探讨表面强化技术在机械零件中的运用

肖建华

摘 要：机械零件出现失效的问题大多是从表面开始，因此，表面强化技术在机械零件中运用具有十分重要作用，可以提升零件的性能，比如，耐腐蚀性、耐高温性以及抗疲劳性等。不但提升材料性能、挖掘材料的潜力，而且可以有效提升零件的寿命。

关键词：表面；强化技术；机械零件

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

机械零件在运转过程中出现失效的原因在于零件的材料已经不能适应机械工作的环境，本人总结主要由三方面导致：由于腐蚀导致失效、由于工作强度过大而失效以及由于磨损而失效。失效总是先从机械零件表面开始，之后在影响到零件的内部结构，进而对机械的使用造成严重的影响。需要注重机械的零件使用情况，尤其是零件表面的材料，延长零件的使用寿命，提高机械零件性能。

1 表面强化技术的涵义以及意义

表面工程主要是指通过一些化学和物理的工艺让机械零件表面的材料以及性能得到改善，提高零件的抗压强度和耐磨性，其工艺内容主要包含了表面改性、表面加工、表面处理、表面涂层等。表面工程是影响零件成分、性能以及组织结构的关键性技术。表面强化技术能够通过不同的工艺手段来增强零件材料的硬度、强度、性能、组织结构等，使零件更加耐腐蚀、耐磨，增强零件的使用寿命。在零件中使用表面强化技术能够达到节约材料、挖掘材料潜力的目的，可以制造出不同的表面强化层，进而使经济效益得以提升。上个世纪60～70年代时期，在工业领域逐渐引进了激光束、离子束、电子束等技术，致使工业生产开始进行表面处理，同时国家对这方面展开研究，并在表面处理技术上取得一些进展。90 年代，表面工程技术逐渐系统化，出现表面工程学。这些都推动了表面工程技术的发展，也推动了其他相关技术的发展和进步。

2 对材料进行表面强化技术的意义

（1）可以挖掘材料潜力。在实际的生产工艺中，传统的表面强化技术，比如淬火技术、热处理技术等，它可以让零件的材料抗强度性更高、耐磨性更高，同时也可以承受更大的冲击力，韧性非常好，进而使零件的寿命得到大幅度提高。近代的一些表面处理技术，更可以增强零件材料抗强度性、耐磨性、耐腐蚀性、韧性、抗疲劳性等方面的性能，提高零件的使用寿命，如离子注入技术。

（2）有效节约零件材料。机械运作需要特殊零件材料，这些材料尽管性能比较好，但是非常稀缺和昂贵，给生产造成巨大的压力。表面强化技术对一般材料进行处理后，材料的性能会得到加强，可以代替一些特殊的材料，节约生产的成本，同时能节约零件材料。比如对钢件渗铝后，可提高钢件耐腐蚀性以及抗氧化性，同时也可以保持钢件的韧性，其在机械、汽车、建筑、石化等行业运用十分广泛。

3 常见的表面强化技术使用

（1）不改变材料表面成分的表面强化。不改变表面化学成分的表面强化技术一般有激光处理以及表面形变两种技术。表面形变技术已经在一些机械零件表面得到广泛使用，如齿轮、链条、弹簧等，在生产工艺中常用的表面形变技术有喷丸、摩擦强化、爆炸冲击强化、滚压等。其中，喷丸主要是根据弹丸高速的冲击力来撞击零件表面，使零件表面的密度更加紧实，从而形成硬化层。激光处理是一种零件表面加工的新技术，主要是将激光束照射零件表面材料，在材料表面吸收红外线的能量后达到非常高的温度后形变，但零件内部却是冷态，使零件表面迅速冷却，进而产生淬火效果。激光进行淬火后，材料表面硬度比普通淬火要高，同时淬硬层更厚，零件的耐磨性以及使用寿命大大提高。

（2）表面熱处理的强化技术。对表面进行热处理的表面强化技术主要是通过零件材料的形态变化，进而使零件材料得到强化，例如，表面淬火。这种技术通过流动粒子炉、感应、电接触等传统加热工艺进行加热材料，属于低能量的表面强化，常被用于齿轮、机床等零件的表面强化上。高能量密度强化技术是在热处理表面强化技术上发展起来的，它主要是通过激光对零件材料进行瞬间扫描加热，使零件材料从珠光体快速变成奥氏体，之后再由零件自身进行冷却，使表面得到高硬度马氏体组织。这种表面强化技术主要在动力机械的零件上应用，如汽车、轧棉机的齿轮等，其可以提高零件材料的使用寿命。

（3）化学热处理表面强化。化学热处理的表面强化技术主要是将零件放在活性介质之中，在对其加热到相应的温度时，这样其他的元素便会渗入零件的表层，并改变零件材料表层的化学成分，使其具有特殊性能。这样的技术，能够提升零件的使用寿命以及抗疲劳的性能。此外，提升零件抗腐蚀能力以及抗氧化的能力，并且降低零件摩擦系数，改善零件润滑性，减少零件运行的摩擦。

（4）表面涂覆层的强化技术。在金属的表面上可以涂上一层或者几层特殊材料的薄膜，可以使用物理法或者化学法，这样的零件涂覆层的技术，主要包括电化学法、离子注入法以及气相沉积法。其中，电化法以及气相沉积在我国得到广泛应用以及技术相当成熟，此处不做说明。离子注入技术是将几万或者几十万的束流离子注入在材料的表面上，提升材料表面性能。比如，汽车在模具当中注入钠离子之后，可以延长汽车的使用寿命，甚至延长寿命达到十倍以上。又比如，在TI64AL4的材料当中注入钡离子之后，可以促使这种材料在温度六百摄氏度以上的情况下，氧化的速度得到大幅度的降低，大约可以降低80倍。此外，将离子注入在不锈钢或者轴承钢当中，可以促使不锈钢以及轴承钢的使用寿命得到大幅度的提升，可以提升几倍甚至几十倍。

4 结语

综上所述，随着技术的快速发展，在机械零件制造的过程中已经使用了表面强化技术，表面强化技术可以提升零件的使用寿命以及性能，增强零件的抗腐蚀性、耐疲劳性以及耐高度能力，相关技术人员应当在零件加工中广泛应用表面强化技术并且加强对表面零件技术的研究。

参考文献：

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