表面工程技术及其应用

1) 1984年美国“技术评论”提倡旧品翻新或再生并称为“重新 制造”， 2005年美国再制造产值已超过1000亿美元，100万 人就业。
2) 德国大众从1941年开始再制造，到2004年已再制造发动机 748万台，变速器240万台。
3) 以色列将一台价值200万美元废旧波音747客机再制造成货机 后，售价达到8000万美元。
表面工程技术的发展
1. 传统的表面工程技术：表面热处理、表面渗碳及油漆技术。
1) 秦兵马俑宝剑表面是采用铬盐氧化工艺处理；“唐三彩”及 “景泰蓝”的处理工艺。
2) 高分子涂装技术：50年代油性涂料、天然树脂涂料→合成树 脂→水系涂料。
3) 传统的表面淬火：火焰加热→高频加热→激光束、电子束淬 火。
广州电视塔
.
56
表面工程技术的应用—铁路交通
和谐号高速列车
.
57
表面工程技术的应用—钻井平台
深水半潜式钻井平台COSLINNOVATOR(2011.10)
.
58
表面工程技术的应用—舰船
辽宁舰航母
.
59
表面工程技术的应用—舰船
辽宁舰航母
.
60
表面工程技术在船舶机械零件中的应用
表面工程技术在柴油机气阀中的应用。 表面工程技术在曲轴等轴类零件中的应用。 表面工程技术在柴油机气缸盖阀座中的应用。 表面工程技术在尾轴耐磨衬套中的应用。 表面工程技术在柴油机燃烧室中的应用。 表面工程技术在船舶钢构件防腐中的应用。 表面工程技术在巴氏合金薄壁轴瓦中的应用。 表面工程技术在船舶其它机械零件中的应用。
2. 表面工程的学科体内容： 表面工程基础理论； 表面工程技术及复合表面技术； 表面加工技术； 表面质量检测与控制； 表面工程技术设计等。 3. 表面工程基础理论：表面失效分析、表面摩擦与磨损、表面腐蚀与
防护、表面界面结合与复合。
.
32
表面工程的概念
4. 表面工程技术：
1) 表面改性技术：化学镀、电镀、热渗镀、堆焊、热喷涂、 涂装、化学转化膜、气相沉积、表面彩色、激光束改 性及表面热处理、离子束改性及表面热处理、电子束 改性及表面热处理、形变强化和衬里。
焊等。 4) 表面改性：喷丸、化学热处理、激光表面处
理、电子束表面处理、离子注入等。
.
42
表面工程技术的分类
4. 按表面改性的目的或性质分类 1) 表面减摩和耐磨技术 2) 表面耐蚀抗氧化技术 3) 表面强化（提高疲劳强度）技术 4) 表面装饰技术 5) 功能表面技术 6) 表面修复技术
.
43
表面工程技术的分类
4) 渗碳工艺：自动控制、离子渗碳改善渗碳质量和速度。
5) 电镀及电刷镀技术：纯金属镀Zn、Cr、Ni、Cu(Cu-NiCr)→镀覆多种合金→复合金属陶瓷镀层→纳米刷镀层。
6) 热喷涂技术：装饰性和防护性涂层到制备各种功能性涂层， 如：气阀涂层、活塞环涂层等。
.
38
表面工程技术的发展
2. 新的表面工程技术
.
脱硫装置浆液循环泵叶轮
.
7
浆液循环泵叶轮失效后的形貌
.
8
浆液循环泵叶轮
.
9
失效后的循环浆液泵叶轮

10
失效后的循环浆液泵叶轮
.
11
脱硫装置浆液循环泵口环
.
12
浆液循环泵口环失效后的形貌
.
13
脱硫装置吸收塔搅拌器叶轮
.
14
吸收塔搅拌器叶轮失效后的形貌
.
15
吸收塔搅拌器叶轮失效后的形貌
3. 表面工程技术是传统技术和高新技术的结合和贯通。如：化学热处理、 热喷涂技术、“三束”表面强化。
4. 表面工程技术的特色是多种表面技术的复合和综合。如：热喷涂与激 光重熔的复合、化学处理与电镀的复合、表面强化与固体润滑膜的复 合，金属材料基体与非金属材料涂层的复合等。
5. 表面工程具有学科的综合性、广泛的功能性、手段的多样性、潜在的 创新性、环境的保护性、很强的实用性、巨大的增效性等。
.
61
表面工程技术在柴油机气阀中的应用
1. 涂层功能：恢复尺寸、高温耐磨及腐蚀。 2. 涂层材料：Ni、Co基合金、WC-Co-Cr等。 3. 工艺方法： 等离子弧堆焊; 激光熔敷 火焰喷熔; 真空熔烧 ; HVOF。
.
62
表面工程技术在柴油机气阀中的应用
.
63
表面工程技术在曲轴等轴类零件中的应用
.
34
表面工程的意义
1. 满足社会生产及人民生活的需要 表面工程技术应用在钟表、手饰、灯具、餐具、家具及仿古建 筑等方面。
2. 通过表面处理大幅度提高产品质量 1)柴油机气缸套：表面处理后提高寿命显著提高(Mo、WC/Co)。 2) 机械阀门：表面处理后提高寿命三倍以上（Co基、WC-Co）。 3. 节约贵重材料：许多零件可以采用复合结构如阀门、高级模具。 4. 实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问题。如：切
2) 表面加工技术：即能够在材料表面加工或制作各种功能 结构元器件的有关技术，如：光刻技术、离子刻蚀技 术。
3) 表面合成材料技术：如离子注入。 4) 表面加工三维合成技术。
.
33
表面工程的特点
1.表面工程是由多个学科交叉、综合发展起来的新兴学科，它以“表面” 为研究核心。
2.表面工程的最大优势是能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表 面功能涂层，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等 性能。
➢ 2002年我国因腐蚀所造成的经济损失达6000 亿元，占国民生产总值(GDP)的5%。
➢ 2006年我国因磨损所造成的经济损失达9500 亿元，占国民生产总值(GDP)的4.5%。
➢ 国外腐蚀和磨损造成损失占国民生产总值 (GDP)的4.5%。
.
轴流式引风机叶片磨损后的形貌
.
油缸拉伤表面(H=3.3m，d=1.12m ，W=18t)
.
46
表面工程技术的应用—航天航空
国产直-8AEW舰载预警直升机
.
47
表面工程技术的应用—航天航空
国产ARJ21支线客机
.
48
表面工程技术的应用—航天航空
武直-10
.
49
表面工程技术的应用—航天航空
歼10战斗机
.
50
表面工程技术的应用—航天航空
歼21战斗机
.
51
表面工程技术的应用—航天航空
歼31型隐身战机(2012.10.31)
.
52
表面工程技术的应用—航天航空
1.绝热涂层（TBCs）； 2.冲蚀涂层(高温); 3.封严涂层； 4.腐蚀涂层（热腐蚀）； 5.烧蚀涂层； 6.吸收涂层。
.
53
表面工程技术的应用—景泰蓝工艺品
.
54
表面工程技术的应用—水力发电
长江三峡大坝
.
55
表面工程技术的应用—钢结构防腐
5) 1987年中国机械工程学会表面工程研究所成立。
6) 1988年中国《表面工程》创刊发行，1998年改名为 《中国表面工程》。
7) 1993年中国机械工程学会表面工程分会成立。
.
40
表面工程技术的分类
1. 按工艺特点进行分类：电镀、化学镀、热渗镀、热
喷涂、堆焊、化学转化膜、涂装、表面彩色、气相 沉积、“三束”改性及表面热处理，形变强化及衬 里。
.
39
表面工程技术的发展
3. 表面工程概念的提出和发展的重要标志
1) 表面工程概念的提出始于20世纪80年代；
2) 重要标志：1983英国伯明翰大学表面工程研究所的建 立；1985年《表面工程》国际刊物的发行。
3) 1985年召开了第一届国际表面工程会议。
4) 1986年10月在布达佩斯召开的国际热处理联合会决 定接受表面工程学科，并改名为国际热处理及表面工 程联合会。
2. 按学科特点分类
1) 表面合金化技术：喷熔、堆焊、离子注入、激光熔 敷、热渗镀等。
2) 表面覆层与覆膜技术：热喷涂、电镀、化学镀、化 学转化处理、气相沉积、涂装、堆焊、金属染色、 热渗镀等。
3) 表面组织转化技术：激光、电子束热处理以及喷丸、 辊压等表面加工硬化技术。
.
41
表面工程技术的分类
3. 按作用原理分类： 1) 原子沉积：电镀、化学镀、PVD用CVD等。 2) 颗粒沉积：热喷涂、搪瓷涂敷等。 3) 整体涂层：包箔、贴片、热浸镀、涂刷、堆
➢ 腐蚀：气、水及化学介质的作用使零部件表面 产生腐蚀。
➢ 磨损：工件之间的相互运动产生磨损。
➢ 氧化：零部件工作在高温中表面会产生氧化。 ➢ 侵蚀：工件因接触高温金属熔体或其它熔体而
被侵蚀。 ➢ 疲劳断裂：工件承受扭转或弯曲等交变载荷作
用而产生疲劳断裂。
.
3
腐蚀和磨损造成的损失
➢ 各种机电产品的失效中约70%是由腐蚀和磨损 造成的。
表面工程技术及其应用
丁彰雄
武汉理工大学能源与动力工程学院 2013年4月
.
1
表面工程技术及其应用
1. 表面工程概述
➢ 机械设备的失效方式 ➢ 表面工程的概念 ➢ 表面工程的特点 ➢ 表面工程的意义 ➢ 表面工程技术的发展 ➢ 表面工程技术的分类
2. 表面工程技术的应用
.
2
机械设备的主要的失效方式
.
25
船舶螺旋桨
.
26
锅炉水冷壁现场喷涂NiCr合金防腐耐磨涂层
.
27
喷涂防腐耐磨涂层后的水冷壁管
.
28
超音速火焰喷涂制备纳米WC-12Co防腐耐磨涂层
.
29
HVOF制备纳米WC-12Co涂层后的浆液循环泵叶轮
.