沈抚新区金属表面硬化处理-通辽金属表面硬化处理技术

结构材料和工具材料的主要任务是保证其所制成的机械零件或工具在的工作条件下和的期限内能可靠地服役而不发生失效。断裂、腐蚀和磨损是金属材料制件的三种主要失效形式，据美国20世纪90年代初估算，这三种失效形式造成的经济损失达3000多亿美元，约占国民生成总值（GNP）的10%。三种失效形式所占比例相差不多，都超过GNP的3%，其中腐蚀所造成的经济损失。我国也不例外，仅冶金矿山、农机、煤矿、电力和建材等部门的不完全统计，由于机件与材料抗磨损寿命低，每年因磨损报废或更换的备件达100多万吨，价值约20亿人民币。近年来，我国由国外引进近1000亿美元的机械装置，每年因磨损失效需要补充或更换的备件近10亿美元。原国家科委对金属腐蚀情况做过调查，每年损失达100～200亿元人民币。如果考虑金属磨损、腐蚀造成的事故及维修等间接损失，其数值将相当可观。除磨损和腐蚀之外，疲劳断裂也往往是从受力的表面开始逐渐向内部发展的。因此，采用表面强化技术，提高机械零件的耐磨性和抗蚀性，从而提高机电产品质量、节省材料、节省能源，对于国民经济的可持续发展有十分重要的意义。

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。

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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