巴彦淖尔金属表面硬化处理-金属表面硬化处理案例

表面工程技术突出的特点是无需整体改变材质而能获得原基材所不具备的特殊性能。采用不同的处理工艺，可使基材表面获得整体材料很难得到的特殊成份与结构，如超细晶粒、非晶态、超饱和固溶体、多重结构、多相弥散结构等，相应具备一些整体材料很难得到的特殊性能。

初的表面工程技术的研究是针对机械工程材料中的钢铁材料，尤其是用做结构材料，（如用于制造汽车、桥梁、船舶、建筑等工程结构件和机械零件）和工具材料（如用于制造刃具、模具、量具等工具），其使用性能的要求以力学为主，在许多场合还同时要求有良好的耐蚀性、装饰性等性能。而对于机械零件和工具，表面技术主要起表层强化作用，可称之为表面强化技术。表面强化技术是以提高金属材料表面硬度、耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性为目的的表面技术。这里所说的“强化”有较广泛的含义，可以说是一种广义的强化。包括改善表层的力学性能，如降低基体表面的摩擦系数，提高耐磨性、表面合金化提高耐蚀性、抗氧化性等，即把基体表面对磨损及腐蚀抗力的提高也视作强化。事实上机械零件和工具的磨损及腐蚀都与其表面的成分、组织等状态有的关系，除单纯起防护作用的涂装技术之外，同一种表面技术往往兼有几方面的作用。例如渗氮处理，既可提高钢和铸铁表面层的强度、硬度，同时也提高了材料表面的耐磨性和耐蚀性。因此，可以称表面强化技术是以提高金属材料表面硬度、耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化性等为目的的表面技术。

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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。

表面热处理是只加热模具表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。经处理后的工件，内部的组织和性能不发生改变，整体仍具有良好的塑性和韧性，而表面确可达到较高的硬度、耐磨性，模具的抗疲劳强度、抗腐蚀性和抗咬合性、冲击能力均得到提高。

模具表面强化处理工艺分为表面淬火和化学热处理两大种类。根据加热方法不同，表面淬火又可分为感应加热（高频、中频、低频）表面淬火、火焰加热表面淬火、激光加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火等。模具加工应用多的为火焰加热表面淬火。根据渗入元素的不同，化学热处理可分为氮化法（QPQ处理盐浴氮化l）、电火花表面强化法、渗硼法、渗碳法、TD法（TD处理）、CVD法、PVD法（HKS-G处理）、渗硅、碳氮共渗、铝铬共渗等。

TD热处理（热扩散法碳化物覆层处理）：将工件置于添加有扩散元素的硼砂浴中，在工件表面形成V、Nb、Cr、Ti等碳化物覆层，通过高温扩散作用于工件表面，形成一层5～15μm的金属碳化物覆层，该覆层具有极高的硬度（Hv可达2500～3600左右）和耐磨性。

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