表面工程技术中物理、化学、机械方法的研究比较.docx

先进制造技术课程论文论文题目：表面工程技术——物理、化学、机械工艺方法分析比较研究系 部：专 业：班 级：学生姓名：学 号：指导教师：2013年 10月 1日表面工程技术——物理、化学、机械工艺方法分析比较研究绪论表面工程技术以其高度的实用性和显著的优质、高效、低耗的特点在制造业、维修业中占领了日益增长的市场，在航空航天、电子、汽车、能源、石油化工、矿山等工业部门得到了越来越广泛的应用。可以说几乎有表面的地方就离不开表面工程。表面工程的快速发展及广泛应用被认为是制造领域中的重要进展。目前，技术成熟并投入工业实际应用的表面工程技术已多达上百种。例如：表面工程使内燃机的缸套/活塞环、凸轮/挺杆、轴/轴套三级摩擦副降低能耗1/4~1/3, 大修里程从平均10万公里提高到30万公里；对气缸、轧钢机大滑板、大型冷冻机螺杆压缩机转子轴等各种工件表面进行激光淬火，可使寿命提高3~5倍；对高速钢和硬质合金工模具在精加工以后进行表面氮离子注入，可使寿命提高1~10倍。面工表面加工技术不仅是产品内在质量得以保证的关键，也是产品外观质量保证的重要手段。例如，对于滾动轴承的滚道，目前工厂广泛采用磨—抛工艺，其表面粗糙度可达Ra0.04μm, 采用新的表面加工方法可提高到Ra0.01μm，使用寿命可提高4倍以上，并能消除波纹度，减小轴承的振动与噪音；对模具光整加工使其表面粗糙度降低，一级模具使用寿命可以提高50%以上。零件磨损、腐蚀和疲劳失效常发生在表面。通过表面技术修复、强化使机械零件翻新如初，从而大量节省了因购置新品、库存和管理备件以及停机等所造成的对能源、原材料和经费的浪费，并极大地减少了环境污染及废物的处理。许多采用表面技术处理过的旧零部件，其性能大大超过新品，而成本仅为新品的10%，甚至不到。表内容摘要：在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。表面处理的目的是满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他特种功能要求。 表面处理即是通过一定的方法在工件表面形成覆盖层的过程，进行的表面处理方法都归结于物理方法、化学方法、机械方法三种。接下来就这三种方案中的几个具体处理方法进行分析比较。关键词：表面工程技术 表面处理 物理 化学 机械 ：表面工程技术的物理方法1.1引言物理法中主要是表面硬化，所谓表面硬化法是指通过适当的方法使零件的表层硬化而零件的心部仍然具有强韧性的处理。通过这种处理，可以改善零件的耐磨性以及耐疲劳性，而由于零件的心部仍然具有良好的韧性和强度，因此对冲击载荷有良好的抵抗作用。常用的表面硬化处理方法主要有渗碳、氮化、硬质阳极氧化、镀铬、表面淬火以及渗金属等。1.2渗碳钢的渗碳就是含碳量较低的钢制零件在渗碳介质中加热或者保温，使碳原子渗入表面，获得一定的表面含碳量，在淬火之后，含碳量高的表层硬度很高，而含碳量低的心部硬度低仍具有良好的韧性。目的是使零件获得高的表面硬度、耐磨性以及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。主要用于承受磨损、交变接触应力或者弯曲应力和冲击载荷的零件，如轴、齿轮、凸轮轴等，这些零件要求表面有很高的硬度而心部要有足够的强度和韧性。渗碳法分为固体渗碳法、液体渗碳法和气体渗碳法三种。另外还有真空渗碳法。固体渗碳法就是把零件放入固体渗碳剂（由木炭粉以及BaCO3和Na2CO3等促进剂组成）中然后放入渗碳容器里加热到900℃—930℃保温一定时间。液体渗碳是把工件浸入以氰化钠（NaCN）为主（含NaCl、NaCO3和Na2CO3等添加剂）的熔融盐浴里，氰化钠分解所生成的C和N渗入工件中。气体渗碳是把零件放入通有CH4和CO的容器里加热使碳原子渗入工件表面。渗碳层的深度可以达到几个毫米，其深度随渗碳时间的增加而增加，随渗碳温度的升高而加深，但是渗碳速度随时间的延长而减慢。对不要渗碳的部位一般采用镀铜保护或者预留加工余量、渗碳后把该处切掉的方法进行防护。渗碳后必须进行淬火和低温回火处理以得到零件所需要的硬度（可达HRC55—65），注重高硬度时在150℃左右回火，而为了保持零件的尺寸精度，防止时效变形时在180℃—200℃左右回火。附图：Q235钢和20#钢渗碳淬火后显微组织（100倍、200倍）图1-1Q235钢和20#钢渗碳淬火后显微组织（100倍、200倍）1.3.氮化氮化是指把合金钢（一般含有Al、Cr、Mo）在无水氨气（NH3）流中在500℃—570℃左右长时间加热，使钢的表面形成一层硬度很高又耐腐蚀的氮化物（主要为Fe2N、Fe3N、Fe4N）。一般有气体渗氮、液体渗氮和辉光离子渗氮。氮化时合金钢的含碳量一般在0.2%—0.5%，主要由零件心部的机械性能来决定含碳量，含碳量高时阻碍N的扩散，从而减少氮化层的厚度，而含碳量少时，零件截面上的硬度梯度变化就会大，从而造成