到表面强化作用。铸造表面合金化的基本原理铸造表面合金化又称铸渗，首先将要铸渗的合金粉末或陶瓷颗粒等增强相预先同定(通过涂料或以膏块形式粘贴)在型壁的特定位置上，然后浇注金属液。让金属液通过孔隙渗透到合金涂层内，包围合金颗粒，在熔剂和其它添加剂的共同作用下。通过一系列高温冶金物化反应在原涂层所在位置形成合金化层。

　　(2)外加强化相表面材料复合

　　最常用的是加入陶瓷颗粒，陶瓷颗粒按稳定性从小到大依次为：碳化物、氮化物和氧化物，一般碳化物、氮化物用于常温磨损工况，而高温磨损工况最好采用氧化物。WC是使用最多的一种铸渗剂，与钢铁材料相比，WC具有高硬度和高红硬性，同时它的抗压强度、导热和杨氏模量比钢铁材料高2～4倍，更重要的是WC与钢铁熔体润湿性好，易形成铸渗层，也是经常使用的强化相，但由于其与钢铁溶体的润湿差，不适用于铸渗工艺;通过表面技术对AI：0进行Ni涂层和TiN涂层处理，改善了其与钢铁溶体的润湿性，并发现经Ni涂层AI0，颗粒增强的表面复合材料具有高的界面结合强度，表现极高的高温耐磨性。

　　(3)内生强化相表面材料复合

　　借助于材料合成的最新发展，把反应合成引入铸渗的技术，通过粉末之间的反应原位形成增强相。可以解决钢铁液对陶瓷相润湿性差的问题，如WC可作为增强相，是因为钢铁液对WC润湿，可通过铸渗形成铸渗层;相反，钢铁液对大多数陶瓷增强相不润湿，如与SiC、A1：O，的润湿角大于90。，无法形成铸渗层，这时通过反应铸渗，形成含有这些陶瓷相的铸渗层。采用铝粉、氧化铜粉、钨粉和碳粉，通过氧化铜和铝的放热反应诱发反应w+C=WC，在铸渗层中获得原位的WC陶瓷相。刮采用含强碳化物形成元素合金粉末等进行反应铸渗，分别得到Fe―TiC、Fe.VC、Fe.VC-石墨等表面复合材料。严有为、纪朝辉分别采用Fe、C、Ti元素粉末，同样通过反应铸渗得到Fe.TiC表面复合材料。

　　二、铸渗工艺的发展

　　(1)普通铸造工艺

　　将增强粉末与粘接剂、溶剂等混制的涂料、膏剂或预制块覆在型腔表面需强化的部位，待铸型干燥后浇注。由于涂料中的无机物和有机物在铸件形成的过程中产生的夹渣和气体也极易残留在铸渗层内，且预制块、膏块放置和固定困难，仅适用于小批量的二次性试验，难以实现大规模行业生产。

　　(2)V法铸渗工艺

　　工艺原理简介：

　　真空密封造型铸造亦称 V法铸造 。其基本原理：在带抽气室的砂箱内填入单一千砂，稍加微震紧实，然后对型面和砂箱背面覆有塑料薄膜的砂型抽真空刑用砂箱内外的压力差使铸型定型，然后起模、合箱，在保持真空状态下浇注金属液。其工艺程序见下图 。

　　面膜烘烤→覆面膜→安放浇冒口→喷涂料→放砂箱→加砂微震

　　↑↓

　　模样抽真空←真空罐→ 模样卸真空、砂箱抽真空

　　↓

　　卸压开箱←浇注冷却←合箱←下芯←起模←铸型覆背膜

　　↓

　　铸件清整

　　V法铸造工艺程序简图

　　V法铸造原则

　　v法铸造通常采用水平分型，浇注时要求金属液 快速平稳充型。为了保证型腔内液面平稳上升及防止金属液对型腔面膜的喷射冲刷，特别是浇注大平面时要倾斜浇注，以免金属液大面积烘烤型腔面，应尽量缩短浇注时间。最好采用底注式或中注( 侧注 )式，避免顶注，浇口按半封闭式设计，其浇道截面尺寸比例为：F内：F措：F直=1：(1.5～2)：(1～1.3) ，注意浇冒口位置要避开砂箱加强筋。浇注时必须满浇注不断流 。

　　(3)V- EPC铸渗工艺

　　V.EPC铸渗工艺，即实型负压铸渗工艺，是采用聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)制备试样模型，埋入干砂的塑料模型经振实后，在负压下定型和浇注，将增强粉末塑料覆于模型的表面。同样，负压可及时排除EPS和粘胶剂气化产物，较好地避免了铸渗层的气孔和夹渣等缺陷。此外，由于不需分型、不需下芯和起膜，涂层膏块的放置方便，非常适合于铸渗工艺，具有很好的工业应用前景。近年米，采用V―EPC铸渗研究有较多报道，如张冉阳、李祖来等对铸铁进行了WC表面复合材料的铸渗研究¨

　　(4)离心铸渗

　　金属基复合材料已有许多种制造技术，其中渗透铸造是比较有效和廉价的技术之一。渗透铸造又有压力渗铸、离心渗铸和无压渗铸等。在离心渗铸工艺中，金属熔液依靠离心力使得其在多孔预制体内进行渗流，只有当离心压力大于临界渗透压力时，渗铸过程才能进行，而铝熔液的质量、预制件的孔隙率和模具的角速度等工艺参数对渗透压力有着非常重要的影响。在实际生产中，迫切需要确定最小临界参数的理论依据，以便掌握操作过程，而目前国内外有关于这方面的文献资料还很欠缺。

　　离心铸渗在旋转体的犁腔内壁放置预制块粉末涂层，浇入的金属液在离心力作用下渗入粉末涂层，由于涂覆层产生的气体和夹渣物在离心力场下迅速上浮，可完全消除铸造缺陷。利用离心铸渗使铁液渗入Sic粒子预制块内，获Sic颗粒强化铸铁慕表面复合材料。

　　(5)SHS-casting工艺

　　自蔓延高温合成( Self―propagating High temperature Synthesis 简称SHS )是20世纪6 O年代由前苏联学者Merzhanov、Brovinkaya和Shriko在发现“固态火焰”的基础上提出来的一种材料合成新方法I t j。它是基于放热化学反应的基本原理.利用外部能量诱发局部化学反应(点燃)，形成化学反应前沿(燃烧波)，此后化学反应在自身放出热量的支持下继续进行，表现为燃烧波蔓延至整个反应体系，最后合成所需材料。SH熔铸法是熔铸技术结合SHS技术发展起来制备金属基复合材料的一种新方法。传统的金属基复合材料是陶瓷相外加到熔融金属基体中， 因而 颗粒表面污染及氧化问题是不可避免的。而 S HS熔铸法则可解决这个问题。就At/Ti B2复合材料而言，其具体过程是将 A1、Ti 、B三种元素粉末按化学计量比均匀混合，在装置中，经S HS 过程合成 T i 岛 陶瓷增强相，随后在A 1 熔点上的温度下使其均匀地分散到熔融金属AI中.从而制得AI/T i B 2复合材料。T 陶瓷相为原位生长，没有暴露于空气中，从而克服了颗粒表面污染及氧化等问题。这个过程的技术关键是相组成控制及反应与熔融参数的匹配问题。

　　三、铸渗法存在的问题及展望

　　目前尽管金属铸渗技术在国内外已得到了很大一部分的应用和发展，但仍然存在不少的问题需委解决。主要表现在：①铸渗层质量不高。如铸渗层中经常会形成气泡、夹渣和粘砂等缺陷。此外，铸渗层深度不均匀、表面粗糙度高和不易进行机加等诸多问题也与铸渗层的质量有一定联系。②表面合金化效果对工艺参数的变化较敏感。由于这些原凶，在金属铸渗时，要想获得质量稳定可靠的表面合金化效果，必须有良好的设备条件和严格的生产工艺措施，这会使成本增加、操作复杂。③金属铸渗过程的数值模拟研究还有待深入展开，由于金属铸渗过程中影响铸渗层质量的工艺参数较多，而且许多工艺参数还彼此关联，对这样一个复杂过程，如果采用实验的方法来研究工艺因素变化对铸渗层质量的影响，则难度大、费用高，且有一定盲目性，而数值模拟方法可以很好地解决这一问题。虽然国内外在金属铸渗过程的数值模拟方面进行了一些研究，建立一些简单的数学模型，但由于假设条件太多，模拟以计算的可靠性难以保证。这些问题的存在，极大地制约了金属铸渗技术的推广和使用。此外，在理论上缺乏深入的研究和探讨也阻碍了该技术的进一步发展。因此，采用更有效的手段，加大在铸渗机理、铸渗工艺以及铸渗过程的数值模拟等方面的研究力度，以克服在铸渗层形成机理、具体铸渗工艺制定和数学问题就显得尤其重要了。

　　结论

　　铸造表面合金化技术，能够把金属材料的强韧性与强化成分的高硬度、高刚度结合起来，使零件的整体性能得到改善，且其工艺简单、成本低廉，不仅可以在航天航空工业上应用，也可以在汽车、矿山机械制造等民用工业上应用。可以相信，表面合金化技术在耐磨、耐蚀、耐热复合材料制品生产方面将具有极广阔的前景。

　　参考文献

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　　表面涂层技术论文篇二

　　铝合金表面涂层工艺与性能

　　摘 要 铝合金表面涂层技术是利用表面涂层的工艺方法，在铝合金表面形成若干层具有符合机构的薄膜，对铝合金表面形成保护作用。通过研究铝合金表面涂层工艺，使铝合金更加耐候、耐磨和耐腐蚀。铝合金表面涂层技术现在被广泛应用，对其性能的研究有重要的社会价值。

　　关键词 铝合金;涂层工艺;涂装;喷涂

　　中图分类号：TG174 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2013)12-0162-02

　　在社会飞速发展的今天，铝合金作为重要的工业材料被广泛应用于建筑、机械、电子、汽车、船舶、航空航天等领域。同时铝合金的涂覆就显得尤为重要。

　　铝金属元素在地壳中的含量丰富，产量在金属中仅次于钢铁的产量，这也是成为应用广泛的金属材料的原因。同时铝合金的加工性能好，具有良好的光反应能力。但是铝合金也存在着缺点，铝在大气中虽然已经有一定的耐腐蚀性能，但是还会受到空气中的杂质影响。空气中的盐和其他污染物对其腐蚀就很大。同时在特定的温度下，铝合金也易起泡。增加铝合金的使用寿命，降低污染物的排放量、减少空气污染是必须要做的工作。另外随着科技的进步，我们对铝合金的表面也进行了改良，通过表面处理的途径，即氧化或电镀可以提高铝合金的耐蚀性。从而提高其使用性能。铝合金表面的涂层技术主要有以下工艺。

　　1 涂装工艺

　　在电的作用下使水性涂料产生变化，对铝合金的表面进行涂膜，涂装后的铝合金材质更加的坚固，耐磨，更好的发挥其性能。

　　1.1 涂装过程

　　涂装工艺主要是电泳涂装。需要泳槽，搅拌装置，过滤装置，循环泵，电源，铝合金，漆液等物品和设备。将漆液用搅拌装置搅拌均匀后放入泳槽，用循环泵进行均匀反动，同时控制好涂料成分和槽液的pH值。涂料配置好以后就可以对铝合金表面进行涂装。铝合金表面涂装涂料还需要多次的水洗，除锈，电泳涂装，烘干等操作。还要依靠电场产生的物理原理，给铝合金表面附加一层保护膜，这层保护膜吸附在铝合金上，可以使铝合金更加的耐腐蚀。

　　1.2 涂装应用

　　涂装工艺在对金属的操作上便于自动化管理，对环境污染小，涂装的效率高，涂装后的金属质量好，生产效率高等，被广泛应用在建材、电子、五金、汽车等行业。

　　2 喷涂工艺

　　对铝合金表面进行粉末喷涂的一种工艺，这种工艺对铝合金材质的表面喷涂粉末，起到了对铝合金表面涂层，保护铝合金表面的效果。还可以对铝合金表面进行不同颜色的喷涂，我们可以把铝合金变成我们所需要的摸样，满足了铝合金颜色上个性化的需求。

　　喷涂工艺早期是国外的工艺引进到国内，因为它对铝合金材质要求不是很严的原因，铝材厂商选择这样的工艺来对铝合金表面涂层的比较多。

　　3 浸镀工艺

　　通过浸泡金属，利用金属液体与铝合金表面的化学反应，从而使铝合金表面的金属置换，达到对铝合金表面涂层，保护铝合金表面的效果。

　　3.1 浸镀选材

　　目前最为广泛的使用的金属就是沉锌，沉锌液于铝合金浸泡可以使铝合金表面进行金属置换，使铝合金表面致密，均匀。并且沉锌的成本较低，适合大量生产。

　　3.2 沉锌浸镀

　　用沉锌浸镀铝合金的过程中需要注意沉锌的浓度、沉锌的温度以及沉锌时间。

　　沉锌的浓度指的是锌和碱的浓度比值，一般锌和碱的浓度比值在6：5为比较合适，如果锌和碱的浓度比值过低时，置换出来的锌的结晶会很细致，但是不易在铝合金的表面沉积下来，达不到铝合金表面的涂层效果。如果锌和碱的浓度比值比较高时，就会使铝合金成黑色，表面不细致，致密性很差。沉锌液中碱和锌的比值很重要，还要适当的更换使用过的沉锌液，补充新的沉锌液。

　　沉锌的温度维持在20℃左右最佳，沉锌液的温度过高会使锌金属置换过快，铝合金表面松散，不密实，结合力差。沉锌液的温度过低会使锌金属置换过慢，也影响铝合金表面的涂层。

　　沉锌时间一般在1分钟左右，需要浸泡两次。两次浸泡才能达到铝合金表面致密均匀的效果。

　　4 腐蚀工艺

　　指的是酸、碱等化学物质腐蚀铝合金后，使铝合金表面变得平滑光洁，保持铝合金原有的光泽。这种工艺使铝合金表面具有良好的耐腐、耐候性能，已经让铝合金材质更加的坚固。也是可以被广泛使用的一种工艺。

　　4.1 酸腐蚀

　　在酸的作用下使铝合金表面形成酸性腐蚀物质，作用在铝合金表面上的酸性物质均匀，但是表面不光亮，需要消光达到美观。我们可以选择的酸类材料很多，稀硫酸，柠檬酸，硝酸钠等。稀硫酸是腐蚀铝合金表面的很好的化学物质，铝合金很容易与硫酸发生反应，从而腐蚀铝合金的表面，起到活化铝合金表面的作用，注意稀硫酸的浓度不易过高。柠檬酸也可以使铝合金的表面活化。从而使腐蚀速度减慢，降低铝合金的消耗量，减少铝合金的腐蚀。硝酸钠则是让铝合金表面发生氧化反应，形成氧化铝，从而达到铝合金表面涂层的效果，保护铝合金的表面。

　　4.2 碱腐蚀

　　碱腐蚀类似于酸腐蚀，在碱的作用下使腐蚀后的铝合金表面光亮，细腻的方法。细化了铝合金表面但是对铝的损耗比较大，并且有一定的环境污染。

　　5 抛光工艺

　　提及一下抛光工艺，抛光不是直接的对铝合金表面附加涂层，但是也达到了铝合金表面涂层的效果。针对金属在热处理，运输，机械加工等过程中，不可避免的发生表面氧化，产生一层氧化层的现象。利用化学物质、机械设备对铝合金表面进行抛光。针对氧化层表面的清洗处理，就可以用到抛光工艺。

　　5.1 化学抛光

　　利用化学物质对铝合金表面进行抛光后，可以使铝合金表面相当的细化，从而提高铝合金表面档次。虽然使得铝合金表面很光亮，但是也有一定的环境污染。

　　5.2 机械抛光

　　利用机械设备对铝合金表面进行抛光的技术。也可以细化铝合金表面。但是抛光工艺并不能提高铝合金的耐腐蚀性。且消耗成本，产量低。

　　6 结束语

　　铝合金在各个行业现在被广泛应用，伴随着社会的进步，经济的发展，人们环保意识的不断增强，人们对铝合金制品的性能要求也越来越高。在不影响周围环境，同时又能让铝合金发挥其性能的前提下，使铝合金的表面更加的光滑，美观，耐磨，耐腐和耐候。就需要不断的去研究铝合金表面涂层工艺，让铝合金发挥更高的性能，对现代化发展具有更高的价值。

　　参考文献

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