表面强化技术的研究及其应用

表面强化技术的研究及其应用
周 永权 ． 赵 洋， 王 璞
南京 ２０ ０ ） １０ ７ （ 解放军理工大学 工程兵工程学院， 江苏
【 要】 摘 表面强化处理技术是改善材料表面综合性能的重要方法， 具有独特的技术优点， 对于提高材料的使用
寿命 具有重要的意义。介绍 了表面强化技术的概念 、 意义 以及 分类， 分析 了常用表面强化技术在各领域 中的应用。
成 分 、 织 结 构 和 性 能 的关 键 技术 。表 面强 化 技 术 组
主要通过 各种工 艺来增强 材料 的表 面强度 、 硬度 、 磨 耐
丸强烈冲（ ） 撞 击工件表面， 使表层形成高残余压应力 和表 层组 织位 错 密度增 加 ， 生形 变硬化 层 。激光 加 产 工 热表 面 淬火 是在 ２ 世 纪 ７ 年 代 出现 的大功 率激 光 ０ ０ 器发展起来 的新技术。利用激光束照射到金属材料表 面时 ， 其红外能量被零件表层吸收而迅速形成很高的 温度 达到相 变温度 以上 ， 内部材料 则保持冷 态 ， 并能迅 速传热 ， 使表层急剧冷却形成极大冷却速度 ， 从而起 自 身 淬火 的 目的。淬火层 的硬度 比普通 淬火 的硬度 还高 １％ ～２ ％ ， ５ ０ 淬硬 层 可 达 ０１ ． ｍ 可 以大 幅度 提 ．—２５ ｍ，
高模 具 的 耐磨性 和使 用 寿命 ， 而且强 化后模 具 表 面光
性、 耐蚀 性 和物 理性 能 等综 合机 械性 能 。应 用各 种表
面 强化技 术 可 以充分 发挥 材 料 的潜力 、 约 能源 ； 节 制
备特 殊 的表面强 化层 ； 高经 济效益 。２ 世 纪 ６ 提 ０ ０～７ ０ 年代 由于 电子束 、 离子束 和激 光束进人 工业 领域 ， 入 进
３ 常用表 面强化 技术 的应用 ３１ 不 改 变表 面化 学成 分的 强化技 术 ．
材料科 学研究 中的重 点领域 之一 。
１ 表面强化 技术概 Biblioteka Baidu及意 义
主要有 表 面形 变 和激 光处 理 。常用 表面形变 强化 技 术有 喷丸 、 压 、 滚 冷挤 压 、 摩擦 强化 及爆 炸 冲击强 化 等 。表 面形 变强 化技 术 已广 泛用 于齿 轮 、 弹簧 、 条 、 链 叶 片 、 车 车轴 等机 械零 件表 面 。喷 丸是利 用高 速 弹 火
第２ 卷第５ 总第 １ ７ ） ５ 期（ １期
Ｖ １ ５ Ｎ ．（Ｕ ｏ１７ ｏ２ ｏ Ｓ Ｍ Ｎ ．１ ） ． ５
机 械 管 理 开 发
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＡＬ ＭＡＮＡＧ Ｃ ＥＭＥ ＡＮＤ ＤＥＶＥ ＯＰ ＮＴ Ｌ ＭＥ ＮＴ
２ １年 １ ００ Ｏ月
Ｏｃ ．０ ０ ｔ １ ２
【 关键词】 表面强化 ； 分类 ； 用 应
【 中图分 类号 】 Ｔ ５ ． Ｇ１６８ 【 文献标识码】 Ａ 【 文章编号】 １０ — ７Ｘ（０ ０ ０ — １４ ０ ０ ３ ７ ３ ２ １ ）５ ００ — ２
Ｏ 引 言
随着 高新 技术 的飞速 发展 ， 们 对提 高 材料 的性 人 能， 拓宽其功 能 ， 延长 仪器设 备 中零 部件 的使用 寿命 和
根据加热方式 的不同可分为 ： 感应加热 、 火焰加 热、 电子束加热 、 等离子束加热和激光束加热等。 按 层 膜 的形成 过程 分 ： 相沉 积 、 气 表面 冶金 强化 、
化学 溶液 沉积 、 学粘结 （ 结） 化 胶 涂层 、 学溶 液沉 积搪 化
瓷和上 釉表面 固态相 变强化 。表面化 学热处理 离子注
表面处理 领域 ， 国开始 进行 开发性研 究 ， 表面处 理 各 使
技术 有 突破性进 展 。到 ９ ０年代形 成 了新 的系统 的表 面工 程技术 ， 出现 了表面 工程 学 ， 极大地 推动 了各行各 业科 学 技术 的进 步 ， 各行 业 的进 步又 加速 了表 面 工程
滑如初 ， 变形小 ， 基本上不需要再加工就能直接使用 ，
表 面工 程指利 用 各种 物 理 的 、 学 的或 机械 的 工 化
艺 规程使 零 件表 面 获得 特殊 的 材料 成分 、 织结 构 和 组 性能 ， 以提高 产品质量 的工 程 。它 概括 了“ 面处 理 ” 表 、
“ 面加 工 ” “ 面涂 层 ” “ 面改 性 ”等 内容 。表 表 、表 、表 ｌ 面强 化技 术是 表 面工 程 的核心 内容 ， 决 定硬 化层 的 是
人 和 冲击 硬化 。
提高经济陛等提出了更高的要求。许多零部件的失效 是 由于材 料表 面不 能 胜任 苛刻 的服役 条件 所致 ， 如 例 耐磨 、 腐蚀 和 表面 氧化 等 。它们 大 多发 生在 零 件 的表 面和近表 面 ， 或者先 从 表面开始 ， 然后 向 内部 扩散 而导
致 零件失效 ， 以至最 终影 响机械 产品 的性能 、 寿命 。提 高材 料的表 面性能 对延长机 械零件 的使用 寿命 和发挥 材 料 的潜 力 起着 很重 要 的作 用 ， 由此 应运 而 生 的表 面
强化技术 得到 了快速 发展 ， 到 了广 泛重视 ， 为当前 受 成
按 增 强 的性 能 分 ： 强化 层 （ 、 磨 层 （ ）润 滑 膜）耐 膜 、 膜、 耐蚀膜 ｆ ）装饰膜 和功能 膜（ 等 。 层 、 层） 文献 ［】 其 分 为不 改变 表 面化学 成分 的方 法 、 ８ 将 改 变表 面化学 成分 的方 法及表 面形成覆 盖层 三类 。
特别 适合 处 理形状 复 杂 、 精加 工后 不易 采用 其它 强化
方法 的模具 。
技术本身的发展 】 。 ２ 表面 强化 技术 的分类 表 面 强化 技 术 在 不 同的 文 献上 有 不 同的 分 类 方
法 ， 目的和作 用 分为 表层 化学 成分 及 组织 结构 改 变 按 型 和表 面物质 保 护 型两大 类 ； 按处 理 温度 分为 低 、 、 中 高三 大类 ； 原理分 为化学 热处理 、 按 表面涂 覆处 理和表