摘要：不论生产何种产品,其首要任务就是选取合格的材料,而不合格的材料通常表现为有腐蚀、破损或断裂。而这些问题一般发生在材料的表面,想要提升金属的硬度、强度、耐磨性以及耐腐蚀性等,针对金属材料的表层实施强化和改性是必不可少的。
关键词：金属材料,表面强化,应用现状,展望
在对金属原材料进行加工期间,最为多见的技术方式有筑造、焊接和压力三种,然后在针对初步成型的材料采用相应的检验手段,检验其结构和性能是否存在问题,接下来对不合格的部分进行后续处理,最终达成性能上的标准和应用上的要求。
1 金属材料表面强化必要性
随着社会生产力和工业科技的不断发展,我国很多行业的发展都依赖于金属材料,由此可见,金属材料的质量是促进相关产业健康、稳定发展的基础和重要因素。高质量的金属材料不仅能够减少意外损失造成的成本负担,还能够高效的解决工作需求。而低质量的金属材料很容易发生工作意外,影响正常的工作计划、进度,在造成时间、成本损失的同时,还会激发企业矛盾,影响企业正常运转。表面疲劳磨损的磨损失效是循序渐进的过程,由于过度疲劳,金属表面会产生发热、细微破损等现象,受外在物理作业的压迫,磨损范围逐渐增大,金属材料严重损耗,导致相关设备无法正常运行,严重者会造成设备报废,对整个生产过程产生重要影响。
2 金属材料表面强化技术应用现状
(1)激光熔覆技术。
目前,在激光熔覆层中重点使用的材料包含:陶瓷粉末、自溶性的合金粉末和符合粉末三种。而自溶性粉末中又包含了:Fe基自熔合金、Ni基自熔合金以及Co基自熔合金;在陶瓷粉末中重点包含了氧化锆系列与氧化铝系列;而其中的复合粉末则重点是指质地比较坚硬的各种熔点较高的化合物材料和金属粘结相经过融合构成的合金粉末物质。该工艺重点是在基材表面采用添加度不同的铁基粉末制作成耐磨度较高的涂层,最终制作而成的涂层拥有极高的密度、不含泪痕并且没有气孔等问题,对于WC的使用可以显着提升涂层的耐磨度。在将该技术运用到发动机气缸盖的表面上时,对氧化锆陶瓷粉末进行了有效的熔覆,进而制作出了具有实用价值的保护涂层,在很大程度上提升了汽缸盖的使用性能,同时也有效增加了汽缸盖的应用年限。
(2)机械合金化。
机械合金化重点指的是利用高能球磨机来实施粉末覆盖工作,在魔球间的互相碰撞下,利用颗粒以及热量之间的相互摩擦作用和微量塑性变形将粉末材料冷焊到金属表面,将其转化为非晶或者合金的形式。该技术最早是Benjimin提出的,主要用在粉末的制作上,在二十世纪七十年代初期,运用该技术促使粒子对金属构件构成弥散强化;在二十世纪九十年代中由Hashimoto为首的一队人利用高能球磨来制作涂层;齐宝森和王成国等人利用该技术实现了钢机体表层Cr,Al,Zn,Cr-Al涂层的制作;在2006年,Romankov,Sergev等一队人将过去的机械合金化技术作为基础,利用UMCA技术在AI板构件上制作成了金属化合物涂层。对于该技术的运用在操作上比较简便、资金投入不高、可改动的空间比较大,目前已经被广泛使用和做进一步研究。
(3)面光整加工技术。
对零部件表层进行处理的方式是比较多的,通常会按照其应用的标准与运用的场所来选取适宜的处理方式,但不论何种处理方式均需要在实现相应形态和尺寸的情况下达到相应的表层强度。当前,在确保零部件表层强度的基础上,各类处理方式的核心点均有所差异,有的是比较注重其外观上的质量,例如形状的精准度、表层的精细度,需要降低外观上的缺陷;有的是比较重视优化其运用的范围,例如,对其力学、物理和化学性能进行改变,以提升其稳固性与整体上的强度,均可收到良好的成效。在提升表层光滑精细度时,通常运用的是研磨、磨削以及抛光等光整处理方式;如果侧重的是零部件表层性能的提升,通常会运用无屑加工方式,例如:将金刚石压光、滚压等当作表层最后的一道加工程序,利用以上方式不但能够帮助零件达到外观上的标准,还能够提升零件的轻度、硬度、耐磨度和使用年限。
3 金属材料表面强化技术应用展望
(1)激光熔覆技术的发展及前景。
激光熔覆属于是应用价值极高、应用范围广泛、并且经济性和实用性均非常高的工艺,但是利用其加工出的表层仍然存在裂痕、气孔等一系列的缺憾,在熔覆层中出现裂痕的重点因素为,在覆层中存有各类残余应力,例如:组织应力以及热应力等等。另外,如果各种技术参数和材料应用不合理,都容易使得熔覆层出现裂痕。因为激光熔覆工艺投入使用的时间并不久,即使已经将此工艺广泛运用到了工业生产当中,当前依然有很多问题有待排除。今后需要在以下几方面着手进行更深层次的探究:第一,需要在理论上进行更深层次的探究,探究裂痕构成的原理,在根源上排除出现裂痕和气孔的因素;第二,创建有关的技术参数和探究成果数据库;第三,对熔覆层材料体系进行创新性的研发,提升基材和覆材间的适用度,提升资源使用上的优质性。
(2)超声喷丸的发展及前景。
超声喷丸技术和以上所讲的表层加工技术是完全不同的,超声喷丸技术自带的功率就非常大,可以把超声当成驱动力,利用变幅器和超声换能器的震荡,促使金属部件处在运行的状态中。利用机械功能对部件的表层进行处理,和之前用气进行磨合的方式不同,超声喷丸提升技术性能的依据为超声振动,所以是不用事先对空间进行压缩的,不但能够提升工作的安全性,还能够降低能量的损耗实现循环应用。另外在对超声喷丸技术进行应用期间,可以进行良好的调控,尤其是可以进行认为的控制,能够制定出特殊的工业产品,根据应用准则,对技术参数进行预先设置,利用超声喷丸技术提升适用度、方便度和快捷性。其重点是对机器的超声波频率和振幅进行应用。但是在样品较大的情况下,就算是利用超声喷丸强化技术对部件进行表层进行处理,也还是会产生很多剩余能量,特点为部件的表层会更为平滑。所以,在对超声喷丸强化技术技术进行推广和运用的过程中,通常会利用超声喷丸的强化技术对超声变幅的振动频率进行调节,进而对部件的表层进行直接性的处理。在当前研究人员的深度探索中的核心点为对纳米化材料表层的处理上,并得到了较大突破,可利用的空间也是十分宽广的。因为在超声喷丸强化技术中所含的优点非常多,所以在引入使用以后得到了良好效果。但是在对其进行应用期间也存在较多的限制,尤其是对部件的规格上要求十分严格,否则就没办法达成预计的效果。对部件进行过纳米化技术加工以后其所具有的抗疲劳性会更强。虽说此技术的处理效果会遭受很多因素的限制,但是纳米技术则能够更好的提升材料表层的坚实度,在部件的抗疲劳性上进行深度巩固。在处理期间容易遭遇各种问题的干扰,必须根据原理的详细内容进行细致分析,不断完善以提高部件的质量。
(3)化学镀的发展及前景。
在科学技术不断发展的过程中,对于工艺技术的标准也逐渐变得复杂,单调化的二元化学镀已无法达到工业生产上的需要。因此,工业科技促使化学镀技术得到了更大的进步,进而逐渐达成了三元化学镀、多元化学镀和复合化学镀,比如,化学镀Ni-P/SiC、Ni-Mo-P、Ni-Co-P、Ni-P/PTFE、Ni-Si-P、Ni-W-P以及Ni-Fe-P等等,已经实现了镀层的各种应用性能。在二十世纪八十年代初期,是我们国家最初引入化学镀技术的时期,同时在1992年中出台了化学镀的使用标准(GB/T13913-1992),另外将自催化镍-磷镀层当作了化学镀镀层的名称。后来将化学镀技术逐渐运用到了食品行业、汽车制造业、印刷行业、纺织行业、石油化工业、机械电子领域、军事领域、航空航天以及电子通信等各种领域中,这促使化学镀技术将我国的市场进行了深入开拓。在工业制造的过程中对生态环境造成破坏是不可避免的,字2000年之后我国为了优化生态境况,在工业污染的治理工作上提升了强度,而化学镀方式自身就带有污染排放低的特性,更在一定程度上促进了这一技术的发展。化学镀在我国开始运用的较晚,但是依靠性能上的优势、进步的速度和研发工作的促进,使其在各个方面的指标均不比欧美产品差。在各种优点的协助中,其未来的发展空间不可估量。
(4)高分子材料的发展及前景。
在对高分子材料表层改性工艺进行运用期间,会用到各种类别的改性方式。第一种方式为直接涂覆技术,这也是最多见的方式,这种技术将有机物直接涂覆在高分子材料表层,来实现基材互为结合的目的,不仅能够保有材料的基础性能,还能拥有官能团的性能,因此可以达到材料表层的特别需要,例如对于亲水材料的处置。尽管如此,在此技术中仍然存有一定的问题,也就是耐久性较差,能够工作的时长不久;表层氧化处理技术会利用表层氧化来完成聚合物表层汇合的治理技术。例如,火焰处理技术重点是利用高温瞬间氧化的原理对表层进行处理,其中的油墨印刷工艺是最具代表性的。另外电晕放电工艺重点是利用薄膜表层的电场来实现等离子的效果,从而达到自由基的优化工作。在表层中添加氧原子可以直接完成表层改性的工作。而酸处理工艺就是利用热铬酸溶液作用的手段对表层的官能团进行优化,重点利用将整个集团带进基材的手段来完成表层改性工作;最后就是等离子体处理和紫外辐射工艺。等离子处理方式重点也是利用等离子放电的手段来完成处理效果。其中紫外辐射就是利用紫外光辐射对下基材表层进行改性处理,进而完成表层的处理工作,因为资金投放较低,另外还不会干扰到材料自身的特性,因此这一技术得到了快速的发展和应用,拥有极为宽广的发展空间。
结语
在今后对金属材料表层实施增固处理期间,不单单会使用一种工艺,而会将各种工艺进行整合利用,其为今后金属表层增固技术的核心发展方向。另外,还需要提升对于金属材料表层增固机理的探究,研究基材和覆材构造、成分的融合度和有关技术参数的完善。同时,对于对应工艺所必需的机械设施的制造也应该达到相应的匹配度,这对于优化表层增固理论内容和创建全新的理论内容是极为关键的。总得来讲,研发出经纪且环保的金属表层增固工艺,提升金属材料的整体性能,从而达到具体的运用标准是这一行业最为关键的发展目标。
参考文献
[1]韩爽.金属材料超声加工表面改性及机理研究[D].机械科学研究总院,2018.
[2]王洪波,杨天南,刘迎春,王征,郝永刚.USP强化工艺对金属材料表面性能影响研究[J].现代制造技术与装备,2018(05):33-35.
