探討表面強化技術(shù)在機械零件中的運用

肖建華

摘 要：機械零件出現(xiàn)失效的問題大多是從表面開始，因此，表面強化技術(shù)在機械零件中運用具有十分重要作用，可以提升零件的性能，比如，耐腐蝕性、耐高溫性以及抗疲勞性等。不但提升材料性能、挖掘材料的潛力，而且可以有效提升零件的壽命。

關(guān)鍵詞：表面；強化技術(shù)；機械零件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.018

機械零件在運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)失效的原因在于零件的材料已經(jīng)不能適應機械工作的環(huán)境，本人總結(jié)主要由三方面導致：由于腐蝕導致失效、由于工作強度過大而失效以及由于磨損而失效。失效總是先從機械零件表面開始，之后在影響到零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進而對機械的使用造成嚴重的影響。需要注重機械的零件使用情況，尤其是零件表面的材料，延長零件的使用壽命，提高機械零件性能。

1 表面強化技術(shù)的涵義以及意義

表面工程主要是指通過一些化學和物理的工藝讓機械零件表面的材料以及性能得到改善，提高零件的抗壓強度和耐磨性，其工藝內(nèi)容主要包含了表面改性、表面加工、表面處理、表面涂層等。表面工程是影響零件成分、性能以及組織結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性技術(shù)。表面強化技術(shù)能夠通過不同的工藝手段來增強零件材料的硬度、強度、性能、組織結(jié)構(gòu)等，使零件更加耐腐蝕、耐磨，增強零件的使用壽命。在零件中使用表面強化技術(shù)能夠達到節(jié)約材料、挖掘材料潛力的目的，可以制造出不同的表面強化層，進而使經(jīng)濟效益得以提升。上個世紀60～70年代時期，在工業(yè)領(lǐng)域逐漸引進了激光束、離子束、電子束等技術(shù)，致使工業(yè)生產(chǎn)開始進行表面處理，同時國家對這方面展開研究，并在表面處理技術(shù)上取得一些進展。90 年代，表面工程技術(shù)逐漸系統(tǒng)化，出現(xiàn)表面工程學。這些都推動了表面工程技術(shù)的發(fā)展，也推動了其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。

2 對材料進行表面強化技術(shù)的意義

（1）可以挖掘材料潛力。在實際的生產(chǎn)工藝中，傳統(tǒng)的表面強化技術(shù)，比如淬火技術(shù)、熱處理技術(shù)等，它可以讓零件的材料抗強度性更高、耐磨性更高，同時也可以承受更大的沖擊力，韌性非常好，進而使零件的壽命得到大幅度提高。近代的一些表面處理技術(shù)，更可以增強零件材料抗強度性、耐磨性、耐腐蝕性、韌性、抗疲勞性等方面的性能，提高零件的使用壽命，如離子注入技術(shù)。

（2）有效節(jié)約零件材料。機械運作需要特殊零件材料，這些材料盡管性能比較好，但是非常稀缺和昂貴，給生產(chǎn)造成巨大的壓力。表面強化技術(shù)對一般材料進行處理后，材料的性能會得到加強，可以代替一些特殊的材料，節(jié)約生產(chǎn)的成本，同時能節(jié)約零件材料。比如對鋼件滲鋁后，可提高鋼件耐腐蝕性以及抗氧化性，同時也可以保持鋼件的韌性，其在機械、汽車、建筑、石化等行業(yè)運用十分廣泛。

3 常見的表面強化技術(shù)使用

（1）不改變材料表面成分的表面強化。不改變表面化學成分的表面強化技術(shù)一般有激光處理以及表面形變兩種技術(shù)。表面形變技術(shù)已經(jīng)在一些機械零件表面得到廣泛使用，如齒輪、鏈條、彈簧等，在生產(chǎn)工藝中常用的表面形變技術(shù)有噴丸、摩擦強化、爆炸沖擊強化、滾壓等。其中，噴丸主要是根據(jù)彈丸高速的沖擊力來撞擊零件表面，使零件表面的密度更加緊實，從而形成硬化層。激光處理是一種零件表面加工的新技術(shù)，主要是將激光束照射零件表面材料，在材料表面吸收紅外線的能量后達到非常高的溫度后形變，但零件內(nèi)部卻是冷態(tài)，使零件表面迅速冷卻，進而產(chǎn)生淬火效果。激光進行淬火后，材料表面硬度比普通淬火要高，同時淬硬層更厚，零件的耐磨性以及使用壽命大大提高。

（2）表面熱處理的強化技術(shù)。對表面進行熱處理的表面強化技術(shù)主要是通過零件材料的形態(tài)變化，進而使零件材料得到強化，例如，表面淬火。這種技術(shù)通過流動粒子爐、感應、電接觸等傳統(tǒng)加熱工藝進行加熱材料，屬于低能量的表面強化，常被用于齒輪、機床等零件的表面強化上。高能量密度強化技術(shù)是在熱處理表面強化技術(shù)上發(fā)展起來的，它主要是通過激光對零件材料進行瞬間掃描加熱，使零件材料從珠光體快速變成奧氏體，之后再由零件自身進行冷卻，使表面得到高硬度馬氏體組織。這種表面強化技術(shù)主要在動力機械的零件上應用，如汽車、軋棉機的齒輪等，其可以提高零件材料的使用壽命。

（3）化學熱處理表面強化。化學熱處理的表面強化技術(shù)主要是將零件放在活性介質(zhì)之中，在對其加熱到相應的溫度時，這樣其他的元素便會滲入零件的表層，并改變零件材料表層的化學成分，使其具有特殊性能。這樣的技術(shù)，能夠提升零件的使用壽命以及抗疲勞的性能。此外，提升零件抗腐蝕能力以及抗氧化的能力，并且降低零件摩擦系數(shù)，改善零件潤滑性，減少零件運行的摩擦。

（4）表面涂覆層的強化技術(shù)。在金屬的表面上可以涂上一層或者幾層特殊材料的薄膜，可以使用物理法或者化學法，這樣的零件涂覆層的技術(shù)，主要包括電化學法、離子注入法以及氣相沉積法。其中，電化法以及氣相沉積在我國得到廣泛應用以及技術(shù)相當成熟，此處不做說明。離子注入技術(shù)是將幾萬或者幾十萬的束流離子注入在材料的表面上，提升材料表面性能。比如，汽車在模具當中注入鈉離子之后，可以延長汽車的使用壽命，甚至延長壽命達到十倍以上。又比如，在TI64AL4的材料當中注入鋇離子之后，可以促使這種材料在溫度六百攝氏度以上的情況下，氧化的速度得到大幅度的降低，大約可以降低80倍。此外，將離子注入在不銹鋼或者軸承鋼當中，可以促使不銹鋼以及軸承鋼的使用壽命得到大幅度的提升，可以提升幾倍甚至幾十倍。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著技術(shù)的快速發(fā)展，在機械零件制造的過程中已經(jīng)使用了表面強化技術(shù)，表面強化技術(shù)可以提升零件的使用壽命以及性能，增強零件的抗腐蝕性、耐疲勞性以及耐高度能力，相關(guān)技術(shù)人員應當在零件加工中廣泛應用表面強化技術(shù)并且加強對表面零件技術(shù)的研究。

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