金属表面工程技术终极指南

在工程中，所有部分都受到环境的影响已被广泛接受。元器件表面直接与环境接触。金属表面经常成为腐蚀、磨损、氧化和侵蚀的牺牲品，导致金属形成脆弱性并降低承受功能应力的潜力。因此，保护设备表面以防止故障至关重要。

通常，表面工程是指通过多种方式对金属表面进行强化和改性，以改善固体金属表面的化学成分和形貌。为了获得所需的表面特性，应用了应力状态和组织结构的系统工程。因此，以下是一些可提供可持续结果的金属表面强化技术：

金属表面强化技术

在众多的金属表面强化技术中，这里详细介绍最有成果的技术：

表面变形强化

该工艺属于在材料表面形成硬化层。然后，利用不同的机械操作（如滚动）在金属表面压缩变形的帮助下继续循环。同时，硬化层的深度保持0.15至1.5mm。在形变硬化层中，通常会出现以下问题：

从组织结构上看，强化层晶格畸变大，位错密度大。为了避免这些位错，施加交变应力，这也减少了硬化层的厚度并导致更细的亚晶粒。

其次，金属内部的应力状态导致内表面和外表面之间的变形程度不平衡。因此，当表层金属向其外边界延伸时，内层金属会对其产生阻碍，形成较高的宏观残余压力，有助于强化该层。

喷丸强化

喷丸是使金属表面发生塑性变形，形成一定厚度的强化层的工艺过程。高速射弹流用于此目的。因此，零件表面存在压应力，零件在承受载荷时可以抵消或平衡一定量的应力，从而提高零件的疲劳强度。

在室温下，在工件表面喷射出坚硬的小弹丸，这些喷射的弹丸在其再结晶温度下引起工件表面的弹性和塑性变形。每击中金属的钢丸都可能在其表面产生轻微的压痕。然而，对于金属表面永久方便的凹陷，拉伸是最可行的解决方案。

为了在工件上形成残余压应力层，许多凹陷重叠。此外，喷丸还有助于提高抗应力腐蚀能力和表面疲劳强度。同时，喷丸也可以作为一种可靠的表面清理方法，最多可清理2mm的表面。最有可能的是，它用于去除氧化物、腐蚀物和旧漆。

喷丸主要是一种冷处理，有助于提高长期处于高应力下的金属零件的抗疲劳性能。压缩机叶片、飞机发动机和汽车传动系统就是最好的例子。根据弹丸速度的不同，喷丸强化可分为普通喷丸强化和超音速表面喷丸强化。

喷丸设备

喷丸机可分为气动式喷丸机和机械式离心式喷丸机。同时，也可按湿喷和干喷进行分类。干喷喷丸作业条件不合格。尽管如此，湿喷喷丸强化机提供了更好的工作环境。

机械式离心喷丸机

本机叶片高速旋转，叶轮在离心力作用下加速抛出。但是，此类机器制造成本高，喷丸功率小。通常，这种机器只适用于大批量和较简单的形状。机器的常用零件有：

料斗
叶轮转向
叶轮
喷射管
压缩的空气
炮弹
颗粒输送管
喷嘴弯曲 90o
接触刀片

气动离心喷丸机
它以压缩空气作为驱动力，将弹丸加速到最大速度。然后它撞击正在喷涂的工件表面。为了控制喷丸的强度，机器可以控制气压。本机适用于多品种、小批量、形状复杂的作业。设备的公共部分是：

子弹罐
阀门
管道
空气过滤器喷嘴
阀门
除尘管
射击管，和
转运港

表面滚压技术
表面滚压技术是另一种著名且广泛采用的用于硬化材料表面的技术。滚动的球或滚轮挤压金属表面以产生塑性变形。这就是它的样子：

使用表面滚压技术时，工件的层数可以被操纵到5mm，在工件形状简单的情况下，因为它不能用于形状复杂的零件。这项技术有很多优点。例如，它可以在不改变工件化学成分的情况下改变工件的物理外观。此外，它还采用了简单的工具，并遵循了一种直接的方法。

此外，表面轧制技术支持“绿色技术”的概念，产生更少的废物和最小的污染。表面滚压技术也消除了由切削冲击引起的抗拉强度。由于这些好处，该技术在行业中大量增加并提供了许多金融服务。

机制

以下是表面滚压技术支持的机制：

微观结构机制

切割后金属表面有工具的切割痕迹/提示。通常，轧制过程是一种压力精加工，因为金属表面在应力的作用下通过塑性变形。在外力作用下发生变形的过程中，晶粒逐渐滑移，晶体不断滑移。这种运动有助于晶体从软取向移动到刚性取向。

金属中晶体的持续位错增加了其晶格畸变和位错密度。因此，实现局部应力集中以提高疲劳性能并不简单。

表面质量机制

表面粗糙度是确定表面质量的主要因素。但是，它可能会受到应力集中的影响。由于应力集中，表面变得粗糙，这很容易形成锋利的切口。在此期间，在交变应力作用下，交变应力现象更为明显。

轧制强化是工件表面产生塑性流动的主要因素。它通过降低工件的粗糙度，将其变成原来残留的低凹槽。最后消除应力集中和残余刀痕。随后，工件的疲劳寿命变得更好。

残余压应力的机理

1930年，人们发现残余压应力对工件的作用增加了零件的疲劳寿命。对于金属表面的裂纹扩展，交变载荷可能达到一定限度以产生残余压应力。

轧制可以显着减少金属表面原有的微裂纹，从而延长金属的疲劳寿命。

影响轧制效果的工艺参数

通常，轧制压力、轧制速度和轧制次数是影响表面轧制的主要因素。从技术上讲，滚压是滚轮施加在金属上的压力。该压力显着影响金属的疲劳强度。此外，轧制压力还包括零件的强度和尺寸以及轧辊的直径。然而，最佳轧制压力是由工艺试验确定的。

影响金属疲劳强度的另一个因素是轧制次数或轧辊在特定位置对金属施加压力的次数。如果次数少，可能达不到要求的塑性变形。另一方面，如果次数大于推荐次数，金属可能会产生接触疲劳，从而降低金属的价值。

另外，轧制速度也是必不可少的，称为轧制时工件的旋转速度。如果速度超过极限，将引起更显着的塑性变形。但是，如果速度较低，生产效率会降低。因此，有必要确定合适的轧制速度。

孔挤压钢筋

孔挤压是一种在特定工具和设备的帮助下进行的表面强化工艺。棒材、衬套等工具不断挤压工件周边或孔洞，使塑性变形后的工件达到要求的厚度成为可能。整个过程还提高了抗应力腐蚀能力和表面疲劳强度。孔挤压加固常用的方法有冲压模挤压、套管挤压、棒材挤压、旋压挤压等。

孔挤压强化是一种专门用于内孔有抗疲劳要求的工件的特殊工艺。飞机的某些部件是使用这种技术制造的。此外，压模挤压用于加强重要的轴承部件，旋压挤压适用于提高大型零件的内孔强度。起落架就是一个明显的例子。

等离子体扩散技术

等离子体包含大量离子和自由电子作为电离气体，几乎是中性的。等离子化学热处理技术又称粒子轰击扩散技术或等离子扩散技术。该过程利用气体辉光放电中产生的离子。这些离子在低真空环境下轰击金属表面。与标准气热技术相比，离子热扩散具有以下特点：

离子轰击能更好地去除金属表面的氧膜，提高其活性。改进的表面活性使其易于吸附为加速热扩散速率而添加的元素。
等离子体有助于激活反应气体并降低化学反应的温度。
热膨胀层的构造和层的厚度可通过调整工艺参数来控制。
它不会对环境造成复杂性，因为它是一个环境友好的过程。
此外，等离子体可分为两类：高温等离子体和低温等离子体。低温等离子体有荧光灯管和碘钨灯的例子。相反，聚变和太阳核心是高温等离子体的一个例子。

气体放电

气体由绝缘体变为导体的过程称为气体放电。气体放电的标准条件包括气体中的带电粒子和特定电场强度。在电场中，带电粒子只做单向运动。

这个过程经历了带电粒子和气体原子之间的一系列化学和物理变化。在此期间，过度碰撞使带电粒子激发，发生电离。此外，这种碰撞将原子的电子从通常的阶段转移到更高的能量阶段，即原子的亚稳态形式。

在电子回落到基态期间，它以光子的形式发射能量。这种能量大到足以通过将电子驱逐出相邻原子来电离它。

离子渗氮机制

Kolbel 离子溅射氮化

高能氮离子轰击阴极，使阴极表面的铁原子溅射出来。这些 FE 原子与氮原子结合形成 FeN，沉积在工件表面。

该 FeN 在亚稳态下进一步分解，额外产生氮化亚铁。残留的氮原子渗入钢的表面或近表面。一层氮化亚铁瞬间沉积在钢材表面内外，如图所示。

离子渗氮工艺

确保放置在炉内的工件已清洁并将腔室抽真空至 1Pa。
通入适量的含氮气体，供给高压直流电源。炉内气体发光，发生放电。
经过清洗和溅射工艺后，就会得到一个形状良好的工件。
在将工件加热到所需温度之前，应调整电压和压力，然后开始渗氮。
热量将保持在达到所需渗氮层厚度的程度。
渗氮切断电源后，工件冷却到200℃以下时变成灰色。

离子渗氮的组织类型及影响因素
渗氮在低于 590C 的温度下进行。氮化层形成后，这些是影响离子渗氮层的主要因素。

渗氮温度：厚度与渗氮温度直接相关。当一个增加时，另一个也增加。
渗氮时间：渗氮初期30分钟，渗氮速度远高于气体渗氮速度。随着时间的推移，渗透逐渐减慢，最终与气体渗氮速度相匹配。
氮气：主要使用氮气、氨气和氢气。
氮化物层的厚度取决于电源。更多的力量导致厚层，反之亦然。
电流也是如此。

离子渗氮层性能

以下指标评价离子渗氮层的性能。

硬度：渗氮温度决定了该层的硬度。这取决于钢中合金元素的类型和钢的种类。
疲劳强度：渗氮可以增强工件的疲劳强度。疲劳强度随着扩散层厚度的增加而增加。
韧性：扩散层在氮化物层中韧性最好，单相层次之，混合层次之。
耐磨性：与其他渗氮方法相比，离子渗氮具有最好的耐磨性。

3-激光表面处理技术

激光处理是利用激光束技术的独特特性，对材料表面进行加工，形成一定厚度的涂层，大大改善材料表面的冶金、机械和物理性能。
通过该方法对工件的零件进行处理，可以提高工件的耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性等性能。

特征

经过激光束处理后，工件或金属的表面质量变得相当好，因为它具有所需的硬度和其他要求。同样，韧性保持不变。
热变形小，输入热量低
更短的处理时间和更高的能量密度
无需抽真空，不产生环境污染
处理过程中，该层表面通过马氏体信息，存在提高疲劳强度的残余压应力。

激光表面处理设备

激光表面处理设备包括光导聚焦系统、激光器、功率计、数控系统、软件编程系统。

表面处理设备的特点

激光是一种具有特定波长和方向性的电磁波。激光束使用透镜和反射镜进行控制。光束可以借助小直径聚焦，可以实现 104 ~ 109 W/cm2 的高功率密度。

激光表面技术使导热性成为主流。首先，高功率密度激光束以非接触方式落在材料表面。之后，进行金属的表面强化。

以下是与材料过程相关的好处：

金属表面可以局部强化，因为能量的转移在这种方法中非常方便。
激光加工后，工件表面变形小。
该过程有幸与之合作。
该过程的速度和效率非常高。
非常适用于薄金属板材的加工。

激光表面处理后的组织类型

由于激光加热速度太快，相变过程是在相当大的过热度下进行的。这就是核晶体的成核率高得多的原因。在此过程中，奥氏体晶粒变小，因为晶粒和碳元素的生长受到限制。因此，冷却速度比确保获得隐针或细针更快。
在此过程中，低碳表面可分为两种形式：外层、淬火区和隐藏针状马氏体组织。而中碳钢可分为四个不同的层次：

外层为亮白色隐形针状马氏体，硬度800HV。
第二层为隐针马氏体和少量屈氏体。
第三层由隐针、马氏体、网状屈氏体和少量铁素体组成。
第四层也是最后一层由穴状针状马氏体和铁素体网格组成。

同时，高碳钢可分为两层。外层是隐蔽的马氏体和未溶解的碳化物。

激光表面技术的分类
激光相变硬化
该过程涉及借助高密度激光束照射工件表面。它为易于吸收大量光的表面做好准备。整个过程的特点如下：

加热和冷却可能太快了。升温速度可为104～109o C/S。而冷却速率为104°C/S，有助于提高生产效率和扫描速度。
激光淬火后，金属表面硬度在5%到20%左右，远高于淬火硬度。经过治疗，这个问题可能会得到解决。
由于激光加热速度快，热影响区、变形和淬火应力小。
具有复杂几何形状的零件无法借助传统方法进行加工。然而，这个过程是合适的。
周期更短效率更高
激光淬火取决于热导率。它也不会危害环境。

激光表面熔覆
这是另一种广泛用于强化表面的方法。在此过程中，合金粉末和基板表面在激光束下被加热，当光束移开时它们会自行冷却。该过程的特点如下：

它提供快速冷却速度，金属结构提供快速凝固。
它提供轻微的变形、小的输入、低的涂层稀释率以及与基材的冶金结合。
对粉末的选择没有限制，特别是对于低熔点。
具有成本效益的方法，消耗的材料量较少。
非常适合难以到达的地方的光束瞄准
易于投入自动化

激光表面合金化
它在高能激光束照射下，在基材和外层合金金属表面快速熔化和混合薄层。在凝固过程中，冷却速度可达105～108℃/s，与淬火技术的冷却速度相同。该过程最显着的特点是结构、成分和性能仅在较小的受影响和熔化区发生变化，变形通常最小。

该工艺适合满足表面要求。尽管如此，它也不影响该过程的化学成分。借助母材表面可以很容易地获得厚度为0.01至2mm的合金层。

激光冲击硬化

在这个过程中，一束短脉冲、高能量、高峰值、高功率密度的激光束撞击衬底表面。表面保留激光能量并以高温高压等离子体的形式产生。在此过程中，等离子体受到限制。结果，它产生作用于表面然后传播到金属中的高压冲击波。这种新型表面强化称为激光冲击硬化。这个过程很像喷丸处理，也叫激光喷丸处理方法。

激光冲击硬化对金属的特性具有压倒性的影响。这些特征主要涉及深应变影响层、表面粗糙度、易于自动化和可控效果。简而言之，这种表面强化比其他方法能更好地处理敏感和坚硬的表面。

激光表面非晶化

该工艺主要包括激光熔池超高冷却，在金属表面形成非晶层。与其他非晶化方法相比，激光非晶化提供了更好的结果，因为它为金属表面带来了厚层。这就是如何使用激光表面的非晶化来强化工件或金属的表面。

电子束表面处理技术

该过程涉及对金属表面进行远光电子轰击，以改变其结构和成分，使其具有所需的性能。高速运动的电子作为能量载体在电场中运动，这种能量载体的能量可达109W/cm2。电子束表面处理技术的特点包括更广泛的尺寸范围和加热深度。同时，该过程具有成本效益，资本投资低。

以下是有关电子表面处理技术的更多详细信息：

电子束表面处理技术原理

电子束是指阴极产生的高能电子流。当带负电的粒子通过高电位正电极时，使用磁透镜来增加电子束的功率。第二次转动或聚焦后，电子束高度集中到一个小的基板区域。

最后，电子束所拥有的大部分动能开始转化为热量，而这种热量可以瞬间改变金属工件的物理状态和化学成分。

电子束表面处理技术设备
电子束表面处理技术有以下五种体系：

电子枪发射高速电子流。
真空系统确定或保证所需的真空度。
控制系统控制电子束的方向、大小和形状。
电流系统提供低压和高压稳定电流。
传输框架处理工作台的运动。

电子束表面处理技术的特点

该过程的特点如下：
氧化或脱碳通常不作为工件加热过程的一部分。同时，表面相变强化不需要冷却介质。
其次，电子束的能量转换率非常有效，因为它提供 80 到 90% 的效率。此外，它有利于局部相变强化，并且可以允许表面合金化。
由于热量集中，热点小，加工过程中的热应力也很小。设备的结构和构造简单，因为电子束在磁场的影响下发生偏转。简而言之，不需要不同的布置或光传输机制。
这种表面强化工艺广泛应用于各种材料：铸铁、钢、不锈钢和复杂几何形状的零件。在这个过程中，应该小心，因为电子束很容易激发 X 射线。

电子束表面技术分类
这就是电子束表面技术的分类方式：

电子豆表面相变
该过程的关键是控制参数，例如平均功率密度为105 ~ 109 W/cm2，而加热速率为103 ~ 105 °C/s。过热固溶体是由电子束的快速聚变引起的，进一步形成超细马氏体。所有这些因素后来都增加了材料的强度。

电子束表面重熔处理

这种表面强化工艺可以重新分配不同合金的化学元素，降低某些元素的微观偏析程度。因此，随着工艺在真空中进行，工件的表面性能得到提高，因此无需担心表面氧化。因此，考虑到其特性，很明显该工艺非常适合强化以镁和铝为重要成分的合金。

电子束表面合金化

Ti、W、Mo 和 B 等元素最被认为是合金元素，可以提高材料的耐磨性。同时，选择Cr、Ni等元素可以提高材料的耐蚀性。

电子束表面非晶化处理

金属被制造成在熔融表面和基材之间产生大的温度梯度。为此，电子束的平均功率密度达到106～107W/cm2，作用时间缩短到10-5s。

在应用一些其他协议的同时，获得的非晶结构变得致密，具有出色的耐腐蚀性。

苗条的退火 电子束表面层

当需要电子束对薄表面进行退火时，所需的功率密度远低于上述方法。结果，它降低了材料的冷却速率。然而，由于该工艺的某些特性，它被广泛用于半导体材料。

电子束表面强化技术的应用

一旦电子束强化了模具钢的表面，材料的最外层通常会熔化。由于这种熔化，外层可能会限制在 10-6 米的厚度，因为表面显微硬度会降低。为了克服这个问题，表面碳化物颗粒与铬溶液混合，能量增加。

由于这整个过程，样品的显微硬度从 955.2HK 增加到 1169HK。同时，相对耐磨性提高了 5.63 倍。随后，更大的将是电子的轰击。因此，受影响的区域越深，材料的显微硬度就越显着。

电火花表面处理技术

电火花表面技术是一个相同的过程，其中储能电源通过电极，以10-2000Hz的频率在电极和零件之间产生火花。

导电材料熔化在基板表面上以形成合金层。这就是金属表面强化的方式。然而，影响工艺完整性的因素是贱金属本身。此外，常用的电极材料有硬质合金、TiC、WC、ZrC、NBC和Cr3C2。

电火花表面处理工艺流程
为了更好的理解这个过程，这里给出整个过程的示意图：

如果工件和电极之间的距离很大，电源会对电容器充电。除此之外，电极主要由振子驱动，伸向工件。该过程如图（a）所示。

另一方面，当端子和工件之间的距离较短时，空气被电离以将电荷转移到电极。这种现象导致火花放电的形式。该过程在图 (b) 中很明显。

当电极的金属和工件部分熔化或气化时，电极与工件保持接触并发生放电。此外，短路电流流动以继续加热。

现在，当工件以适当的压力挤压电极时，熔融材料可能会扩散并结合形成新的化合物或合金。该过程在图 (c) 中很明显。

最终工件在振荡的作用下被电极留下，如图(d)所示。

物理化学冶金工艺

电极和基体材料是由火花放电产生的高温提出的。此外，由于气体的机械冲击力和热膨胀产生的压力加速了基体材料和电极材料的熔合并发生物理和化学相互作用。

同时，氧气和氮气等电离气体的作用在基板表面产生一种独特的合金。

高温扩散工艺

扩散过程发生在两个阶段：熔化区和液相和固相。通常，由于扩散时间短，液体元素的扩散受到限制。尽管如此，基体的合金和层可以获得更好的冶金层。

快速相变过程

由于热影响区的快速加热和冷却，基体工件靠近熔化区的部分发生了剧烈的敏化和奥氏体化转变。该因素导致晶粒硬度的提高以及残余压应力的产生。

电火花表面处理技术的特点
以下是电火花表面处理技术的特点或优势：

具有成本效益且简单的设备
基材和强化层的结合是高度可持续的
低能耗和材料消耗
表面强化效果显着
用于修复过度磨损的工件
易学易操作

除了该过程的优点外，这里还有一些该过程的缺点：

表面强化层较浅
表面粗糙度将显着
表面有窄孔和小沟槽，加工过程中很难处理。

金属表面改性技术

金属表面改性技术是著名的工艺。这是它的详细信息：

电镀
它是利用金属的电化学特性，将所需金属镀覆在金属表面的过程。这可能是最著名的表面处理工艺。工作涉及一种盐水溶液，其中有一种要电镀的金属。要电镀的贱金属通常被视为阴极。
通过电解，阳离子沉积在待镀金属的表面。

为什么要进行电镀？
电镀具有独特的抗腐蚀和耐磨损性能。此外，它还增加了基底金属最外表面的厚度。除此之外，电镀易于携带且具有成本效益。此外，其多样化的应用使其成为行业中使用该程序的最佳选择。
涂层分类
有许多类型的涂层。一些著名的类型在这里：
保护涂层
锌镍、锌、镍和镉是提供抗腐蚀能力并使金属对环境具有很强抵抗力的涂层。
防护装饰涂料
铜镍铬；所有这些涂层都具有保护性和装饰性。
装饰涂料
装饰镀层有Cu-Zn仿金镀层、黑镍镀层、黑铬镀层等。
耐磨减摩涂层
松孔涂层、硬铬涂层、镍石墨涂层既耐磨又减摩。
电性能涂料
不具有高导电性的涂层通常被称为电性能涂层。电气性能涂层的常见示例包括 Ag 和 Au 涂层。
磁性涂层
这些可以进一步分为软磁和硬磁涂层。软磁涂层包括Ni-Fe涂层和Fe-Co涂层。同时，硬涂层包括Co-P涂层和Co-Ni涂层。
可焊性涂料
用于改善可焊性的涂层称为可焊性涂层。这些涂层包括Sn涂层、Cu涂层和Ag涂层。
耐热涂料
提高熔点和增加耐温性的涂料通常称为耐热涂料。常见的例子包括 Ni-W 涂层、Cr 涂层和 Ni 涂层。
修补用电镀层
最有可能的是，用于修复金属表面的电镀层，用于改善电镀层。通常使用镍、铬和铁层涂层。

同样，根据基体金属与镀层的电化学性质，镀层可分为阴极镀层和阳极镀层。

相对于基体，当镀层电位为负时，该镀层称为阳极镀层——如钢材镀锌层。同时，相对于母材，当镀层电位为正时，该镀层称为阴极镀层。这些涂层的常见例子是镀锡层和镀镍层。

电镀液的元素组成

电镀液中的主要成分是盐。盐可以是镍盐、硫酸铜等。也可以使用一些复盐，包括氰化钠锌和锌酸钠。沉积的金属离子与络合剂形成络合物，旨在改变电镀液的电化学性质。并且，配合剂在镀液中占有重要地位，对镀层质量影响很大。

最常见的复合剂包括氢氧化物、酒石酸盐、次氮基三乙酸和柠檬酸。除了配合剂，导电盐的作用也必不可少，因为它可以提高电镀液的导电性。例如，Na2SO4 添加了镀镍溶液。

缓冲

缓冲液是弱碱浴或弱酸中的基本工艺参数。添加缓冲液以调节溶液的pH值，使其值足够稳定。简而言之，加入缓冲液是为了维持酸碱平衡。例如，在氯化钾锌溶液中加入硼酸。

添加剂
添加剂对于提高浴中溶液的质量也是必不可少的。以下是一些常见的添加剂类型：

可提高涂层亮度的光亮剂。
最有可能用于改变涂层结晶条件的晶粒细化剂。
主要处理溶液微分散能力的匀染剂。
润湿剂，主要有助于提高溶液与金属之间的界面张力表面。
应力消除剂，用于降低涂层的应力。
大量硬化工件涂层的涂层硬化剂。
掩蔽剂，负责去除微量杂质。

电镀工艺的基本步骤
电镀包括特定的过程，而基本功能包括电化学还原、电环化和液相传质。

影响电镀质量的因素

电镀液

电镀液主要受溶液PH值、电流密度、电流波形、表面处理状态等影响。

电镀法

不能从水溶液中单独电镀的金属，如 Mo、Ti 和 W，很容易与铁族合金一起沉积。

通常，电镀很容易，但不知何故，这是一个敏感的过程，如果有任何错误，可能无法提供预期的结果。但最常见的是，在形成作为整个过程一部分的解决方案时，错误是显而易见的。相应地，如果解决方案达标，那么接下来的流程就很容易处理了。

化学电镀

化学镀是指利用化学方法使金属溶液中的金属离子数量降低的表面处理。化学镀时，降低离子数量所需的电子是通过化学反应直接产生的。

以下是完成流程的三种方法：

置换沉积

待电镀的金属更具负性，称为 M1，而用于电镀另一种金属的金属更具正性，称为 M2。工程上的浸镀是在金属表面置换沉积的金属离子。当 M1 完全被 M2 覆盖时，沉积自动关闭。铜浸汞和铁浸铜是这种工艺的典型例子。

接触沉积

在接触沉积中除了M1和M2之外还有另一种金属，这种金属被称为M3。在这种溶液中，两种金属 M1 和 M3 的连接比 M1 和 M2 更紧密。当 M2 覆盖 M1 时，沉积停止。原因是离子从 M3 流向 M1 以维持电位差。

在对不具有自溶性的功能材料进行化学镀镍时，采用接触沉积法开始沉积镍。

还原沉积

还原沉积被定义为金属离子被还原剂提供的氧化释放的自由电子还原成金属物品的过程。反应方程式如下：

Rn+ 2e-+ R(n+2) +
大多数时候，还原沉积是化学电镀中的常用工艺。以下是化学镀的一些条件：

还原剂的还原电位明显低于熔敷金属的电位。因此，金属可能会沉积或还原在基板上。
制备的镀液不会发生自发分解。相反，金属沉积过程发生在它与催化表面连接时。
在设定溶液的温度和pH值的同时，控制溶液的还原速率以调节电镀速率。
沉淀的金属还具有催化活性。使用此活性时，涂层可以显着增厚。

同时，用于化学镀的合金和金属更是数不胜数。这些金属和合金包括 Ag、Pd、Ni-P、Cu、Ni-B，以及许多钴基合金。然而，化学镀的好处是多种多样的。这个过程大大增加了金属承受腐蚀、磨损和钎焊的能力。

因此，该工艺非常适合增加金属表面的安全性。

热喷涂技术、热喷焊技术

热喷涂焊接和热喷涂技术利用热能将具有相当和特定性能的涂层材料熔化，并将其施加到金属上以形成涂层。这个过程可以将表面厚度从0.1mm快速增加到10mm。

热喷涂技术

使用源加热涂层材料以熔化或半熔化。同时，为了精炼涂层材料，使用高速气体去除杂质。通常，将这种高速气体喷洒在金属表面以使其清洁。

该过程包括喷涂材料的熔化、喷涂材料的雾化、喷涂材料的飞行和材料的固化。在这个过程中可以使用各种涂层材料。然而，涂层材料必须具有给定的质量：

良好的热稳定性、润湿性和性能
良好的流动性和合理的热膨胀系数
涂层必须具有较宽的液相区。

从喷涂材料的形状来看，喷涂材料可分为粉末和线材。
热喷涂层的组合机理
热喷涂层的机理包括以下过程：
机械结合：熔融状态下的颗粒铺展在基材表面并沉降在表面形成机械结合。

冶金结合：基体与镀层之间的焊接和扩散作用，在金属表面形成冶金结合。

物理结合：当熔融状态的粒子撞击到基板表面时，两侧之间的距离可能在原子晶格常数的范围内。在这种情况下，颗粒通过范德华力结合在一起。

涂层的形成过程

涂层的形成过程如下：

在初始步骤中，喷涂材料被加热，直到它变成熔融形式。然后喷雾液滴高速喷射到基材表面。结果，散射粒子的速度会更大。金属表面变形的趋势越高。因此，涂层与表面的结合也会更好。这就是这个过程的样子：

喷涂时，涂层结构由大小不一的扁平颗粒以及孔隙和未熔化的球形颗粒组成。孔隙主要是由于未熔化颗粒的较小冲击动能、不同喷射角度产生的遮蔽效应和应力释放效应造成的。
保持一定数量的孔隙可能会有所帮助，因为它们可用于储存润滑剂并改善热隔离。但是由于未熔化的球形颗粒导致的多余孔隙可能会破坏整个过程。例如，抗腐蚀性会受到影响。结合强度可以较低，涂层的耐磨性也可以较弱。
因此，在准备涂层时必须考虑孔的数量。
热喷焊技术
热喷焊技术的特点和原理如下：

它是一种表面强化冶金方法，需要适当的热量供应，使工件表面的涂层材料部分或全部熔化。与其他表面处理工艺相比，热喷焊具有更好的强度和抵抗恶劣环境的能力。

另一方面，热喷焊技术的材料选择范围相对较窄。

热喷焊技术分类

主要有等离子喷焊和火焰喷焊：

火焰喷焊

最初，将粉末喷涂在基材表面，然后加热该粉末使其熔化在金属或工件表面。该工艺的特点是支持量大，工艺简单，结合强度高，涂层抗冲蚀性能好。

等离子喷焊

该工艺利用等离子弧对基体进行加热，在基体表面形成熔池。涂层粉末已经与等离子弧混合。因此，当喷涂在材料表面时，会自动在基材表面形成熔池。等离子弧脱离基体后，熔池凝固，其上形成焊接层。

等离子喷焊的特点

该工艺效率高，耐火材料喷焊，工艺稳定性好，在金属表面形成光滑的焊层。总之，可以方便地获得大而强化的涂层。

热喷涂技术与热喷焊技术的区别

工件表面温度保持在250oC和900℃，分别进行热喷焊和喷焊。
喷涂形成的涂层主要是机械结合，而喷焊层是冶金结合。
喷焊层未成形，而喷涂层则有气孔，有利有损。
喷焊层对于承受更高的恒定应力和冲击载荷更为重要。

化学转化膜技术
在此过程中，使用化学或电化学方法在基板表面形成稳定的化合物膜。这种方法最有可能因增加金属的抗腐蚀能力和增加金属承受冲击应力的能力而闻名。

然后，在特定条件下，两种金属之间会发生化学反应。由于集中极化和阳极极化，在工件表面形成一层不溶于腐蚀且具有优异附着力的层。

磷化处理

将钢放入磷酸盐溶液中可获得一层不溶于水的磷化膜。磷酸盐钢铁材料的过程包括许多子过程。结果，磷化膜含有磷酸锌、磷化锰和磷酸铁。然而，薄膜和基底金属形成了一种高度可持续的结合，可以保护金属表面。

在酸中，涂层金属的抗腐蚀性能较差。尽管如此，在苯和油性介质中，耐腐蚀性是合理的。目前，磷化处理有喷涂、浸渍和喷浸结合三种方法。

喷涂法适用于实际应用。尽管如此，高调应用仍采用浸渍和浸渍/喷涂方法。

这种方法的预期好处包括更快的处理速度、更高的效率以及表面薄膜厚度适中。

氧化处理

该过程继续在基板表面形成 Fe3O4 膜。该工艺借助氧化剂进行，膜厚为0.5～1.5μm。通常，它用于装饰和保护目的。结果，抗腐蚀的能力变得更好，同时抵抗残余应力的能力也得到提高。

通常，该工艺所用溶液为500g/L氢氧化钠和200g/L亚硝酸钠，其余为水。在这个过程中，温度通常为140 oC，这个温度需要6到9分钟。

铝合金及铝的氧化处理

阳极氧化

阳极氧化是在电解质中进行的过程。然后通电使金属表面沉积一层氧化膜。常用的电解液是浓硫酸和15%～20%的铬酸。然而，其他溶液具有不同的酸和不同成分的不同量。

该过程完成后，可以使用重铬酸钾溶液进一步密封表面。这种解决方案使金属不会生锈。

化学氧化

将基板置于弱酸或弱碱中，使其表面形成氧化膜。该工艺非常适用于铝材。整个过程主要用于提高金属的耐蚀性和耐磨性。

蒸镀技术

在这个过程中，具有沉积元素的气相物质通过物理或化学方法沉积在材料表面。因此，气相沉积技术可分为化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积。

物理气相沉积

它是一种在特定情况下将金属气化成原子、分子和离子的物理方法。因此，在材料表面形成一层薄膜。物理气相沉积主要有真空蒸镀、离子镀和溅射沉积三种基本方法。

然而，在真空蒸发中，材料被带到它的熔点，在那里它可以蒸发。使用不同类型的加热方法。总的来说，这是一个易于携带且简单的过程。

另一方面，溅射是在真空条件下通过辉光放电使氩电离的另一种方法。阴极在电场作用下被离子轰击。然后这些溅射粒子沉积在基板表面。

同样，离子镀在类似真空的条件下使用气体放电技术，将蒸发的原子电离并沉积在金属表面。

总之，物理气相沉积在航空航天、光学和电子等多个领域有着巨大的应用。

化学气相沉积

在此过程中，混合气体在特定温度下与基板表面发生反应。化学气相沉积使工件或金属具有耐腐蚀、耐磨和耐热的能力。

除此之外，不同类型的沉积物可分为碳化物、氮化物、半导体元素和沉积金属。无论金属的几何形状是复杂的还是简单的，化学气相沉积都是强化金属表面的合适工艺。

该工艺在航空航天工业、煤化工和运输工业中的重要应用是显而易见的。