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(yīng)機械工作的環(huán)境，本人總結(jié)主要由三方面導(dǎo)致：由于腐蝕導(dǎo)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(yán)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(xué)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(dá)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(jì)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(xué)。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(xué)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(dá)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(yīng)、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(yīng)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(xué)熱處理表面強化?；瘜W(xué)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(yīng)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(xué)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(xué)法，這樣的零件涂覆層的技術(shù)，主要包括電化學(xué)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(yīng)用以及技術(shù)相當(dāng)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(dāng)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(dá)到十倍以上。又比如，在TI64AL4的材料當(dāng)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(dāng)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(yīng)當(dāng)在零件加工中廣泛應(yīng)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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