金屬表面強化處理:
通過工藝方法提高金屬表面的強度、硬度、耐磨性及抗蝕性的表面處理過程,稱為金屬表面強化處理。常用的強化處理可分為以下幾個類別。
1.金屬表面的覆蓋層強化法
金屬表面覆蓋層強化是使金屬表面獲得特殊性能的覆蓋層,以達到提高強度、耐磨、耐蝕、耐疲勞等目的。常用的金屬表面的覆蓋層強化法主要有金屬熱噴涂和表面氣相沉積。
(1)金屬熱噴涂
熱噴涂是一種采用專用設備,利用熱源將金屬或非金屬材料加熱到熔化或半熔化狀態,用高速氣流將其吹成微小顆粒并噴射到機件表面,形成覆蓋層,以提高機件耐蝕、耐磨、耐熱等性能的新興表面工程技術。
(2)表面氣相沉積
表面氣相沉積的方法主要有化學氣相沉積法(簡稱VCD)和物理氣相沉積法(簡稱PVD)兩種。
化學氣相沉積是利用氣態物質在一定的溫度下發生分解或化學反應,并在其上面生成固態沉積膜的過程。VCD技術是當前獲得固態薄膜的方法之一,利用不同的化學反應可得到不同的金屬、非金屬或化合物鍍層。
物理氣相沉積由三大基本方法組成,即真空蒸鍍法,離子鍍滲法和濺射方法。由于處理后表面硬度高、處理溫度低、變形小、外觀色澤美觀等,故近年來得到很大發展。
氣相沉積鍍層具有附著力強、均勻、質量好,可得到全包覆的鍍層等特點,在機械、電器、航天等部門應用廣泛。
2.金屬表面化學熱處理強化法
金屬表面化學熱處理強化是通過改變材料表層的化學成分,形成單相或多相的擴散層、化合物層來強化表面。如滲碳、碳氮共滲、滲氮、氮碳共滲、滲硼的呢過工藝方法使表層獲得高的強度、高硬度或改變了的使用性能。
3.金屬表面形變強化法
表面形變強化是通過噴丸、滾壓和內孔擠壓等強化工藝,使金屬表層產生形變硬化和殘余應力,以提高表層疲勞強度。
噴丸強化是當前廣泛應用的一種表面強化方法,即利用高速彈丸強烈沖擊零件表面,使之產生形變硬化層并引進殘余壓應力。噴丸強化用的設備簡單、成本低、耗能少,已廣泛用于彈簧、齒輪、鏈條、軸、葉片、火車輪等零部件,可顯著提高金屬的抗疲勞、抗應力腐蝕破裂、抗腐蝕疲勞、抗微動磨損、耐點蝕等能力。
滾壓加工是將硬度高且光滑的滾柱與金屬表面滾壓接觸,使其局部產生微小塑性變形而進行的塑性精加工,可在短時間內改善表面粗糙度,同時表面被加工硬化,并且由于產生壓縮殘留應力可得到具有耐久性的表面。
內孔擠壓是使孔的內表面獲得形變強化的工藝措施,效果也十分顯著。
4.金屬表面相變強化法
金屬表面的相變強化是通過相變改變表層組織結構來強化金屬表面的工藝方法。生產中常用火焰表面淬火、感應加熱表面淬火等方法使表層獲得馬氏體組織,從而強化表層。
5.金屬表面復合處理強化法
金屬表面復合處理強化是將兩種以上的可以單獨使用的表面強化工藝組合起來,用于同一件上,使其各自優點同時發揮,獲得更加顯著的強化效果。這種組合使用的表面強化方法,稱為表面復合強化。例如,先將工件進行滲鈦的化學熱處理,然后再進行離子滲氮的化學熱處理后,可在工件表面形成硬度極高、耐磨性很好且具有較好的耐蝕性的金黃色TiN化合物層;軟氮化或滲碳與高頻感應加熱表面淬火的復合強化,可提高工件的表面硬度、耐磨性和疲勞性能,同時又減少了熱處理變形。如齒輪、彈簧、曲軸等重要受力件經過淬火回火后再經噴丸表面形變處理,其疲勞強度、耐磨性和使用壽命都有明顯的提高。