阿拉善盟金属表面硬化处理-金属表面硬化处理案例

我国“地大、物博、资源丰富”的概念，由于人口过多而大打折扣。以钢产量为例，目前世界人均钢量约200千克，发达国家在400～500 千克以上。2000年我国产量达到10285吨，人均也只有100千克。钢材产量及品种短缺是今后若干年都会碰到的问题，每年需进口上千万吨，耗资40～50亿美元。如果在1亿吨的基础上，只要节约1%即100万吨，就相当于30 亿人民币。采用表面强化技术，减少磨损、腐蚀导致的材料消耗，不仅有助于缓和钢材供需矛盾，还可以用廉价的钢材代替贵重钢材，创造显著的经济效益。

表面强化技术对传统材料性能的优化是非常有效的，对磨损、腐蚀等凡是损伤从表面开始的零部件都有显著的效果。例如，炼油厂减压装置原用碳钢制造，腐蚀寿命仅1年，热浸渗铝后可使用15～20年。该技术用于Q235钢制高速公路护栏，因该钢基体长期不氧化生锈，可节省大量钢材。

任何工业产品，特别是信息产业的微电子产品要向复杂化、多功能化、小型化和高精度、高可靠性方向发展，就会对材料提出新的要求。可以说，没有新材料就没有高新技术产品。表面技术是开发和研究新材料的重要途径之一。薄膜材料厚度为亚微米级至微米级，可视为仅沿二维伸展的薄膜。二维伸展的薄膜因具有特殊的成分、结构和尺寸效应，能获得三维材料所没有的性能。薄膜材料的尺寸很小，又具有各种特殊功能，所以特别适于制造集成电路、光盘、磁盘、重要的光电子器件等。气相沉积技术可在基体表面形成各种功能膜，例如导电（金属）膜、绝缘（介质）膜、电阻膜、超导膜、磁性膜、压电膜及各种光学膜等，对大规模和超大规模集成电路的发展起着重要的作用。

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表面工程技术围绕腐蚀、摩擦、磨损和功能特性等因素,成为20世纪80年代世界上发展的十项关键技术之一，取得长足进展，形成一门新兴学科——表面工程学。美国商业部将表面工程技术列入影响2l世纪人类生活的七大关键技术之一，与计算机科学、生命科学、新能源技术、新材料技术、信息技术和制造技术并列。

英国伯明翰大学教授Tom. Bell在上世纪八十年代初提出了表面工程的概念。他认为，表面工程是将材料表面和基体一起作为一个系统进行设计和改性，以期获得材料表面和基体本身都不可能具有的优异性能，其效益成本比是很高的。

根据材料科学与工程的四个要素，即成分和组织结构——制备和加工——性能——使用性能之间的关系，表面工程技术同样应是通过改变基体材料表面的化学成分或者采用某些工艺改变基体表面的组织结构并获得相应性能，以满足使用性能要求的工程技术。

具体说来，表面工程技术就是根据固体材料表面在具体使用环境中的失效机理和特殊性能要求，从各种表面改性技术、涂镀技术和薄膜技术等机械、物理或化学方法中，选取为经济、有效的工艺方法改变材料表面及近表面区的形态、化学成分、组织结构和应力状况，从而提高材料抵御环境的能力，或赋予材料表面具有机械、装饰、物理和某些特殊功能（如声、电、光、磁及其转换等功能）的系统工程技术。

现代工业和科学技术的发展，对机电产品的自动化、小型化、可靠性、耐久性的要求越来越高，零部件的服役条件也越来越恶劣。工作在高速、高载荷、高温高腐蚀环境下的零部件对材料表面使用性能的要求也就更苛刻。而在许多情况下，很难有同时能满足基体和表面性能要求且经济性好的材料。在这方面，表面强化技术正显示其重要地位和作用。例如，宇宙飞船、洲际的飞行速度达几十倍音速，其外部构件与大气层摩擦产生的热量会使其外部构件的温度达4000～5000℃以上，几乎所有金属与合金都不能承受如此高温，只能依靠某些陶瓷材料，如氧化锆等隔热防火涂层。这些涂层可以降低基体温度，保护基体材料不致软化，保持足够的强韧性。合金钢有很好的强韧性，但硬度不是很高；陶瓷虽然有很高的硬度、红硬性、耐磨性，但脆性大。高速钢钻头、铣刀等刃具表面可以用气相沉积法获得几微米厚的TiN覆层，可提高使用寿命几倍，而且TiN色泽金黄，有很好的装饰作用。铝硅合金铸造性好、密度小、重量轻，很适宜制造汽车零件，其缺点是硬度低、耐磨性较差。Al-Si合金经激光加热表面Ni－Cr合金化后，耐磨性比原材料提高3倍左右，使铝合金活塞的使用寿命提高2倍以上。在有些情况下，即使采用比较经济的、简单可行的表面强化技术，同样也能收到较好的效果，如硬质合金拉丝模，采用化学热处理渗硼后，与未处理的模具比较，拉低碳钢丝使用寿命可以提高7倍，拉高碳钢丝使用寿命可以提高2倍。

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