大连金属表面硬化处理工艺-金属表面硬化处理如何

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。

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。

卡套式管接头作为一种重要的管路附件，是石油化工、轻工、医药、食品、机械等领域中广泛应用的零部件之一。卡套式管接头基本结构是由接头体、卡套、螺母三个基本零件组成（见图1和图2），而卡套作为管接头的关键零件，其结构、性能的优劣，直接影响管接头的性能和质量。装配时，在螺母的挤压力作用下，卡套沿接头体内锥轴向运动并产生变形，其刃口部分向内收缩切入钢管表壁，形成密封接头；同时卡套外锥向上拱起形成龟背，与接头体内锥紧密接触形成密封，属于刚性线密封。

对于不锈钢卡套式管接头，卡套用奥氏体不锈钢制造，但由于奥氏体不锈钢的硬度偏低(~230Hv)，在挤压力下，卡套首先发生塑性变形，卡套在不锈钢管的表面嵌入深度较浅，密封效果不好，往往一次装配合格率不会高于60%。目前国外进口的不锈钢卡套都是经过表面硬化处理，如美国的Swagelok公司和PARKER公司、日本JSK不锈卡套接头。Swagelok 公司是世界的卡套生产商，该公司利用LTCSS技术对奥氏体不锈钢卡套表面进行硬化处理，硬化前，卡套表面要先用HCl进行表面活化处理，去除不锈钢表面的钝化，然后进行470℃气体渗碳处理，整个处理周期长达几十个小时，以获得硬度600-1000HV、厚度大于25μm 的硬化层。

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