材料科学概论(2)

2019-08-30 18:20

低,与基体成冶金结合的表面涂层,显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法,从而达到表面改性或修复的目的,既满足了对材料表面特定性能的要求,又节约了大量的贵重元素。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比,激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。其优点如下:

(1)熔覆层晶粒细小构致密, 因而硬度一般较高, 耐磨、 耐蚀等性能亦更为优异。

(2 ) 熔覆层稀释率低, 由于激光作用时间短, 基材的熔化量小, 对熔覆层的冲淡率低(一般仅为 5%-8%) , 因此可在熔覆层较薄的情况下, 获得所要求的成分与性能, 节约昂贵的覆层材料。

(4 ) 激光熔覆过程易实现自动化生产, 覆层质量稳定, 如在熔覆过程中熔覆厚度可实现连续调节, 这在其他工艺中是难以实现的。

(5)对材料的表面改性,如燃汽轮机叶片,轧辊,齿轮等;对产品的表面修复,如转子,模具等。有关资料表明,修复后的部件强度可达到原强度的90%以上,其修复费用不到重置价格的1/5,更重要的是缩短了维修时间,解决了大型企业重大成套设备连续可靠运行所必须解决的转动部件快速抢修难题。

(6)另外,对关键部件表面通过激光熔覆超耐磨抗蚀合金,可以在零部件表面不变形的情况下大大提高零部件的使用寿命;对模具表面进行激光熔覆处理,不仅提高模具强度,还可以降低2/3的制造成本,缩短4/5的制造周期。熔覆材料:目前应用广泛的激光熔覆材料主要有:镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料。其中,又以镍基材料应用最多,与钴基材料相比,其价格便宜。

由于激光熔覆的上述优点, 它在航空、 航天乃至民用产品工业领域中都有较广阔的应用前景, 已成为当今材料领域研究和开发的热点

3 等离子体微弧氧化

等离子体微弧氧化(PMAO)又称微等离子体氧化(MPO)、阳极火花

沉积(ASD)或火花放电阳极氧化(ANOF),这是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷层的新技术。它是近十几年在阳极氧化基础上发展起来的,但两者在机理、工艺及膜层性质上有许多区别。微弧氧化技术制备中使用较高的电压,完全超出了阳极氧化的范围。微弧氧化可以分为四个阶段:阳极氧化阶段、火花放电

阶段、微弧氧化阶段和息弧阶段。铝合金的微弧氧化陶瓷涂层的厚度可以超过200um,而且该涂层对铝合金基体的屈服强度、抗拉强度、伸长率和弹性模量等力学性质指标影响不大,只是处理后稍有下降。微弧氧化法工作时的高电流和高电压会产生大量的热,需要庞大的冷却装置来冷却电解液,生产成本昂贵,工业化生产难以进行,同时微弧氧化的氧化层耐污性能较差,无法直接使用,必须进行表面涂装,因此离工业化还有一定的距离。通过改变电解液成份及工艺参数,可以制备出不同化学成份配比、晶体结构类型及性能的陶瓷膜层。膜层和基体直接在离子键的作用下结合在一起,等离子体弧光放电的高密度能量使基体表面微区内形成熔融区,使膜层与基体之间形成微区冶金结合,提高了膜层与基体之间的结合能力。但是由于等离子体微弧氧化技术具有工艺简单、处理效率高、工艺成本低、无污染等特点,所制得的陶瓷膜除具有一般结构陶瓷涂层的耐磨、耐蚀、耐高温等优异特点外,还可以根据不同的性能要求,制备出具有装饰、磁电屏蔽、电绝缘等功能性膜层。因此该技术已成为国际材料研究的热点之一,在航空、航天、建筑、纺织、电子工业等领域具有广阔的应用前景。该技术的推广应用一定会推动我国表面处理行业、轻合金加工制造行业及相关行业的技术进步。


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