表面技術(shù)改性在汽車中的應(yīng)用

頁共44頁前言外表改性技術(shù)〔SurfaceModifiedTechnique〕是采用化學(xué)的、物理的方法改變材料或工件外表的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)以提高機器零件或材料性能的一類外表強化技術(shù)。外表技術(shù)在當(dāng)今社會中無處不在，在各行各業(yè)中都有外表技術(shù)的應(yīng)用。外表技術(shù)雖然不能說是什么新興技術(shù)了，但是它的開展還沒到頂峰，還有廣闊的開展空間。所以我們要來研究它，繼續(xù)的開發(fā)它，讓外表技術(shù)在我們這一代更進(jìn)一步。材料外表技術(shù)在各個領(lǐng)域中都有應(yīng)用，本論文主要是研究它在汽車工業(yè)中的應(yīng)用，其實外表技術(shù)并沒有想象的那么神秘。當(dāng)然不同的部件需要用不同的外表技術(shù)來處理。例如，給自己的愛車貼防爆膜就是一種外表技術(shù)，還有烤漆等等。這些是很常見的，只是過于平凡所以沒有注意而已。當(dāng)然這是在汽車行業(yè)中的，還有很多都是生活中常見的，只要留心，就會發(fā)現(xiàn)，其實外表技術(shù)沒什么神秘的。本論文通過對外表技術(shù)的概念以及其現(xiàn)在的開展現(xiàn)狀，還有外表技術(shù)的分類，以及用什么方法來實現(xiàn)外表改性做了新的詮釋，以及在各行各業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，還有研究討論它如何應(yīng)用在我們的汽車行業(yè)中的，以及它的開展現(xiàn)狀和開展趨勢。掌握外表改性技術(shù)對提高汽車關(guān)鍵部件的使用壽命意義重大，還有對我國汽車行業(yè)發(fā)揮的作用。通過對材料外表改性技術(shù)在汽車工業(yè)中應(yīng)用的總結(jié)研究，可為其更好的應(yīng)用到現(xiàn)實生產(chǎn)中打下良好的理論根底。希望對我國汽車行業(yè)有幫助，讓外表技術(shù)能夠在這個行業(yè)中得到充分應(yīng)用。

材料外表改性技術(shù)的概念及開展現(xiàn)狀外表改性技術(shù)是采用化學(xué)的、物理的方法改變材料或工件外表的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)，以提高機器零件或材料性能的一類外表強化技術(shù)。它包括化學(xué)熱處理(滲氮、滲碳、滲金屬等)；外表涂層(低壓等離子噴涂、低壓電弧噴涂〕、激光重熔復(fù)合等；薄膜鍍層(物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等)和非金屬涂層技術(shù)等。1.1外表技術(shù)外表技術(shù)是外表處理、外表涂〔鍍〕層及外表改性的總稱，是通過運用各種物理、化學(xué)或機械工藝過程，來改變基材外表狀態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)或形成特殊覆層，使基體外表具有某種特殊性能〔耐高溫性、耐磨性、抗高壓性等等〕，從而到達(dá)特定使用要求的方法?，F(xiàn)在外表技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，在各行各業(yè)中都有外表技術(shù)的應(yīng)用。外表技術(shù)提高了材料抵御環(huán)境作用的能力，賦予材料外表某種功能特性〔如光、電、磁、熱、聲、吸附、別離等各種物理和化學(xué)性能〕，制造特殊構(gòu)件、零部件和元器件等。外表技術(shù)主要通過兩種途徑來實現(xiàn)：(1)施加各種覆蓋層。采用各種涂層技術(shù)，包括電鍍、化學(xué)鍍、涂裝、粘結(jié)、堆焊、熔結(jié)、熱噴涂、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、分子束外延制膜和離子束合成薄膜技術(shù)等實現(xiàn)。(2)用機械、物理、化學(xué)等方法，改變材料外表的形貌、化學(xué)成分、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)或應(yīng)力狀態(tài)，主要有噴丸強化、外表熱處理、化學(xué)熱處理、等離子擴滲處理、激光外表處理、電子束外表處理和離子注入外表改性等方法。外表改性就是指在保持材料或制品原性能的前提下，賦予其外表新的性能，如親水性、生物相容性、抗靜電性能、染色性能等。外表改性的方法有很多，大體上可以歸結(jié)為：外表化學(xué)反響法、外表接枝法、外表復(fù)合化法等?，F(xiàn)代材料外表改性技術(shù)是跨學(xué)科、跨行業(yè)、跨世紀(jì)的新興領(lǐng)域，包含了外表物理、固體物理、等離子物理、外表化學(xué)、有機及無機化學(xué)、電化學(xué)、冶金學(xué)、金屬材料學(xué)、高分子材料學(xué)、硅酸鹽材料學(xué)以及物質(zhì)的傳輸、熱的傳遞等多門學(xué)科的邊緣學(xué)科技術(shù)。各門學(xué)科之間互相彌補、互相滲透、互相交融，取長補短，日益完善，逐漸形成一門別具特色和有著自己模式的新興學(xué)科。外表改性技術(shù)通過對基體材料外表采用化學(xué)的、物理的方法改變材料或工件外表的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)以提高機器零件或材料性能。它包括化學(xué)熱處理〔滲氮、滲碳、滲金屬等〕、外表涂層〔低壓等離子噴涂、低壓電弧噴涂〕、激光重熔復(fù)合等薄膜鍍層〔物理氣相積、化學(xué)氣相沉積等〕和非金屬涂層技術(shù)等。這些用以強化零件或材料外表的技術(shù)，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射、導(dǎo)電、導(dǎo)磁等各種新的特性，使原來在高速、高溫、高壓、重載、腐蝕介質(zhì)環(huán)境下工作的零件，提高了可靠性、延長了使用壽命，具有很大的經(jīng)濟意義和推廣價值。1.2材料外表改性技術(shù)的開展現(xiàn)狀1.2.1外表改性技術(shù)的概述新型外表功能覆層技術(shù)，包括低溫化學(xué)外表涂層技術(shù)及超深層外表改性技術(shù)，它運用物理、化學(xué)或物理化學(xué)相結(jié)合等技術(shù)手段來改變“材料及其制件外表成份和組織結(jié)構(gòu)〞，其特點是保持基體材料固有的特征，又賦予外表化所要求的各種性能，從而適應(yīng)各種技術(shù)和服役環(huán)境對材料的特殊要求，因而它是制造和材料學(xué)科最為活潑的技術(shù)領(lǐng)域，又是涉及外表處理與涂層技術(shù)的交叉學(xué)科。其最大的優(yōu)勢在于能以極少的材料和能源消耗制備出基體材料難以甚至無法獲得的性能優(yōu)異的外表薄層，從而獲得最大的經(jīng)濟效益，它是一種優(yōu)質(zhì)高效的外表改性與涂層技術(shù)。優(yōu)質(zhì)、高效的外表改性與涂層技術(shù)其范圍廣闊：如熱化學(xué)外表技術(shù)；物理氣相沉積；化學(xué)氣相沉積；物理化學(xué)氣相沉積技術(shù)；高能等離體外表涂層技術(shù)；金剛石薄膜涂層；多元多層復(fù)合涂層技術(shù)；外表改性及涂層性能預(yù)測及剪栽技術(shù)；性能測試與壽命評估等等。新型低溫化學(xué)氣相沉積技術(shù)引入等離子體增強技術(shù)，圖1-1所示為其工作過程及其裝置，使其溫度降至600℃以下，獲得硬質(zhì)耐磨涂層新工藝，所生產(chǎn)的高強度、高性能的涂層工藝，在高速、重負(fù)荷、難加工領(lǐng)域中有其特殊的作用。超深層外表改性技術(shù)可應(yīng)用于絕大多數(shù)熱處理件和外表處理件，可替代高頻淬火，碳氮共滲，離子滲氮等工藝，得到更深的滲層，更高的耐磨性，產(chǎn)品壽命劇增，可產(chǎn)生突破性的功能變化。圖1-1新型低溫氣相沉積裝置及工作過程1.2.2現(xiàn)狀及國內(nèi)外開展趨勢隨著根底工業(yè)及高新技術(shù)產(chǎn)品的開展，對優(yōu)質(zhì)、高效外表改性及涂層技術(shù)的需求向縱深延伸，國內(nèi)外在該領(lǐng)域與相關(guān)學(xué)科相互促進(jìn)的局勢下，在諸如“熱化學(xué)外表改性〞、“高能等離子體外表涂層〞、“金剛石薄膜涂層技術(shù)〞以及“外表改性與涂層工藝模擬和性能預(yù)測〞等方面都有著突破的進(jìn)展?！?〕熱化學(xué)外表改性技術(shù)現(xiàn)狀及開展趨勢 國外近年來重視對“可控氣氛〞條件和真空條件下的滲碳，碳氮共滲等技術(shù)的研究，并已實現(xiàn)工業(yè)化。而在我國應(yīng)用很少，相關(guān)的技術(shù)研究工作亦不夠?？煽貧夥諠B碳和真空滲碳技術(shù)是顯著縮短生產(chǎn)周期，節(jié)能、省時，同時可提高工件質(zhì)量，不氧化、不脫碳，保證零件外表耐腐蝕和抗疲勞性，并減少熱處理后機加工余量及清理工時。目前國際上碳勢控制和監(jiān)測，滲層布型控制等方面的研究成果已應(yīng)用于實際生產(chǎn)，并用計算機進(jìn)行在線動態(tài)控制?！?〕PVD、CVD技術(shù)現(xiàn)狀及開展趨勢各種氣相沉積是當(dāng)前世界上著名研究機構(gòu)和大學(xué)競相開展的具有挑戰(zhàn)的性的研究課題。目前該技術(shù)在信息、計算機、半導(dǎo)體、光學(xué)儀器等產(chǎn)業(yè)及電子元器件、光電子器件、太陽能電池、傳感器件等制造中應(yīng)用十分廣泛，在機械工業(yè)中，制作硬質(zhì)耐磨鍍層、耐腐蝕鍍層、熱障鍍層及固體潤滑鍍層等方面也有較多的研究和應(yīng)用，其中TiN等鍍膜刀具的普及已引起切削領(lǐng)域中的一場革命，金剛石薄膜、立方氮化硼薄膜的研究也十分熾熱，并已向?qū)嵱没矫嫱七M(jìn)。在不同PVD〔物理氣相沉積〕、CVD(化學(xué)氣體沉積)工藝的根底上，通過開展和復(fù)合很多新的工藝和設(shè)備，如IBAD〔離子束輔助沉積〕、PCVD〔等離子化學(xué)氣體沉積〕與空心陰極多弧復(fù)合離子鍍膜裝置、離子注入與油濺射鍍或蒸鍍的復(fù)合裝置、等離子體浸沒式離子注裝置等不斷將該類技術(shù)推向新的高度。與國外的開展相比，我國在上述方面雖研究較多，但水平有較大差異，在實用化方面差距更大?！?〕高能等離子體外表涂層技術(shù)現(xiàn)狀及開展趨勢該技術(shù)是增加外表物理化學(xué)反響，獲取特殊性能覆蓋層。其核心是更有效地增強和控制陰極電弧等離子體的產(chǎn)生和作用，美國、日本、德國大力開展該技術(shù)。等離子體增強電化學(xué)外表改性技術(shù)，是目前國際上較活潑的開發(fā)研究領(lǐng)域，對于鋁、鈦等材料，通過等離子體調(diào)光放電手段，增強電化學(xué)處理效果，在金屬外表上生成致密氧化鋁和其它氧化物陶瓷膜層，可使基體具有極高性能外表，是先進(jìn)制造工藝的前沿技術(shù)，在機加工用刀具和模具行業(yè)也有很了的應(yīng)用前景?！?〕金剛石薄膜涂層技術(shù)薄的金剛石薄膜，可提高工件的使用性能，并滿足一些特殊條件的需求。近年來，由于金剛石薄膜的優(yōu)異性能以及廣泛的應(yīng)用前景，日本、美國、西歐均進(jìn)行大量的研究工作，并開發(fā)了多種金剛石涂層工藝技術(shù)，已在國內(nèi)外掀起金剛石涂層研究的熱潮。尤其是在提高金剛石涂層和基體結(jié)合強度，大面積快速沉積金剛石涂層技術(shù)，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)涂層金剛石薄膜設(shè)備系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)方面國外已取得突破性進(jìn)展，美國、瑞典等國已推出金剛石金屬切削工具供給市場，而我國該技術(shù)還沒有到達(dá)實用水平，急待開發(fā)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?！?〕多元多層復(fù)合涂層技術(shù)的現(xiàn)狀及開展趨勢單一的外表涂層不能滿足外表工程設(shè)計中苛刻的工況條件，任何外表處理均有其不同的優(yōu)缺點，因為利用不同涂層材料的性能優(yōu)點，在基體外表形成多元多層復(fù)合涂層〔含萬分漸變的梯度層〕具有重大的意義，如圖1-2所示為多層涂層，不同顏色的代表不同的涂層。國外已開展單層涂層厚度為納米級，層數(shù)在100層以上的多元多層復(fù)合涂層技術(shù)的研究，所制備的涂層具有較高的耐腐性、韌性和強度，和基體的結(jié)合強度也好，外表粗糙度低，這對直精高速工削機械加工十人有利。國外已列入主要開展方面，予計在納米級精細(xì)涂層材料研究和應(yīng)用領(lǐng)域會有新的突破。因為復(fù)合涂層技術(shù)具有抗磨損、抗高溫氧化腐蝕、隔熱等功能，能擴大涂層制品使用范圍，延長使用壽命，是一項在下一世紀(jì)會得到迅速開展的技術(shù)。我國目前已開始研究，并取得初步成果，但還存在一些問題有待于解決。圖1-2多元多層復(fù)合涂層〔6〕外表改性與涂層工藝模擬和性能預(yù)測的現(xiàn)狀及開展趨勢外表改性與涂層技術(shù)作為外表工程的重要組成局部，已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)工業(yè)與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)部門，根據(jù)應(yīng)用的要求反過來又促進(jìn)外表功能覆層技術(shù)的進(jìn)一步開展。根據(jù)使用要求，對材料外表進(jìn)行設(shè)計、對外表性能參數(shù)進(jìn)行剪裁，使之符合特定要求，并進(jìn)一步實現(xiàn)對外表覆蓋層的組織結(jié)構(gòu)和性能和預(yù)測等，已成為該領(lǐng)域重要研究方向。國外已對PVD、CVD以及其它外表改性方法開展計算機模擬研究，針對CVD過程進(jìn)行模擬，采用宏觀和微觀多層次模型，對工藝和涂層各種性能和基體的結(jié)合力進(jìn)行模擬和預(yù)測；對滲碳，滲氮工件滲層性能應(yīng)力等進(jìn)行計算機模擬等等，人們可以更好地控制和優(yōu)化工藝過程。我國這方面的研究剛處地起步階段。

第二章材料外表改性技術(shù)的分類及特點外表技術(shù)有著十分廣泛的內(nèi)容，僅從一個角度進(jìn)行分類難于概括全面，目前也沒有統(tǒng)一的分類方法。不能簡單的從物理或者化學(xué)兩方面來給它分類，在不同材料中要用不同的方法，有的是單純的物理的方法，有的是單純的化學(xué)的方法，有的是物理和化學(xué)共用的。2.1電化學(xué)方法這種方法是利用電極反響，在工件外表形成鍍層。其中主要的方法有：電鍍、陽極氧化等。2.1.1電鍍利用電解作用在機械制品上沉積出附著良好的、但性能和基體材料不同的金屬覆層的技術(shù)。電鍍層比熱浸層均勻，一般都較薄，從幾個微米到幾十微米不等。通過電鍍，可以在機械制品上獲得裝飾保護性和各種功能性的外表層，還可以修復(fù)磨損和加工失誤的工件。鍍層大多是單一金屬或合金，如鋅、鎘、金或黃銅、青銅等；也有彌散層，如鎳-碳化硅、鎳-氟化石墨等；還有覆合層，如鋼上的銅-鎳-鉻層、鋼上的銀銦層等。電鍍的基體材料除鐵基的鑄鐵、鋼和不銹鋼外，還有非鐵金屬，如ABS塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料，但塑料電鍍前，必須經(jīng)過特殊的活化和敏化處理。電鍍分為掛鍍、滾鍍、連續(xù)鍍和刷鍍等方式，主要與待鍍件的尺寸和批量有關(guān)。掛鍍適用于一般尺寸的制品，如汽車的保險杠，自行車的車把等。滾鍍適用于小件，如緊固件、墊圈、銷子等。連續(xù)鍍適用于成批生產(chǎn)的線材和帶材。刷鍍適用于局部鍍或修復(fù)。電鍍液有酸性的、堿性的和加有鉻合劑的酸性及中性溶液，無論采用何種鍍覆方式，與待鍍制品和鍍液接觸的鍍槽、吊掛具等應(yīng)具有一定程度的通用性?！?〕鍍層分類鍍層分為裝飾保護性鍍層和功能性鍍層兩類。裝飾保護性鍍層：主要是在鐵金屬、非鐵金屬及塑料上的鍍鉻層，特別是鋼的銅-鎳-鉻層，鋅及鋼上的鎳-鉻層。為了節(jié)約鎳，人們已能在鋼上鍍銅-鎳/鐵-高硫鎳-鎳/鐵-低固分鎳-鉻層。與鍍鉻層相似的錫/鎳鍍層，可用于分析天平、化學(xué)泵、閥和流量測量儀表上?！?〕功能性鍍層：這種鍍層種類很多，如：①提高與軸頸的相容性和嵌入性的滑動軸承罩鍍層，鉛-錫，鉛-銅-錫，鉛-銦等復(fù)合鍍層；②用于耐磨的中、高速柴油機活塞環(huán)上的硬鉻鍍層，這種鍍層也可用在塑料模具上，具有不粘模具和使用壽命長的特點；③在大型人字齒輪的滑動面上鍍銅，可防止滑動面早期拉毛；④用于防止鋼鐵基體遭受大氣腐蝕的鍍鋅；⑤防止?jié)B氮的銅錫鍍層；⑥用于收音機、電視機制造中釬焊并防止鋼與鋁間的原電池腐蝕的錫-鋅鍍層。適用于修復(fù)和制造的工程鍍層，有鉻、銀、銅等，它們的厚度都比擬大，硬鉻層可以厚達(dá)300μm。2.1.2陽極氧化陽極氧化〔Anodicoxidation〕：金屬或合金的電化學(xué)氧化。鋁及其合金在相應(yīng)的電解液和特定的工藝條件下，由于外加電流的作用下，在鋁制品〔陽極〕上形成一層氧化膜的過程.陽極氧化如果沒有特別指明，通常是指硫酸陽極氧。如圖2-1所示，將金屬或合金的制件作為陽極，采用電解的方法使其外表形成氧化物薄膜。金屬氧化物薄膜改變了外表狀態(tài)和性能，如外表著色，提高耐腐蝕性、增強耐磨性及硬度，保護金屬外表等。例如鋁陽極氧化，將鋁及其合金置于相應(yīng)電解液(如硫酸、鉻酸、草酸等)中作為陽極，在特定條件和外加電流作用下，進(jìn)行電解。陽極的鋁或其合金氧化，外表上形成氧化鋁薄層，其厚度為5～20μm，硬質(zhì)陽極氧化膜可達(dá)60～200μm。陽極氧化后的鋁或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可達(dá)250～500kg/mm2，良好的耐熱性，硬質(zhì)陽極氧化膜熔點高達(dá)2320K，優(yōu)良的絕緣性，耐擊穿電壓高達(dá)2000V，增強了抗腐蝕性能，在ω=0.03NaCl鹽霧中經(jīng)幾千小時不腐蝕。氧化膜薄層中具有大量的微孔，可吸附各種潤滑劑，適合制造發(fā)動機氣缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力強可著色成各種美觀艷麗的色彩。有色金屬或其合金〔如鋁、鎂及其合金等〕都可進(jìn)行陽極氧化處理，這種方法廣泛用于機械零件，飛機汽車部件，精密儀器及無線電器材，日用品和建筑裝飾等方面。功用：防護性、裝飾性、絕緣性、提高與有機圖層的結(jié)合力、提高與無機覆蓋層的結(jié)合力。圖2-1金屬陽極氧化2.2化學(xué)方法這種方法是無電流作用，利用化學(xué)物質(zhì)相互作用，在工件外表形成鍍覆層。其中主要的方法是：化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理、化學(xué)鍍等。2.2.1化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理在電解質(zhì)溶液中，金屬工件在無外電流作用，由溶液中化學(xué)物質(zhì)與工件相互作用從而在其外表形成鍍層的過程，稱為化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理。〔1〕化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的分類按基材分：鋁材、鋅材、鋼材、鎂材、鈦材和銅材轉(zhuǎn)化膜；按工藝分：陽極氧化膜、磷化膜、鈍化膜、著色膜、化學(xué)氧化膜等；按用途分：裝飾性膜、防護性膜、減摩性膜、耐摩性膜、絕緣性膜、打底膜等?！?〕化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的方法化學(xué)轉(zhuǎn)化膜常用的處理方法有：浸漬法、電解法、噴涂法、刷涂法等。①電解法：以陽極氧化為主，即工件與直流電源〔或交流電源〕的正極相連，廣泛應(yīng)用于鋁、鎂、鈦為基材的各種單金屬或合金的氧化處理；②浸漬法：即直接浸入藥液中，在相應(yīng)的溫度下進(jìn)行處理。由于沒有電解法所存在的電流分布問題，其廣泛應(yīng)用于處理形狀復(fù)雜的、不同材質(zhì)的外表轉(zhuǎn)化處理，如鋼材的化學(xué)氧化〔發(fā)藍(lán)、發(fā)黑〕、鋁的化學(xué)氧化、鋅的鈍化、多種材料的磷化等等；③噴淋法：其原理與浸漬法相似，也屬于化學(xué)處理法。主要用于形狀復(fù)雜、外表府蝕較輕的零件，適用于批量生產(chǎn)或自動化作業(yè)；④刷涂法：即直接在工件上進(jìn)行刷涂，其本錢低，但質(zhì)量不易保證，主要用于局部處理。2.2.2化學(xué)鍍化學(xué)鍍就是在不通電的情況下，利用氧化復(fù)原反響在具有催化外表的鍍件上，獲得金屬合金的方法。它是新近開展起來的一門新技術(shù)。美、英、日、德等國，其工業(yè)產(chǎn)值正以每年15%的速度遞增。它廣泛地應(yīng)用于機械、電子、塑料、模具、冶金、石油化工、陶瓷、水力、航空航天等工業(yè)部門，是一項很有開展前途的高新技術(shù)之一。其特點如下：

〔1〕外表硬度高，耐磨性能好：

其外表硬度可在Hv0.1=550-1100kg/mm2〔相當(dāng)于HRc=55-72〕的范圍內(nèi)任意控制選擇。處理后的機械部件，耐磨性能好，使用壽命長，一般可提高3-4倍，有的可達(dá)8倍以上。

〔2〕硬化層的厚度極其均勻，處理部件不受形狀限制，不變形。

特別適用于形狀復(fù)雜、深盲孔及精度要求高的細(xì)小及大型部件的外表強化處理。〔3〕有優(yōu)良的抗腐蝕性能：

它在許多酸、堿、鹽、氨和海水中具有很好的耐蝕性，其耐蝕性比不銹鋼要優(yōu)越得多，如表2-2所示。表2-2Ni-12P合金鍍層在以下介質(zhì)中的腐蝕速率腐蝕介質(zhì)溫度℃腐蝕速率〔mm/年〕Ni-12P合金銹鋼不銹鋼Cr18Ni9Ti42%NaOH沸騰＜0.048＞1.545%NaOH20℃沒有0.537%HCl30℃0.1410%H2SO430℃0.031＞1.510%H2SO470℃0.048＞1.5水〔海水〕3.5%鹽95℃沒有40%HF30℃0.0141＞1.5〔4〕處理后的部件，外表光潔度高，外表光亮，不需重新機械加工和拋光，即可直接裝機使用。

〔5〕鍍層與基體的結(jié)合力高，不易剝落，其結(jié)合力比電鍍硬鉻和離子鍍要高。

〔6〕可處理的基體材料：理材料有各種模具合金鋼、不銹鋼、銅、鋁、鋅、鈦、塑料、尼龍、玻璃、橡膠、粉末、木頭等。2.3熱加工方法這種方法是在高溫條件下令材料熔融或熱擴散，在工件外表形成涂層。其主要方法有一下幾種：熱浸鍍、熱噴涂、化學(xué)熱處理、堆焊等等。2.3.1熱浸鍍金屬工件放入熔融金屬中，令其外表形成涂層的過程，稱為熱浸鍍，如熱鍍鋅、熱鍍鋁等。熱浸鍍鋅的特點:

整個鋼材外表均受到保護,無論在凹陷處管件內(nèi)，任何其它涂層很難進(jìn)入的角落,溶化鋅均很容易均勻的覆蓋上。

鍍鋅層的硬度值比鋼材還大。最上層的Etalayer只有70DPN硬度,故易受碰撞而凹入，但下層Zetalayer及Deltalayer分別有179及211DPN硬度值比鐵材的159DPN硬度值最還高，故其抗沖擊及抗磨耗性均相當(dāng)良好。

在邊角區(qū)，鋅層往往比其它地方還厚，且有良好的韌性及抗磨耗性。而其它涂層在此邊角處，往往是最薄最不易施工，最易受傷害處，故常須再維護。

即使因受很大的機械傷害或其它原因。造成一小部份的鋅層脫落，將鐵基裸露，此時，周圍鋅層就會發(fā)揮犧牲陽極的功能，來保護此處鋼鐵，使其不受侵蝕。而其它涂層那么剛好相反，銹會馬上生成，且迅速漫延至涂層下面，引起涂層剝落。

鋅層在大氣中的消耗是非常緩慢的，約為鋼鐵腐蝕速率的1/17至1/18，且是可預(yù)估的，其壽命遠(yuǎn)超過其它任何涂層。

鍍層壽命在某一特定的環(huán)境下，主要視鍍層厚度而定。而鍍層厚度又受鋼鐵厚度而決定，即越厚的鋼鐵易得較厚的鍍層，故同一個鋼構(gòu)中厚的鋼鐵部位一定也得到較厚的鍍層，以保證得到更長的壽命。

因美觀、藝術(shù)，或在特定嚴(yán)重腐蝕環(huán)境使用時，鍍鋅層可再施以上漆處理，只要漆的系統(tǒng)選用正確、施工容易，其防蝕效果比單獨上漆及熱浸鋅壽命加起來還要好上1.5~2.5倍。2.3.2熱噴涂如圖2-4所示為離子熱噴涂，以及離子熱噴涂的工藝過程，將熔融金屬霧化，噴涂于工件外表，形成涂層的過程，稱為熱噴涂，如熱噴涂鋅、熱噴涂涂鋁等。優(yōu)點：基體材料不受限制，可以是金屬和非金屬，可以在各種基體材料上噴涂；可噴涂的涂層材料極為廣泛，熱噴涂技術(shù)可用來噴涂幾乎所有的固體工程材料，如硬質(zhì)合金、陶瓷、金屬、石墨等；噴涂過程中基體材料溫升小，不產(chǎn)生應(yīng)力和變形；操作工藝靈巧方便，不受工件形狀限制，施工方便；涂層厚度可以從0.01mm至幾毫米；涂層性能多種多樣，可以形成耐磨、耐蝕、隔熱、抗氧化、絕緣、導(dǎo)電、防輻射等具有各種特殊功能的涂層；適應(yīng)性強及經(jīng)濟效益好等優(yōu)點。圖2-4離子熱噴涂2.3.3熱燙印將金屬箔加溫、加壓覆蓋于工件外表上，形成涂覆層的過程，稱為熱燙印，如熱燙印鋁箔等。優(yōu)點：(1)質(zhì)量好，精度高，燙印圖像邊緣清晰、銳利；(2)外表光澤度高，燙印圖案明亮、平滑；(3)燙印箔的選擇范圍廣，不同顏色的燙印箔，不同光澤效果的燙印箔，適用于不同基材的燙印箔；(4)熱燙印工藝有一個突出優(yōu)點：就是可以進(jìn)行立體燙印。采用電腦數(shù)控雕刻制版(CNC)方式制成立體燙印版，使?fàn)C印加工成的圖文具有明顯立體層次，在印刷品外表形成浮雕效果，產(chǎn)生強烈的視覺。2.3.4堆焊如圖2-5所示為曲軸的堆焊，令熔敷金屬堆集于工件外表而形成焊層的過程，稱為堆焊，如堆焊耐磨合金等。堆焊零件冗雜、金屬類型多，被堆焊的零件品種單一，任務(wù)要求非常復(fù)雜，包括簡直全部類型的金屬，必需按照詳細(xì)狀況正確選用堆焊資料，才干使堆焊零件具有高的運用壽命。減小熔合比要取得預(yù)期的堆焊成分和效果，必需盡量增加母材的熔入量，減小熔合比，降低濃縮率。堆焊金屬與母資料差異大，堆焊金屬與母資料成分通常相差懸殊，為防止堆焊、焊后熱處置及零件運用進(jìn)程中發(fā)生開裂或剝離，堆焊金屬與母材應(yīng)有相近的線收縮系數(shù)和相變溫度。堆焊的本錢比擬低，而且效果和原來的根本相近。圖2-5曲軸的堆焊2.4真空法這種方法是在高真空狀態(tài)下令材料氣化或離子化沉積于工件外表而形成鍍層的過程。2.4.1物理氣相沉積〔PVD〕物理氣相沉積是利用蒸發(fā)或濺射等物理形式，把材料從靶源移走，然后通過真空或半真空空間使這些攜帶能量的蒸發(fā)粒子沉積到基體或零件的外表，以形成膜層。物理氣相沉積法主要有真空蒸鍍、陰極濺射和離子鍍。

〔1〕真空蒸鍍在真空中使金屬、合金或化合物蒸發(fā)，然后凝結(jié)在基體外表上的方法叫真空蒸鍍。鍍膜特點：〔1〕鍍膜由氣相沉積，均勻性好；〔2〕在真空條件下形成，純潔性好；〔3〕成膜過程簡單，工藝可精確控制?！?〕陰極濺射陰極濺射是利用高速正離子轟擊某一靶材〔陰極〕，使靶材外表原子以一定能量逸出，然后在工件外表沉積的過程。陰極濺射與真空蒸鍍相比有如下特點：①薄膜的結(jié)合力高；②容易相成高熔點物質(zhì)的膜；③可以在較大面積上得到均勻的薄膜；④容易控制膜的組成；⑤可以長時間地連續(xù)運轉(zhuǎn)；⑥有良好的再現(xiàn)性；⑦幾乎可以制造一切物質(zhì)的薄膜?！?〕離子鍍離子鍍借助于一種惰性氣體的輝光放電使欲鍍金屬或合金蒸發(fā)離子化，在帶負(fù)電荷的基體〔工件〕上形成鍍膜。

離子鍍膜的特點：①離子鍍膜附著力強；②均勻性好；③取材廣泛且能相互搭配；④整個工藝過程無污染。2.4.2化學(xué)氣相沉積〔CVD〕CVD〔ChemicalVaporDeposition，化學(xué)氣相淀積〕，指把含有構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反響劑或液態(tài)反響劑的蒸氣及反響所需其它氣體引入反響室，在襯底外表發(fā)生化學(xué)反響生成薄膜的過程。CVD的特點：淀積溫度低，薄膜成份易控，膜厚與淀積時間成正比，均勻性，重復(fù)性好，臺階覆蓋性優(yōu)良。圖2-6為金剛石噴射裝置示意圖。由于低壓氣相沉積法是在金剛石處于亞穩(wěn)態(tài)條件下合成金剛石的，因此在金剛石相析出的同時，還會伴隨有非金剛石相——石墨的出現(xiàn)，后者的存在會抑制金剛石相的沉積，降低薄膜的質(zhì)量。因此，金剛石薄膜沉積技術(shù)的關(guān)鍵是能否抑制、去除石墨相。CH4氣在1200℃以下的溫度分解速度非常慢，而氣相沉積的溫度又要求控制在1200℃以下，因為在高真空中，金剛石在1300℃以上時便會逐漸石墨化，所以必須設(shè)法提高CH4在1200℃以下的分解速度，以得到實現(xiàn)金剛石沉積所必須的甲基CH3。金剛石中碳原子的外層電子處于SP3雜化狀態(tài)，而甲基CH3具有SP3雜化結(jié)構(gòu)，從而它就相當(dāng)于一個金剛石的活性種子，它分解便以金剛石的形式析出。在金剛石析出的同時，石墨也可能會沉積出來，要除去它必須依靠原子氫。CVD法中參加的碳?xì)浠衔镆粴錃饣旌蠚怏w，在低于常壓被加熱或放電時會生成原子氫。原子氫有抑制石墨碳與金剛石同時析出，促進(jìn)金剛石生長的作用。圖2-6金剛石噴射裝置示意圖〔1〕在中溫或高溫下，通過氣態(tài)的初始化合物之間的氣相化學(xué)反響而形成固體物質(zhì)沉積在基體上?！?〕可以在常壓或者真空條件下進(jìn)行沉積，通常真空沉積膜層質(zhì)量較好?！?〕采用等離子和激光輔助技術(shù)可以顯著地促進(jìn)化學(xué)反響，使沉積可在較低的溫度下進(jìn)行?！?〕涂層的化學(xué)成分可以隨氣相組成的改變而變化，從而獲得梯度沉積物或者得到混合鍍層?！?〕可以控制涂層的密度和涂層純度?！?〕繞鍍件好。可在復(fù)雜形狀的基體上以及顆粒材料上鍍膜。適合涂覆各種復(fù)雜形狀的工件。由于它的繞鍍性能好，所以可涂覆帶有槽、溝、孔，甚至是盲孔的工件?！?〕沉積層通常具有柱狀晶體結(jié)構(gòu)，不耐彎曲，但可通過各種技術(shù)對化學(xué)反響進(jìn)行氣相擾動，以改善其結(jié)構(gòu)。〔8〕可以通過各種反響形成多種金屬、合金、陶瓷和化合物涂層。2.5其它方法 主要是機械的、化學(xué)的、電化學(xué)的、物理的方法。其中的主要方法有以下幾種。2.5.1涂裝噴涂或刷涂方法，將涂料(有機或無機)涂覆于工件外表而形成涂層的過程，稱為涂裝，如噴漆、刷漆等。如圖2-7所示為汽車的噴涂過程，圖中為機械手臂正在進(jìn)行噴涂。圖2-7汽車的噴涂過程載重汽車的主要涂裝件是前部駕駛室，涂裝要求最高；其他部件如車廂、車架等涂裝要求比駕駛室低?？蛙嚨耐垦b與載貨汽車的涂裝有較大區(qū)別?？蛙囓嚿戆ù罅?、骨架、車廂內(nèi)部、車身外外表，其中以車身外外表要求較高。車身外外表不但要求具有良好的保護性和裝飾性，而且噴涂面積大、平面多，有兩種以上的顏色，有時還有汽車色帶。因此，施工周期比載貨汽車長，施工要求比載貨汽車高，施工過程比載貨汽車復(fù)雜。轎車和小型旅行車，不管在外表裝飾性或底層保護性都比大型客車和載貨汽車的要求高。它的外表涂層屬于一級裝飾精度，具有美麗的外觀，光亮如鏡或光滑的外表，無細(xì)微的雜質(zhì)、擦傷、裂紋、起皺、起泡及肉眼可見的缺陷，并應(yīng)有足夠的機械強度。底面涂層屬于優(yōu)良保護層，應(yīng)有優(yōu)良的防銹性和防腐蝕性，很強的附著力；局部或全部刮涂附著力好、機械強度高的膩子，使用數(shù)年也不會出現(xiàn)銹蝕或脫落等現(xiàn)象。2.5.2激光外表處理激光外表處理工藝主要有激光相變硬化、激光熔融及激光外表沖擊三類。激光熔融又有激光外表熔融、激光表合金化和激光外表熔融?！?〕激光熔凝技術(shù)激光熔凝處理是利用高能量密度的激光束掃描金屬材料表層使其快速熔化。從而造成熔化表層和基體之間很大的溫度梯度，待激光掃過后，熔化表層快速冷卻而凝固，形成極細(xì)的亞穩(wěn)相、過飽和相以至非晶相組織。這樣既可減少金屬表層的微孔和裂紋，提高抗腐蝕性能，又可提高表層的硬度和強度，特別對鑄造零件和焊縫的改性非常有效。例如，汽車發(fā)動機的鑄鐵凸輪軸、摩擦飛輪等經(jīng)激光熔凝處理后，耐磨性和抗腐蝕性能都有明顯提高。

激光熔凝處理工藝簡單、成熟、易于控制，被加工件的熱影響區(qū)小，因而變形較小，但由于被加工件外表發(fā)生微熔，故平整外表的粗糙度會有所增加，需增加精磨等后續(xù)加工。

〔2〕激光合金化

激光合金化處理是利用激光作為熱源。使外加合金元素和基體金屬表層融合而形成一種新的合金層，獲得基體金屬所沒有的新性能：激光合金化技術(shù)具有很大的自由度，可根據(jù)不同的性能設(shè)計要求而采用不同的外加合金元素。從而使廉價的基體金屬得到優(yōu)異的外表性能，而且原料消耗很少，是一項經(jīng)濟而高效的外表處理技術(shù)。

激光合金化技術(shù)常用于對性能要求比擬苛刻的材料處理。如要求耐磨性很高的材料、工作在強腐蝕、強氧化、高溫或其它復(fù)雜惡劣環(huán)境中的材料。因此，激光合金化技術(shù)在航空航天、兵器制造、汽車、模具；采掘機械制造等工業(yè)部門具有廣闊的應(yīng)用前景。

〔3〕激光熔覆處理

激光溶覆處理是根據(jù)工況對零件外表性能的要求，選擇相應(yīng)的涂敷材料(合金、陶瓷粉末或其它復(fù)合粉末)，先預(yù)涂在零件外表，然后用高能激光束進(jìn)行掃描，控制激光參數(shù)使涂敷材料完全熔化而基體微熔，隨后凝固形成和基體為冶金結(jié)合的涂敷層。目前更為先進(jìn)的激光熔覆工藝已不采用預(yù)涂的方法，而是采用同時送粉裝置，在激光束掃描基體外表使之熔化的同時，將涂敷材料的粉末噴注在激光熔池內(nèi)，可以一次獲得較厚的涂敷層。在實際應(yīng)用中，涂敷材料多項選擇擇Co-Cr基、Ni-Cr基、Fe-Cr基合金粉末配以一定數(shù)量的陶瓷材料，如WC、TiC、Al2O3、VC、BN、ZrO2、SiC、B4C等，形成致密的超硬金屬陶瓷涂層，厚度可達(dá)零點一到十幾毫米之間。激光熔覆處理的應(yīng)用主要是高耐磨、抗腐蝕、抗氧化性要求更高的零件，如汽輪機葉片、電廠排粉機葉片〔外表熔覆Co-Cr-Mo合金〕、石油鉆頭、穿孔頂頭、高壓閥門密封面、軋輥、閥座、閥桿、泥漿泵和抽油泵內(nèi)壁。另外，激光熔覆技術(shù)對磨損報廢的零件進(jìn)行整體或局部修復(fù)十分有效。激光熔覆技術(shù)是一種開展?jié)摿O大的外表處理技術(shù)。

激光外表處理技術(shù)與淬火、電鍍、噴涂等常規(guī)外表熱處理方法、以及與近代物理方法〔PVD〕、化學(xué)方法〔CVD〕相比，其優(yōu)越性通過下表可以看出。激光束這一領(lǐng)域快速提高了外表溫度〔達(dá)1000K〕，薄層轉(zhuǎn)換成奧氏體。通過冷熱傳導(dǎo)去除能量導(dǎo)致自行誶滅，由此產(chǎn)生快速冷卻外表層和奧氏體轉(zhuǎn)換為馬氏體的轉(zhuǎn)變過程。激光硬化的根本目標(biāo)是提高耐磨性。磨損減少是基于激光硬化后的零件外表硬度高于磨損媒介的硬度。由于摩擦系數(shù)的降低，提高了抗粘磨損，同時可以提高其疲勞強度?！?〕激光束加工的優(yōu)點激光束加工的優(yōu)點的優(yōu)點主要有一下幾點：①不需要工具，適合于自動化連續(xù)操作；②不受切削力影響，容易保證加工精度；③能加工所有材料；④加工速度快，效率高，熱影響區(qū)?。虎菘杉庸ど羁缀驼p，直徑或?qū)挾瓤尚〉綆孜⒚祝疃瓤梢缘竭_(dá)直徑或?qū)挾鹊?0倍以上；⑥可透過玻璃對工件進(jìn)行加工；⑦工件可以不放在真空室中，也不需要用X射線進(jìn)行防護，裝置較為簡單；⑧激光束傳遞方便，容易控制。2.5.3電泳及靜電噴涂〔1〕電泳工件作為一個電極放入導(dǎo)電的水溶性或水乳化的涂料中，與涂料中另一電極構(gòu)成電解電路。在電場作用下，涂料溶液中已離解成帶電的樹脂離子，陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動。這些帶電荷的樹脂離子，連同被吸附的顏料粒子一起電泳到工件外表，形成涂層，這一過程稱為電泳?！?〕靜電噴涂在直流高電壓電場作用，霧化的帶負(fù)電的油漆粒子定向飛往接正電的工件上，從而獲得漆膜的過程，稱為靜噴涂。然而，所有上述種類的劃分不是絕對的。如外表處理技術(shù)還可劃分為狹義外表改性技術(shù)、薄膜技術(shù)、涂鍍層技術(shù)三大技術(shù)：①狹義外表改性技術(shù)外表改性和外表轉(zhuǎn)化兩個方面的技術(shù)都可屬于外表改性技術(shù)。實際上“外表改性〞是一個具有較為廣泛涵義的技術(shù)名詞，它可泛指“經(jīng)過特殊外表處理以得到某種特殊性能的技術(shù)〞。因此，有許多外表涂鍍層技術(shù)或薄膜技術(shù)也可看作外表改性技術(shù)。為了使各類技術(shù)歸類完整，這里所說的外表改性技術(shù)是指“外表覆蓋〞以外的，通過用機械、物理、化學(xué)等方法，改變材料外表的形貌、化學(xué)成分、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)或應(yīng)力狀態(tài)，來獲得某種特殊性能的外表處理技術(shù)。②薄膜技術(shù)：主要包括圖中的溶膠-凝膠法制備薄膜、真空物理沉積和化學(xué)氣相沉積中的技術(shù)。③涂鍍層技術(shù)：主要包括圖中的涂料涂層、電化學(xué)及化學(xué)沉積、熱噴涂中所列出的技術(shù)。外表工程技術(shù)為各個領(lǐng)域、各行各業(yè)高技術(shù)的開展開辟了新天地。它所形成的外表改性層、薄膜和涂鍍層幾乎擴展到所能設(shè)想到的每個方面，同時其根底理論也在不斷豐富和開展。主要領(lǐng)域包括：1〕通過電沉積工藝在金屬〔后開展到在塑料、陶瓷等非金屬材料〕基體外表制造多種金屬或合金涂層；2〕在鋼鐵或其他基材外表涂刷涂料來獲得漆膜，僅涂料一項，全球主要工業(yè)國家統(tǒng)計1997年產(chǎn)量已達(dá)140億升；3〕通過涂刷油、蠟、脂在材料外表得到各類防銹潤滑作用的涂膜；4〕通過化學(xué)氣相沉積〔CVD〕、物理氣相沉積〔PVD〕、磁控〔電控〕濺射等獲得多種性能或用途的薄膜。據(jù)BBCInc統(tǒng)計全球1995年CVD、PVD和離子注入業(yè)的設(shè)備材料銷售值近90億美元，到2000年達(dá)150億美元，年增長率7.4%，大于工業(yè)平均增長率。涂層材料品種的開展也很快，已有單一金屬、多種合金、高分子聚合物、工程塑料、合成橡膠、陶瓷、金屬陶瓷、無機硅酸鹽及具有特殊光、磁、電性能等等材料。同時制造涂層和薄膜的工藝技術(shù)和工藝方法亦愈來愈多，有電沉積、化學(xué)沉積、真空沉積、浸鍍、刷鍍、靜電噴涂、電泳、電弧噴涂、等離子噴涂、爆炸噴涂、超音速噴涂、熱熔敷、激光熔覆等。各類制造涂層與薄膜的工藝技術(shù)促進(jìn)了相應(yīng)工程裝備的開展，工程技術(shù)界不斷推陳出新，各類加工制造用設(shè)備愈來愈先進(jìn)。值得一提的是，由于外表涂層、外表薄膜、外表改性在材料科學(xué)上的巨大開展?jié)摿?，已涌現(xiàn)出將多種外表工程技術(shù)復(fù)合而形成的復(fù)合外表處理技術(shù)。目前已開發(fā)的一些復(fù)合外表處理如等離子噴涂與激光輻照復(fù)合、熱噴涂與噴丸復(fù)合、化學(xué)熱處理與電鍍復(fù)合、激光淬火與化學(xué)熱處理復(fù)合、化學(xué)熱處理與氣相沉積復(fù)合等，已經(jīng)取得良好效果，有的還收到了意想不到的效果。

第三章外表改性技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用汽車零件的外表處理技術(shù)，是通過外表涂覆、外表改性或復(fù)合處理技術(shù)，改變零件外表的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)，以獲得所需外表性能的系統(tǒng)工程。從外表處理的方式上，又可分為：化學(xué)方法、物理方法物理化學(xué)方法和機械方法。雖然旨在提高模具外表性能新的處理技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但在汽車零件制造中應(yīng)用較多的主要的滲氮、滲碳和氣相沉積。3.1汽車零件的真空熱處理技術(shù)真空熱處理技術(shù)是近些年開展起來的一種新型的熱處理技術(shù)，它所具備的特點，正是模具制造中所迫切需要的，比方防止加氧化和不脫碳、真空脫氣或除氣，消除氫脆，從而提高材料〔零件〕的塑性、韌性和疲勞強度。真空加熱緩慢、零件內(nèi)外溫差較小等因素，決定了真空熱處理工藝造成的零件變形小等。按采用的冷卻介質(zhì)不同，真空淬火可分為真空油冷淬火、真空氣冷淬火、真空水冷淬火和真空硝鹽等溫淬火。汽車零件真空熱處理中主要應(yīng)用的是真空油冷淬火、真空氣冷淬火和真空回火。為保持工件〔如汽車零件〕真空加熱的優(yōu)良特性，冷卻劑和冷卻工藝的選擇及制定非常重要，零件淬火過程主要采用油冷和氣冷。對于熱處理后不再進(jìn)行機械加工的零件工作面，淬火后盡可能采用真空回火，特別是真空淬火的工件〔汽車零件〕，它可以提高與外表質(zhì)量相關(guān)的機械性能。如疲勞性能、外表光亮度、腐蝕性等。熱處理過程的計算機模擬技術(shù)〔包括組織模擬和性能預(yù)測技術(shù)〕的成功開發(fā)和應(yīng)用，使得零件的智能化熱處理成為可能。由于零件生產(chǎn)的小批量〔甚至是單件〕、多品種的特性，以及對熱處理性能要求高和不允許出現(xiàn)廢品的特點，又使得零件的智能化處理成為必須。零件的智能化熱處理包括：明確零件的結(jié)構(gòu)、用材、熱處理性能要求：零件加熱過程溫度場、應(yīng)力場分布的計算機模擬；零件冷卻過程溫度場、相變過程和應(yīng)力場分布的計算機模擬；加熱和冷卻工藝過程的仿真；淬火工藝的制定；熱處理設(shè)備的自動化控制技術(shù)。國外工業(yè)興旺國家，如美國、日本等，在真空高壓氣淬方面，已經(jīng)開展了這方面的技術(shù)研發(fā)。3.2應(yīng)用在汽車領(lǐng)域的離子氮化技術(shù)滲氮工藝有氣體滲氮、離子滲氮、液體滲氮等方式。每一種滲氮方式中，都有假設(shè)干種滲氮技術(shù)，可以適應(yīng)不同鋼種不同工件的要求。由于滲氮技術(shù)可形成優(yōu)良性能的外表，并且滲氮工藝與模具鋼的淬火工藝有良好的協(xié)調(diào)，同時滲氮溫度低滲氮后不需劇烈冷卻，零件的變形極小，因此零件的外表強化是采用滲氮技術(shù)較早，也是應(yīng)用最廣泛的。零件滲碳的目的，主要是為了提高零件的整體強韌性，即零件的工作外表具有高的強度和耐磨性。由此引入的技術(shù)思路是，用較低級的材料，即通過滲碳淬火來代替較高級別的材料，從而降低制造本錢。離子滲氮作為強化金屬外表的一種化學(xué)方法，廣泛適用于鑄鐵、碳鋼、合金鋼、不銹鋼及鈦合金等，如圖3-1所示為離子滲氮處理后的活塞環(huán)。零件經(jīng)離子滲氮處理后，可顯著提高材料外表的硬度，使其具有高的耐磨性、疲勞強度，抗蝕能力及抗燒傷性等。圖3-1離子滲氮處理后的活塞環(huán)離子氮化作為七十年代興起的一種新型滲氮方法，與氣體滲氮相比具有滲氮速度快、滲氮層組織易于控制、脆性小、無環(huán)境污染、節(jié)約電能，氣源、變形小等優(yōu)點。脈沖電源用于離子滲氮，那么是近十年來離子滲氮技術(shù)的開展，它能進(jìn)一步節(jié)約能源、提高工作效率〔縮短打弧時間〕、工藝參數(shù)獨立可調(diào)便于操作、滲件外表質(zhì)量好、更利于深孔，狹縫滲氮。3.2.1離子氮化及優(yōu)點離子氮化是由德國人B.Berghaus于1932年創(chuàng)造的。該法是在0.1～10Torr〔Torr=133.3Pa〕的含氮氣氛中，以爐體為陽極，被處理工件為陰極，在陰陽極間加上數(shù)百伏的直流電壓，由于輝光放電現(xiàn)象便會產(chǎn)生象霓紅燈一樣的柔光覆蓋在被處理工件的外表。此時，已離子化了的氣體成分被電場加速，撞擊被處理工件外表而使其加熱。同時依靠濺射及離子化作用等進(jìn)行氮化處理。離子氮化法與以往的靠分解氨氣或使用氰化物來進(jìn)行氮化的方法截然不同，作為一種全新的氮化方法，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于汽車、機械、精密儀器、擠壓成型機、模具等許多領(lǐng)域，而且其應(yīng)用范圍仍在日益擴大。離子氮化法具有以下一些優(yōu)點：〔1〕由于離子氮化法不是依靠化學(xué)反響作用，而是利用離子化了的含氮氣體進(jìn)行氮化處理，所以工作環(huán)境十分清潔而無需防止公害的特別設(shè)備。因而，離子氮化法也被稱作二十一世紀(jì)的“綠色〞氮化法?！?〕由于離子氮化法利用了離子化了的氣體的濺射作用，因而與以往的氮化處理相比，可顯著的縮短處理時間〔離子滲氮的時間僅為普通氣體滲氮時間的1/3～1/5〕?！?〕于離子氮化法利用輝光放電直接對工件進(jìn)行加熱，也無需特別的加熱和保溫設(shè)備，且可以獲得均勻的溫度分布，與間接加熱方式相比加熱效率可提高2倍以上，到達(dá)節(jié)能效果〔能源消耗僅為氣體滲氮的40～70％〕?！?〕由于離子氮化是在真空中進(jìn)行，因而可獲得無氧化的加工外表，也不會損害被處理工件的外表光潔度。而且由于是在低溫下進(jìn)行處理，被處理工件的變形量極小，處理后無需再行加工，極適合于成品的處理。〔5〕通過調(diào)節(jié)氮、氫及其他〔如碳、氧、硫等〕氣氛的比例，可自由地調(diào)節(jié)化合物層的相組成，從而獲得預(yù)期的機械性能。〔6〕離子氮化從380℃起即可進(jìn)行氮化處理，此外，對鈦等特殊材料也可在850℃的高溫下進(jìn)行氮化處理，因而適應(yīng)范圍十分廣泛?！?〕由于離子氮化是在低氣壓下以離子注入的方式進(jìn)行，因而耗氣量極少。3.2.2零件離子氮化處理后的常見缺陷〔1〕硬度偏低生產(chǎn)實踐中，工件氮化后其外表硬度有時達(dá)不到工藝規(guī)定的要求，輕者可以返工，重者那么造成報廢。造成硬度偏低的原因是多方面的：有設(shè)備方面的原因，如系統(tǒng)漏氣造成氧化；有選材方面的原因，如材料選擇不恰當(dāng)；有前期熱處理方面的原因，如根本硬度太低，外表脫碳等；有工藝方面的原因，如氮化溫度過高或過低，時間短或氮勢缺乏而造成滲層太薄等等。只有根據(jù)具體情況，找準(zhǔn)原因，問題才會得以解決?！?〕硬度和滲層不均勻裝爐方式不當(dāng)，氣壓調(diào)節(jié)不當(dāng)〔如供氣量過大〕，溫度不均，小孔、窄縫未屏蔽造成局面過熱等均會造成硬度和滲層不均勻?！?〕變形差變形是難以杜絕的，對易變形件，采取以下措施，有利于減小變形。氮化前應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化處理(處理次數(shù)可以是幾次)直至將氮化前的變形量控制在很小的范圍內(nèi)(一般不應(yīng)超過氮化后允許變形量的50％)；氮化過程中的升、降溫速度應(yīng)緩慢；保溫階段盡量使工件各處的溫度均勻一致。對變形要求嚴(yán)格的工件，如果工藝許可，盡可能采用較低的氮化溫度。〔4〕外觀質(zhì)量差氮化件出爐后首先用肉眼檢查外觀質(zhì)量，鋼鐵零件經(jīng)氮化處理后外表通常呈銀灰色或暗灰色〔不同材質(zhì)的工件，離子氮化后其外表顏色略有區(qū)別〕，鈦及鈦合金件外表應(yīng)呈金黃色。離子滲氮后工件外表不應(yīng)有明顯的電弧燒傷和剝落等缺陷，這些要求在正常情況下是完全可以到達(dá)的。不正常的氮化顏色有以下一些情況：①外表電弧燒傷：主要是由于工件外表、工件上的小孔中或焊接件的空腔內(nèi)及組合件的接合面上存在含油雜質(zhì)，引起強烈弧光放電所致。②外表剝落起皮：產(chǎn)生起皮的機理還不十分清楚，但在生產(chǎn)實踐中，工件外表清理不凈、脫碳或氣份中含氧量過多、氮化溫度過高等有時會產(chǎn)生起皮。③外表發(fā)藍(lán)或呈紫藍(lán)色這是氧化造成的，如果氧化是在氮化結(jié)束后停爐過程中產(chǎn)生的，那么僅影響外觀質(zhì)量，對滲層硬度、深度無影響。如果氧化是在氮化過程中產(chǎn)生的，那么將不僅影響到產(chǎn)品外觀，而且將直接影響到滲層硬度和深度。外表發(fā)藍(lán)的原因可能有：爐子系統(tǒng)漏氣，氣氛中含水及含氧量過多；工件各處的溫度不均勻，溫度過低的部位由于滲氮較弱而呈綠色；冷卻時工件各部位冷速不一致，冷得慢的部位可能呈藍(lán)色。④外表發(fā)黑這對將氮化作為最后一道工序的零件將影響外觀，但一般不影響滲層硬度和深度。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是：爐子系統(tǒng)漏氣，氣氛中含水量及含氧量過高；溫度過高；工件上的油污及氧化皮未去凈等。3.2.3離子氮化后零件的腫脹現(xiàn)象及防治對策3.2.3.1腫脹的本質(zhì)離子氮化后零件的腫脹實際上是零件尺寸變化的一種表現(xiàn)形式。尺寸變化是由于氮化時工件外表吸收了大量的氮原子，生成各種氮化物或工件表層原始組織的晶格常數(shù)增大所致，宏觀上那么表現(xiàn)為表層體積的略微增加。氮化后零件的腫脹是一種普遍現(xiàn)象。各種氮化方法〔氣體氮化、液體氮化和離子氮化〕處理后的零件或多或少總會存在一定的腫脹。但應(yīng)該說明的是：離子氮化后零件的腫脹量較其它氮化方法要小。這是因為：離子氮化中的“陰極濺射〞有使尺寸縮小的作用，因而抵消了一局部氮化腫脹量。3.2.3.2影響腫脹的因素氮化后尺寸的脹大量取決于零件表層的吸氮量。因而，影響吸氮量的因素均是影響腫脹的因素。影響腫脹的因素主要有：材料中合金元素的含量、氮化溫度、氮化時間、氮化氣氛中的氮勢等。材料中合金元素含量越高，零件氮化后的腫脹越大。氮化溫度愈高、氮化時間愈長，零件氮化后的腫脹愈大。氮化氣氛的氮勢越高，零件氮化后的腫脹愈大。3.2.3.3腫脹的防治方法前以述及，腫脹是氮化過程中一種必然的現(xiàn)象，因此要徹底杜絕腫脹是不現(xiàn)實的。我們此處所說的“防治〞主要有兩種含義：一是盡可能減小腫脹量；二是在腫脹不可防止的情況下，掌握腫脹規(guī)律，省去氮化后的再次加工?！?〕減小腫脹的方法①根據(jù)工件的服役條件，正確選用材料。防止因追求工件性能而盲目使用“好〞材料〔高合金鋼〕的現(xiàn)象。②根據(jù)工件的服役條件，提出合理的氮化要求，防止片面追求氮化層深度和硬度的現(xiàn)象。③正確做好氮化前的預(yù)先熱處理工作和“穩(wěn)定化〞處理，預(yù)先熱處理工藝參數(shù)的制定必須正確，操作必須合理。對形狀復(fù)雜的零件，在最終精加工前必須進(jìn)行一次或幾次“穩(wěn)定化〞處理。④在工藝允許的前提下，適當(dāng)降低氮化溫度，縮短氮化時間。⑤在保證氮化層性能的前提下，調(diào)整氮化氣氛。⑥合理裝爐，確保同爐工件溫度的均勻性?！?〕腫脹規(guī)律，省去氮化后的再次加工一般說來，在選材、工藝制定正確的前提下，如能合理裝爐，正確操作，那么工件的腫脹是有一定規(guī)律的。掌握了腫脹的規(guī)律后，即可在氮化處理前的最后一道加工工序中根據(jù)腫脹量使工件尺寸處于負(fù)偏差，工件經(jīng)氮化處理后尺寸可正好處于要求的尺寸公差范圍內(nèi)，因而可省去氮化后的再次加工。3.2.4離子氮化脈沖電源的優(yōu)點脈沖電源離子氮化技術(shù)的特點與直流離子氮化相比，脈沖電源使離子氮化工藝得到了進(jìn)一步的開展，并在直流離子氮化技術(shù)根底上拓寬了應(yīng)用范圍。脈沖電源離子氮化技術(shù)具有如下一些特點：〔1〕工藝參數(shù)獨立可調(diào)，脈沖電源的優(yōu)點之一是工藝參數(shù)與物理參數(shù)獨立可調(diào)。這是因為在直流電源條件下，既要滿足零件外表的電流密度要求，又要滿足零件保溫電流密度的要求，兩者相互影響。而在脈沖電源條件下，電流密度由峰值電流滿足，保溫電流由平均電流滿足，可由兩個獨立參數(shù)分別調(diào)節(jié)。因此，工藝參數(shù)可在較大范圍內(nèi)變動?！?〕打弧速度快，脈沖電源的輸出特性，自身就有抑制電弧迅速開展的特點，由于IGBT開關(guān)響應(yīng)速度極快，這更利于我們一旦發(fā)現(xiàn)弧光放電就立即關(guān)斷電源，然后重新點燃電源，這些工作均在幾十微秒內(nèi)完成?！?〕無需堵孔，由于脈沖電源對弧光放電的抑制作用，因此對于很多零件無需堵孔，這樣給生產(chǎn)操作帶來很大的方便。例如處理曲軸時就不需堵孔，而當(dāng)曲軸上存在有一些為提高零件性能的工藝孔時，這種優(yōu)點就顯得更為突出。〔4〕處理質(zhì)量好、變形小，利于提高層深，由于脈沖電源對弧光發(fā)電的抑制作用，弧光在零件外表作用的時間極短，可獲得高質(zhì)量的外表，絕無灼傷。并且提高了工件溫度的均勻性，零件變形小。由于其改善了工藝條件，在相同的時間內(nèi)或者不利于氮化的條件下，能提高層深?！?〕能提高設(shè)備的利用率，在直流電源的條件下，由于工藝參數(shù)和物理參數(shù)的相互影響，在保溫時電壓的調(diào)節(jié)范圍通常在650V左右，而采用脈沖電源，電壓調(diào)節(jié)范圍將提高，例如在處理狹縫時可將電壓提高到900V，增加了電源的有效輸出?！?〕有利于深孔、窄縫、微孔的滲氮，由于脈沖電源對空心陰極效應(yīng)的抑制作用，可在深孔、窄縫、微孔內(nèi)實現(xiàn)氮化。例如可在型腔≥0.6mm的鋁型材擠壓模和Ф4×80〔Ф32×1030〕的深孔內(nèi)實現(xiàn)氮化?！?〕節(jié)能，由于脈沖電源可有效地抑制空心陰極效應(yīng)的產(chǎn)生，防止小孔、窄縫處打死弧，取消了堵孔等工序，省去了不必要的輔助工時，縮短了工藝周期，節(jié)省了大量的人力物力，提高了設(shè)備的綜合使用效率。此外脈沖電源中限流電阻的減小，也可節(jié)省局部能量，因此脈沖電源較直流電源更加節(jié)能。3.2.5離子氮化前預(yù)先熱處理工藝的制訂原那么為了保證氮化件心部具有必要的力學(xué)性能〔也稱機械性能〕，消除加工過程中的內(nèi)應(yīng)力，減少氮化變形，為獲得良好的氮化層組織性能提供必要的原始組織，并為機械加工提供條件，零件氮化前必須進(jìn)行不同的預(yù)先熱處理?！?〕氮化工藝參數(shù)對預(yù)先熱處理工藝的要求預(yù)先熱處理中最后一道工序的加熱溫度至少要比氮化溫度高20～40℃。否那么，零件在氮化過程中其心部組織及力學(xué)性能將發(fā)生變化，零件的變形無規(guī)律，變形量將無法控制?！?〕常用的預(yù)先熱處理工藝常用的預(yù)先熱處理工藝有調(diào)質(zhì)、淬火+回火、正火及退火。調(diào)質(zhì)是結(jié)構(gòu)鋼常用的預(yù)先熱處理工藝，調(diào)質(zhì)的回火溫度至少要比氮化溫度高20～40℃?；鼗饻囟仍礁撸ぜ捕仍降?，基體組織中碳化物彌散度愈小，氮化時氮原子易滲入，氮化層厚度也愈厚，但滲層硬度也愈低。因此，回火溫度應(yīng)根據(jù)對基體性能和滲層性能的要求綜合確定。調(diào)質(zhì)后理想的組織是細(xì)小均勻分布的索氏體組織，不允許存在粗大的索氏體組織，也不允許有較多的游離鐵素體存在。調(diào)質(zhì)引起的脫碳對滲層脆性和硬度影響很大，所以調(diào)質(zhì)前的工件應(yīng)留有足夠的加工余量，以保證機械加工時能將脫碳層全部切除。對氮化后要求變形很小的工件，在精加工前〔如精磨〕還應(yīng)進(jìn)行一次或?qū)掖畏€(wěn)定化處理，處理溫度應(yīng)低于調(diào)質(zhì)溫度而高于氮化溫度。調(diào)質(zhì)后，假設(shè)工件的硬度或金相組織不合格，允許返工；零件氮化前的預(yù)先熱處理一般采用淬火和回火處理；不銹鋼氮化前的預(yù)先熱處理一般采用淬火和回火，目的是為了消除加工應(yīng)力和改善組織。對硬度要求不高的工件可采用退火處理。①奧氏體不銹鋼通常采用固溶處理正火預(yù)先熱處理只適用于對心部強度和韌性要求不高的氮化件，正火時冷卻速度不宜過慢。尺寸較大的零件不宜采用正火處理，因正火時過慢的冷卻速度會產(chǎn)生粗大組織，氮化后外表硬度低且不均勻。正火后不合格的工件允許返工。②球鐵的預(yù)先熱處理多采用正火處理退火處理在鈦合金中運用較多，結(jié)構(gòu)鋼中極少采用退火處理。38CrMoAl鋼不允許采用退火處理，否那么滲層組織中易出現(xiàn)針狀氮化物。③對于經(jīng)過變形〔如沖壓、鍛造、機加工等〕的零件，應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，以減少氮化變形。還需說明的是，細(xì)小的原始組織比粗大的原始組織氮化后有更高的外表硬度及良好的硬度梯度，因此，正火時冷卻速度不易過慢，調(diào)質(zhì)時回火溫度不應(yīng)過高，保溫時間不應(yīng)太長。截面尺寸大的零件不易用正火態(tài)，而應(yīng)調(diào)質(zhì)處理。3.3汽車典型零件的外表改性技術(shù)理論上，需要提高材料外表硬度、耐磨性、疲勞強度、抗蝕、抗咬合和粘結(jié)能力，且氮化后其綜合性能能滿足零件的服役要求，具有較好的綜合經(jīng)濟指標(biāo)的一切零件均可采用離子氮化處理，汽車工業(yè)也不例外。目前，汽車工業(yè)已有不少零件已采用離子滲氮方法處理，如圖3-2所示的齒輪。其典型零件有：曲軸，凸輪軸，氣門，缸套，活塞環(huán)等。圖3-2采用離子滲氮方法處理后的齒輪只要離子滲氮專業(yè)研究所與汽車生產(chǎn)及配套廠家緊密合作，汽車工業(yè)將有更多的零件采用離子氮化工藝進(jìn)行處理。離子滲氮工藝處理齒輪，溫度較低。經(jīng)離子滲氮處理后，具有變形小、噪聲小、耐磨損、耐疲勞、抗腐蝕等優(yōu)點。對于7級、8級乃至于6級精度的齒輪經(jīng)氮化處理后，不作任何加工。對于中、輕負(fù)荷和中、小模數(shù)齒輪，效果好。所以在許多機床廠、減速機廠得到了廣泛應(yīng)用。對于重負(fù)荷、大模數(shù)齒輪使用效果尚不太理想。我們認(rèn)為這主要由于以下兩個原因：過去用大模數(shù)齒輪進(jìn)行氮化時，齒輪心部強度太低，影響了氮化效果。因為一般離子氮化，心部強度高的材料，離子氮化后的硬度也高。離子氮化層深較淺，氮化層盡管外表硬度較高，但是硬度梯度較大，隨距離外表的深度變化硬度急劇下降。要使離子氮化技術(shù)應(yīng)用于汽車工業(yè)，我們認(rèn)為，可從以下幾個方面著手：

〔1〕實現(xiàn)快速深層離子氮化，并在一定深度內(nèi)獲得濃度較高、組織均勻的滲氮組織，降低硬度梯度。

〔2〕研制快速深層離子氮化鋼。

〔3〕采用高溫離子碳氮共滲。目前國內(nèi)外已在上述幾個方面進(jìn)行了大量研究，并取得了一定的成績。在西歐局部國家已研制出深層離子氮化鋼應(yīng)用于生產(chǎn)。采用離子高溫碳氮共滲工藝已有小批量汽車齒輪投入運用，如CA-10汽車變速箱齒輪，在采用高溫離子碳氮共滲后，然后淬油，硬度高，硬化層深，疲勞強度好。小批量投產(chǎn)的齒輪，一直在應(yīng)用考核，尚沒有發(fā)現(xiàn)問題，效果理想。將離子氮化技術(shù)用于汽車齒輪，需要全社會的協(xié)同作戰(zhàn)。過去，由于應(yīng)用不夠理想，其研制工作幾乎陷于停頓狀態(tài)。隨著離子氮化設(shè)備和工藝研究的進(jìn)展，隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，我們對不久的將來在大模數(shù)齒輪采用離子氮化工藝充滿著信心。

第四章最新外表技術(shù)的應(yīng)用在21世紀(jì)，外表技術(shù)無處不在，任何行業(yè)、任何領(lǐng)域都涉及到外表技術(shù)，下面把它分為三大類：制造行業(yè)、加工行業(yè)和其它行業(yè)來進(jìn)行研究。4.1制造行業(yè)4.1.1機械行業(yè)超差工件尺寸恢復(fù)；機床導(dǎo)軌修復(fù)；各種軸、凸輪、水壓機、油壓機柱塞、氣缸壁、軸頸、軋輥、齒輪、皮帶輪、彈簧成形用的心軸、塞規(guī)、環(huán)規(guī)、各類輥、桿、柱、鎖、軸承、減速箱等修復(fù)；各種外表碰傷、磕傷、砸傷、拉傷、溝槽精密修復(fù)；各種零件工作面耐磨、耐蝕強化層制備等等。液壓缸、液壓桿等密封件拉傷、劃傷或硌傷，造成漏油、漏氣，裝載機前橋軸頭磨損漏油的不解體修復(fù)；挖掘機液壓桿鉻層劃傷后修復(fù)；推土機液壓油缸拉劃的修復(fù)；振動壓路機彎頭馬達(dá)軸頭磨損的現(xiàn)場不解體修復(fù)；液壓缸內(nèi)壁拉劃傷的修復(fù)；球面液壓缸端蓋內(nèi)壁拉劃傷、磨損的修復(fù);挖掘機力臂拉傷修復(fù)；挖掘機曲軸磨損修復(fù)；起重機力臂硌傷修復(fù)；挖掘機臂液壓桿鉻層劃傷修復(fù)；液壓油缸活塞桿傷痕的修復(fù)；發(fā)動機缸體主軸頸、瓦座磨損的修復(fù);空壓機曲軸、渦輪、蝸桿磨損修復(fù)。對于不同的損傷形式，我們可以用不同的方法來進(jìn)行修復(fù)，如圖4-1所示為損傷的車身，車身輕微的擦傷，可以用烤漆的形式來進(jìn)行修復(fù)。嚴(yán)重的要先進(jìn)行鈑金修復(fù)，在去烤漆等等。其他的氣缸壁、軸頸、軋輥、齒輪、皮帶輪、彈簧成形用的心軸、塞規(guī)、環(huán)規(guī)、各類輥、桿、柱、鎖、軸承、減速箱等，這些零件的修復(fù)，可以用CVD等技術(shù)來進(jìn)行修復(fù)，本錢也不是很高，而且效果很好。圖4-1損傷的車身4.1.2鑄造工業(yè)鑄鐵、鑄鋼、銅、鋁鑄件砂眼氣孔、砂眼、裂紋等鑄造缺陷的修補；鋁模型磨損修復(fù)等。各種模具腔超差、磨損、劃傷、坑點等修復(fù)與強化；模具棱角崩損修復(fù)；冷作模具、熱鑄模具、熱鍛模具的修復(fù)和強化；鋁合金壓鑄模的修復(fù)強化等。像以上的這些損傷形式，可以用熱噴涂的方法來進(jìn)行修復(fù)。要是有裂紋，裂紋過大，可以用焊修的方法。如圖4-2為砂眼的修復(fù)。圖4-2砂眼的修復(fù)4.2加工行業(yè)石油化工行業(yè)電機轉(zhuǎn)子、傳動軸、反響器攪拌軸及漿磨損修復(fù)，耐磨耐蝕層制備；泵柱塞、泵葉輪、泵殼體、密封環(huán)、軸套、閥們密封面、閥桿、閥芯、風(fēng)機葉片、壓縮機十字頭、耐酸泵柱塞葉輪、套筒及環(huán)狀零件等修復(fù)；電鍍廠導(dǎo)電輥、金屬氧化處理銅鋁電極的制作焊接等。減速箱軸承配合面磨損修復(fù)；排粉機、送風(fēng)機零件、翻斗車零件、分粒過濾網(wǎng)、各種沖磨及沖頭、煤炭運輸絲桿、傳送零件、蒸汽閥、重載荷軸承以及軋輥的外表強化；管材生產(chǎn)線V形軋輥的外表強化；軋輥的外表毛化處理、軋輥表壓擠傷溝〔坑〕的修復(fù)；型材擠出機缸體修復(fù)；軋輥頸軸磨損的修復(fù)；連鑄輥、支撐輥、工作輥、傳送輥、輔助輥、導(dǎo)向輥、夾送輥、軋機臺輥、篩板、鏟斗抗磨強化；鉬頂頭的外表強化；鏟斗挖掘機、螺旋輸送機、離心送料機、破碎機、燃燒機、加熱機、退火罐、除塵風(fēng)道、排氣管道、輸送管道、輸送彎管、煉鋼料槽、冶金爐風(fēng)嘴、鑄磨等修復(fù)及強化。像一些零件的磨損，如減速箱軸承配合面磨損修復(fù)，首先用物理的方法，用刮刀把其配合面刮平；然后再用離子噴涂等技術(shù)來進(jìn)行修復(fù)。不同的損傷形式用不同的修復(fù)方式來進(jìn)行修復(fù)。4.3其他行業(yè)4.3.1航空、航天行業(yè)在航空、航天行業(yè)中，飛機發(fā)動機零部件、渦輪、渦輪軸修復(fù)；飛機外板部件修復(fù)；飛機起落架液壓桿拉傷修復(fù)；火箭噴嘴外表強化；人造衛(wèi)星外殼強化或修復(fù)；鈦合金件的局部滲碳強化；鐵基高溫合金件的局部滲碳強化；鎂合金的外表滲A1等防腐蝕涂層；鎂合金件局部缺陷堆焊修補；鎳基/鈷基高溫合金葉片工件局部堆焊修復(fù)部堆焊修復(fù)，如：葉片葉冠阻尼面與葉尖的磨損和導(dǎo)葉的燒蝕等。裝甲車、坦克等重載車輛的轉(zhuǎn)動、傳動部件的磨損修復(fù)及強化；潛艇發(fā)動機等防腐蝕處理及鋁合金氣缸修復(fù)；導(dǎo)彈發(fā)射架軌道修復(fù)及強化等。4.3.2電力行業(yè)鍋爐“四管〞防腐耐磨；汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子軸徑拉傷修復(fù)；汽缸結(jié)合面密封；主汽門、調(diào)門、中聯(lián)門、以及電站大型中高壓閥門、閥芯、補焊研磨；鍋爐引、排風(fēng)機葉輪防腐耐磨，汽輪機末機葉片修復(fù)及外表強化；磨煤機的筒體和軸瓦、磨輥、磨盤、輸煤管、溜槽、料斗、彎頭、煤灰管道彎管接頭、煤灰別離器、燃燒器噴嘴抗磨堆焊修復(fù)及強化；風(fēng)機〔送風(fēng)機、引風(fēng)機、排風(fēng)機〕葉輪，大軸及氣輪機葉片，疏水管彎頭，受熱面管道〔爐膛水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等〕抗磨耐蝕處理；給水泵、泥漿泵轉(zhuǎn)子磨損修復(fù)；勵磁機整流子修復(fù)及強化；滑環(huán)修復(fù)及強化；水輪機軸頸磨損修復(fù)；水輪機導(dǎo)水葉修復(fù)及強化；液壓缸、液壓桿拉傷修復(fù)；變速箱軸承位磨損修復(fù)；電機轉(zhuǎn)子軸承位磨損修復(fù)等等。4.3.3汽車與機車的制造與維修行業(yè)在汽車的維修領(lǐng)域中，凸輪、曲軸、活塞、汽缸、離合器、摩擦片、排氣閥等補差和修復(fù)；汽車車體的外表焊道缺陷補平修正；機車大曲軸、軸套、軸瓦等修復(fù)；變速箱修復(fù)。電機軸、建筑機械零部件、水泥攪拌槳、磚成型機的橋與心軸強化與修復(fù)。如圖4-3所示，在汽車的維修效勞行業(yè)中，很多地方都要用到外表技術(shù)，當(dāng)汽車車身被摩擦擦傷時，可以用噴涂、烤漆的方法來進(jìn)行修復(fù)，氣缸拉缸了，也可以用離子熱噴涂等的技術(shù)來進(jìn)行修復(fù)。氣缸蓋變形了，它的配合平面也要用到外表技術(shù)，首先用刮刀把平面刮平，再用細(xì)砂紙打磨等等。圖4-3外表技術(shù)在汽車維修行業(yè)的應(yīng)用

第五章外表改性技術(shù)在汽車工業(yè)中應(yīng)用的開展趨勢中國在外表技術(shù)這一方面的研究還是在世界比擬前沿的，國外有很多的外表技術(shù)，國內(nèi)的外表技術(shù)有過之而無不及。現(xiàn)在外表技術(shù)在很多行業(yè)中都有應(yīng)用了，在汽車行業(yè)中也有很多應(yīng)用，不過還有很多很好的外表技術(shù)都沒有或者很少應(yīng)用到汽車行業(yè)中來。外表技術(shù)在各行各業(yè)中都有應(yīng)用，在汽車工業(yè)中也不例外。但是還有很多好的外表技術(shù)的方法沒有應(yīng)用到汽車工業(yè)中，如DLC技術(shù)、陽極氧化技術(shù)、激光處理技術(shù)等等。這些技術(shù)要是能應(yīng)用到汽車工業(yè)中，將會大大提升汽車零件的使用壽命以至于延長汽車的使用壽命。5.1DLC在汽車中的應(yīng)用類金剛石(DLC)膜可以使用多種方法在不同的基體材料上沉積，不但具有諸多與金剛石薄膜相似的性能，包括硬度高、摩擦系數(shù)低、電阻率高、電絕緣強度和熱導(dǎo)率高、光學(xué)性能好(特別是紅外和可見光波范圍的透過率和光學(xué)折射率)，而且還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗腐蝕能力，與金剛石比，其組成(sp3和sp2含量之比)可變,從而其性質(zhì)在一定的范圍內(nèi)可調(diào),能夠用于較多場合。更重要的是,DLC膜可在低溫或接近室溫的條件下制備，也就是可在較低本錢下得到，從而為它的實際應(yīng)用建立了一個良好的前提，這就決定了它是一種開展前途廣泛的新型功能材料,在機械、電腦硬盤和光盤保護、光學(xué)、電子、聲學(xué)、航空航天、醫(yī)學(xué)及防腐領(lǐng)域等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。5.1.1DLC膜的本身特性和優(yōu)異性能〔1〕力學(xué)性能①硬度及彈性模量。不同的沉積方法制備的DLC膜硬度及彈性模量差異很大，用磁過濾陰極電弧法可以制備出硬度到達(dá)甚至超過金剛石的DLC膜，用陰極電弧法制備的DLC膜最高硬度可達(dá)50GPa以上，而用離子源結(jié)合非平衡磁控濺射法制備的DLC膜硬度達(dá)21GPa。膜層內(nèi)的成分對膜層的硬度有一定的影響，Si、N的摻入可以提高DLC膜的硬度。DLC膜具有較高的彈性模量，雖低于金剛石〔1100GPa〕，但明顯高于一般金屬和陶瓷的彈性模量。②內(nèi)應(yīng)力和結(jié)合強度。薄膜的內(nèi)應(yīng)力和結(jié)合強度是決定薄膜的穩(wěn)定性和使用壽命，影響薄膜性能的兩個重要因素，內(nèi)應(yīng)力高和結(jié)合強度低的DLC膜容易在應(yīng)用中產(chǎn)生裂紋、褶皺，甚至脫落，所以制備的DLC膜最好具有適中的壓應(yīng)力和較高的結(jié)合強度。大局部研究說明，直接在基體上沉積的DLC膜的膜/基結(jié)合強度一般比擬低，廣州有色金屬研究院通過采用Ti/TiN/TiCN/TiC中間梯度過渡層的方法提高DLC膜與基體的結(jié)合強度，在模具鋼上沉積DLC膜的結(jié)合強度達(dá)44N-74N，制備的膜導(dǎo)總體厚度可達(dá)5μm。〔2〕摩擦性能DLC膜不僅具有優(yōu)異的耐磨性，而且具有很低的摩擦系數(shù)，一般低于0.2，是一種優(yōu)異的外表抗磨損改性膜。DLC的摩擦系數(shù)隨制備工藝的不同和膜中成分的變化而變化，其摩擦系數(shù)最低可達(dá)0.005。摻雜金屬元素可能降低其摩擦系數(shù)，但參加H能提高潤滑作用，環(huán)境也對摩擦系數(shù)有一定的影響。但總的來說，DLC膜與傳統(tǒng)的硬質(zhì)薄膜〔如上述的TiN、TiC、TiAlN等〕相比，在摩擦系數(shù)方面具有明顯優(yōu)勢，這些傳統(tǒng)硬質(zhì)薄膜的摩擦系數(shù)都在0.4以上。國此，DLC膜有可能在許多摩擦學(xué)領(lǐng)域替代這些傳統(tǒng)硬膜。廣州有色金屬研究院制備的摻金屬DLC膜具有良好的抗摩擦磨損性能及低達(dá)0.13-0.15的摩擦系數(shù)?！?〕熱穩(wěn)定性由于DLC屬亞穩(wěn)態(tài)的材料，熱穩(wěn)定性差是限制DLC膜應(yīng)用的一個重要因素，在300℃以上退火時即出現(xiàn)了SP3鍵向SP2鍵轉(zhuǎn)變，為此，人們進(jìn)行了大量的工作試圖提高其熱穩(wěn)定性。有研究發(fā)現(xiàn)：Si的參加可以明顯改善DLC膜的熱穩(wěn)定性，含20%Si的DLC膜在740℃退火時才出現(xiàn)SP3鍵向SP2鍵轉(zhuǎn)變。同樣，金屬〔如Ti、W、Cr〕的摻入也可提高DLC膜的熱穩(wěn)定性，我們正在對這方面進(jìn)行研究?！?〕耐腐蝕性純DLC膜具有優(yōu)異的耐蝕性，各類酸、堿甚至王水都很難侵蝕它。但摻雜有其他元素的DLC膜的耐蝕性有所下降，這是由于摻雜的元素首先被侵蝕，從而破壞了膜的連續(xù)性所致?！?〕外表狀態(tài)DLC膜外表一般較光潔，對基材的外表光潔度沒有太大的影響，但隨著膜厚的增加，外表光潔度會下降。不同的沉積方法所得到的DLC膜外表光潔度也是不同的，研究外表采用離子源技術(shù)沉積的DLC膜外表質(zhì)量明顯優(yōu)于電弧離子鍍。DLC膜具有很好的抗粘結(jié)性，特別是對有色金屬〔如銅、鋁、鋅等〕，對塑料、橡膠、陶瓷等也有抗粘結(jié)性。5.1.2DLC膜在機械功能領(lǐng)域上的應(yīng)用(1)鉆頭、銑刀DLC膜可以應(yīng)用于鉆頭和銑刀上，特別是摻雜金屬的DLC膜，它不僅具有高的硬度，還具有低的摩擦系數(shù)、抗有色金屬粘結(jié)。荷蘭的Hauzer公司制備的摻金屬DLC膜層，用于切削高強度鋁合金時，能減少外表所謂的切屑瘤〔BUE〕。結(jié)果是延長工具的壽命并使工件材料在切削后外表光滑。特別是在干切削和深孔加工方面，膜層性能非常好。研究進(jìn)行了在銑刀上鍍TiAlN+DLC膜，在加工有色金屬時明顯提高使用壽命及加工質(zhì)量。(2)光盤模具及其輔助模具光盤模具是生產(chǎn)CD、CDR、DVD的重要工具，為了減少它與母盤〔鎳盤〕的摩擦，希望模具外表硬且摩擦系數(shù)小，目前，國外大多采用DLC膜層，大大提高了模具的壽命和盤片的質(zhì)量。我們制備的DLC膜層也開始用于該領(lǐng)域，并取得了成功。為廣州有色金屬研究院制備的DLC膜層光盤模具模仁，其壽命已達(dá)開閉合200萬次以上〔無涂層模具只有50萬次左右〕。同時在其輔助模具上鍍DLC膜，其壽命也到達(dá)了配套使用的要求。鍍膜之后有硬度高，摩擦系數(shù)低，耐磨，耐腐蝕，抗粘結(jié)性好且環(huán)保等特點。(3)芯軸DLC膜的耐磨減摩及耐腐蝕性，可顯著提高齒輪、芯軸等運動部件的使用性能及壽命。應(yīng)用DLC膜層芯軸，其壽命延長了3倍以上，耐腐蝕性提高4倍以上。關(guān)鍵零部件上的應(yīng)用DLC膜在許多關(guān)鍵零部件也能發(fā)揮其優(yōu)良的性能，如在制成式斯特林制冷機的活塞上的應(yīng)用利用其低的摩擦系數(shù)，降低摩擦力，提高耐磨性，到達(dá)無油潤滑及使用壽命要求。在縫紉機配件-旋梭上鍍DLC膜替代原來的電鍍硬鉻處理，不但防止了污染環(huán)境的問題，而且，明顯提高工件外表硬度及耐磨性，使用壽命提高了10倍以上，同時，也因外表膜層摩擦系數(shù)降低后，使機器運行過程中產(chǎn)生的噪音變小。在汽車上，很多零件多需要有抗高溫、高耐磨及耐腐蝕等。比方我們汽車的發(fā)動機上，氣缸壁是一個要求比擬高的地方，它不但要承受高溫、高壓強和耐磨等?，F(xiàn)在DLC還沒有應(yīng)用在氣缸壁上，在修理廠很容易看見拉缸等的現(xiàn)象。要是能應(yīng)用在氣缸壁上，將會是氣缸壁更加耐磨，有利于增加氣缸壁的耐磨性，使汽車的使用壽命進(jìn)一步延長。還有可以大量應(yīng)用在變速器中，主減速器，剎車盤等等，在這些部件上應(yīng)用DLC后，不但可以大大的提高它的使用壽命，而且在一定程度上可以節(jié)約本錢。5.2陽極氧化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用將金屬或合金的制件作為陽極，采用電解的方法使其外表形成氧化物薄膜。金屬氧化物薄膜改變了外表狀態(tài)和性能，如外表著色，提高耐腐蝕性、增強耐磨性及硬度，保護金屬外表等。例如鋁陽極氧化，將鋁及其合金置于相應(yīng)電解液(如硫酸、鉻酸、草酸等)中作為陽極，在特定條件和外加電流作用下，進(jìn)行電解。陽極的鋁或其合金氧化，外表上形成氧化鋁薄層，其厚度為5～20μm，硬質(zhì)陽極氧化膜可達(dá)60～200微米。陽極氧化后的鋁或其合金，提高了其硬度和耐磨性，可達(dá)250～500kg/mm2，良好的耐熱性，硬質(zhì)陽極氧化膜熔點高達(dá)2320K，優(yōu)良的絕緣性，耐擊穿電壓高達(dá)2000V，增強了抗腐蝕性能。氧化膜薄層中具有大量的微孔，可吸附各種潤滑劑，適合制造發(fā)動機氣缸或其他耐磨零件；膜微孔吸附能力強可著色成各種美觀艷麗的色彩。有色金屬或其合金〔如鋁、鎂及其合金等〕都可進(jìn)行陽極氧化處理，這種方法廣泛用于機械零件，飛機汽車部件，精密儀器及無線電器材，日用品和建筑裝飾等方面。在汽車的發(fā)動機的火花塞上要是能應(yīng)用陽極氧化，那