本溪金属表面硬化处理工艺-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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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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