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表面工程
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- 中文名
- 表面工程
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- 分類
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- 應用
表面工程分類
表面工程按學科特點分類
- | 定義 | 常見手段 |
表面塗鍍技術 | 將液態塗料塗覆在材料表面或將鍍料原子沉積在材料表面形成塗層或鍍層 | |
採用各種方法在工件表面上沉積厚度為100nm至1um或數微米薄膜的技術 | 氣相沉積技術 |
表面工程按工藝特點分類
工藝 | 實現手段 |
電鍍 | |
塗裝 | 特殊用途、特殊類型的新塗料和塗裝工藝 |
熱擴滲 | 固體滲、液體滲、氣體滲和等離子滲 |
彩色金屬 | 整體着色、吸附着色及電解着色 |
三束改性 |
表面工程應用
1. 在改善和美化人們生活中的應用
2. 在保護、優化環境中的應用
(4)活化功能:遠紅外具有活化空氣和水的功能。
3.在結構材料中的應用
(2)耐磨性:耐磨性是指材料在一定摩擦力條件下抵抗磨損的能力。它與材料特性以及載荷、速度、温度等磨損條件有關。利用熱噴塗、堆焊、電刷鍍和電鍍等表面技術,在材料表面形成Ni基、Co基、Fe基、金屬陶瓷等覆層,可有效地提高材料或製件的耐磨性。
(4)表面裝飾:具有光亮、色澤、花紋和仿照等功能。合理地選擇電鍍、化學鍍、氧化等表面技術,可以獲得鏡面鍍層、全光亮鍍層、亞光鍍層、緞狀鍍層,不同色彩的鍍層,各種平面、立體花紋鍍層、仿貴金屬、仿古和仿大理石鍍層等。
4.在功能材料和元器件中的應用
功能材料主要指具有優良的物理、化學和生物等功能,以及一些聲、電、光、磁等互相轉換功能,而被用於非結構目的的高技術材料,常用來製造各種裝備中具有獨特性能的核心部件。材料的功能特性與其表面成分、組織結構等密切相關。
(5)熱學特性:採用磁控濺射,塗裝等方法制備。
(6)生物學特性:具有一定的生物相容性和物理化學性質的生物醫學材料,利用等離子噴塗、氣相沉積、等離子注入等方法形成的一用塗層,可在保持基體材料特性的基礎上,提高基體表面的生物學性質、耐磨性、耐蝕性和絕緣性等,阻隔基體材料離子向周圍組織溶出擴散,起到改善同人體機能的作用。在金屬材料上製備生物陶瓷塗層,提高材料的生物活性,用作人造關節、人造牙等醫學植入體。將磁性塗層塗覆在人體的一定穴位上,有治療疼痛、高血壓等功能。
(7)各種轉換功能:採用表面工程技術可獲得進行光-電,熱-電,光-熱,力-熱,磁-光等轉換功能的器件。
5.在再製造工程中的應用
(1)再製造工程的內涵 再製造工程是在維修工程和表面工程的基礎上發展起來的新興科學,是以產品全壽命週期論為指導,以實現廢舊產品的性能提升為指標,以優質、高效、節能、節材和環保為準則,以先進生產技術和產業優化為手段,來修復、改造廢舊產品的一系列技術措施或工程活動的總稱。簡而言之為是廢舊產品高技術修復、改造的產業。其重要特徵是,再製造以後的產品質量和性能達到或超過新品,成本只是產品的50%,可節能60%,節材70%,對環境的不良影響顯著降低,可有力的促進資源節約型、環境友好型社會的建設。
(2) 再製造工程的效益和特色 效益體現在廢舊產品的零部件因被直接用作再製造的毛坯而不是回爐冶煉獲得鋼墊,避免了回爐時對能量的消耗和對環境造成的二次污染;避免了由鋼錠到新零件的二次製造時對能源的再次消耗和對環境的再度污染。一方面提高了產品的綠色度,另一方面避免了成為固體垃圾而造成的環境污染。
表面工程特點介紹
表面工程技術最突出的技術特點是無需改變整體材質,就能獲得本體材料所不具備的某些特殊性能。表面技術多獲得的表面覆蓋層厚度一般從幾十微米到幾毫米。
表面工程意義
2. 表面工程技術是節能、節材和挽回經濟損失的有效手段。採用有效的表面防護手段,至少可減少腐蝕損失15~35%,減少磨損損失33%左右。
3. 表面工程技術在製備新型材料方面具有特殊的優勢
4. 表面工程技術是微電子技術發展的基礎技術。以化學氣相沉積、物理氣相沉積、光刻技術和離子注入為代表的表面薄膜沉積技術和表面微細加工技術是製作大規模集成電路、光導纖維和集成光路、太陽能薄膜電池等元器件的基礎。
表面工程表面工程的歷史
· 1983年首次由Prof. T.Bell提出。英Birmingham大學成立澳福森表面工程研究所
· 1985年發行表面工程(Surface Engineering)雜誌
· 1986年在布達佩斯國際熱處理聯合會更名為國際熱處理與表面工程聯合會
· 1987年在英國,1988年在日本召開ICSE
表面工程發展趨勢
1.傳統表面工程技術的創新
2.複合表面工程技術的研究
納米表面工程是指充分利用納米材料的優異特性提升和改善傳統的表面工程,通過特定方法使材料表面納米化、納米結構或功能化,從而使材料表面性能提高或賦予其全新功能的系統工程。關鍵技術主要包括:納米熱噴塗技術、納米電刷鍍技術、納米減摩自修復添加劑技術、金屬材料表面自身納米化、納米表面粘結技術、納米塗裝、納米薄膜氣相沉積技術等。
4.大力發展綠色再製造工程
5.研究開發新型功能材料
6.向自動化、智能化的方向邁進
7.追求環保零排放
表面工程功能
1、提高耐磨性、耐腐蝕、耐疲勞、耐氧化、防輻射性能;
2、提高表面自潤滑性;
3、實現表面的自修復性(自適應、自補償和自癒合);
4、實現表面的生物相容性;
5、改善表面的傳熱性或隔熱性;
7、改善表面的導磁性、刺激一星或屏蔽性;
8、改善表面的增光性、反光性或吸波性;
10、改善表面的黏着性或不黏性;
11、改善表面的吸油性或幹磨性;
12、改善表面的摩擦因數(提高或降低);
13、改善表面的裝飾性或仿古作舊性等
14、還有諸如減震、密封、催化等。
鏡面滾壓原理:它是一種壓力光整加工,是利用金屬在常温狀態的冷塑性特點,利用滾壓工具對工件表面施加一定的壓力,使工件表層金屬產生塑性流動,填入到原始殘留的低凹波谷中,而達到工件表面粗糙值降低。由於被滾壓的表層金屬塑性變形,使表層組織冷硬化和晶粒變細,形成緻密的纖維狀,並形成殘餘應力層,硬度和強度提高,從而改善了工件表面的耐磨性、耐蝕性和配合性。表面滾壓能在表面產生約5mm深的殘餘壓應力區,因此能較大幅度地改善材料表面的疲勞壽命、抗應力腐蝕能力,特別適合晶體結構為面心立方的金屬與合金的表面改性。
表面工程簡介
無論用何種金屬加工方法加工,在零件表面總會留下微細的凸凹不平的刀痕,出現交錯起伏的峯谷現象,粗加工後的表面用肉眼就能看到,精加工後的表面用放大鏡或顯微鏡仍能觀察到。這就是零件加工後的表面粗糙度,過去稱為表面光潔度。國家規定表面粗糙度的參數由高度參數、間距參數和綜合參數組成。 這是滾壓(無切削加工方式)加工的基礎條件。
滾壓加工是一種無切屑加工,在常温下利用金屬的塑性變形,使工件表面的微觀不平度輾平從而達到改變表層結構、機械特性、形狀和尺寸的目的。因此這種方法可同時達到光整加工及強化兩種目的,是磨削、車削等機械加工無法做到的。
滾壓是一種無切削的塑性加工方法。
表面工程優點
無切削加工技術安全、方便,能精確控制精度,幾大優點:
1、提高表面粗糙度,粗糙度基本能達到Ra≤0.08µm左右。
5、提高配合質量,減少磨損,延長零件使用壽命,但零件的加工費用反而降低。
滾壓不是去除材料方式的加工,滾壓後的表層金屬纖維完整 。
加工後工件最高可達表面粗糙度Ra≤0.05µm,橢圓度≤0.01mm ,硬度的提高,鐵類可提高Hv40左右,不鏽鋼可提高Hv100左右,疲勞強度提高30%。使工件表面受力塑性變形消除,尺寸精度相對長期保持穩定,極大提高了零部件的使用壽命。
表面工程應用優勢
表面工程高效
——幾秒就可將表面加工至需要的表面精度,效率是
磨削的5-20倍、車削的10-50倍以上。
表面工程優質
——一次進給實現Ra0.05-0.1um的鏡面精度;並使表
面得到擠壓硬化,耐磨性、疲勞強度提高;消除
表面工程經濟
——無需大型設備的資金、佔地、耗電、廢渣處理等
投入;無需專業的技工投入。
表面工程方便
就可加工出鏡面精度。
表面工程環保
表面工程安全
——無切削滾壓刀具沒有刀刃。
表面工程滾壓刀
表面工程柄部圖
表面工程滾壓刀應用
而滾壓刀的內部結構沒有其它變化,為適應加工工件的不同,有不同的尺寸要求,滾壓刀基本是根據工件的需要定製,要擴大滾壓刀具的加工範圍,就必須考慮工件的尺寸範圍,並確定滾壓刀的加工與調節範圍,以擴大使用範圍,從而降低刀具的採購成本。
- 參考資料
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- 1. 我國表面工程的研究進展 .桑堯熱噴塗網.2012-11-19[引用日期2012-11-20]
- 2. 納米表面技術的內涵 .中國電鍍網[引用日期2016-01-04]
- 3. 徐濱士 劉世參.中國材料工程大典 第16卷 材料表面工程(上).北京:化學工業出版社,2005:18-19