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复合表面技术的特效优势

发布时间:2019.04.29    点击数: 545

       复合表面技术是将多种处理表面的理论和工艺方法用在同一工件的处理上的技术。科学技术的迅猛发展对材料性能(耐磨损性、耐高温等等)的要求越来越高,使得一些材料表面处理技术和工艺无法满足稳定性和可靠性等性能的要求。同时,人们也希望通过局部改变材料表面结构,实现昂贵材料具有的特性的目的。鉴于各种需求,复合表面技术便应运而生,在一定程度上实现了材料的特性,发掘了材料的应用潜力。

       综合运用多种技术的复合表面处理技术可以发挥分不同技术或不同材料的各自优势、互相配合、取长补短,以获得最佳的表面性能,且能突显各种技术组合的特殊效果。这项技术在欧美等发达国家获得广泛应用,并取得了良好效果。目前,我国对这项极具发展前易的复合技术也给予了足够的重视,在许多方面加大投资,进行新型复合表面技术研制与拓新。

 

1.复合表面技术进展

表面复合技术在各行各业的应用日趋广泛,多种工艺和材料的最佳协同效应使材料获得了稳定的可靠性,延长了零部件使用寿命,提高了工件表面质量,获得了良好的经济性等。现在已发掘出包括真空镀膜与离子束技术的复合、纳米复合电镀、激光束表面处理与等离子喷涂的复合等多种表面复合技术方法。

等离子喷涂和激光表面处理复合技术是指用等离子喷涂法在工件表面形成合金化层涂层,然后再用激光迅速使其熔化,冷却形成符合要求的、具有高性能的强化层。

一般的有色金属与钢铁材料相比较,具有高导热、易加工、比强度高、抗冲击等优点,但存在硬度低、不耐磨、易腐蚀等不足。有色金属若采用单一的表面硬化涂层,受力时发生的塑性变形会削弱硬化层的结合强度及硬化层与基体的附着力,使硬化层塌陷,并且会脱离而形成为磨拉,导致材料的早期失效。为解决这个问题,可以采用:激光合金化+涂覆硬化层,从而提高金属表面的耐磨性和恶劣处境下的耐蚀性。

对工况复杂零件,有时进行了两种表面技术的复合处理,仍难以满足工况要求,因此需要采用由两种以上表面技术组成的复合处理。例如,钛合金进行了物理气相沉积TiN和离子渗氨复合处理后,改性层不足10um,当零件达到临界接触应力时发生基体的塑性变形,使表面硬化层塌陷和脱落,形成磨粒,导致失效。为避免钛合金表面过早的失效,可以采取在PVD和离子渗氮处理前进行高能束氨的合金化,增加基体承载能力,改善其性能,减缓表面硬化层的塌陷。再如,等离子喷涂法在钢材表面形成Ni-Cr合金、WC合金涂层,然后再用激光进行复合处理,大大提高了钢材的表面硬度和耐磨性能,延长了工件的使用寿命。此外,这类复合技术在模具的强化和修复方面应用也很广泛。

2. 复合表面技术应用

2.1 减缓表面变化和强化修复表面损伤

工作状态下,设备中的零部件要受各种载荷的作用,产生不同程度的微观缺陷或破损,导致材料力学性能降低。通过表面复合技术可强化表面并减缓工件表面表面变化,修复表面损伤,提高可靠性,大大缩短报废周期。

2.2 获得稀贵金属和战略元素具有特殊功能的表面

2.3 发展再制造工程延长产品寿命周期,提高产品技术性能和附加值

2.4 发展新兴技术和学术研究

3. 表面工程发展方向

3.1 领衔国家重大工程,支撑发展先进制造业

先进制造业中零部件的强化、损伤部位的涂覆和修复以及防护等措施能显著提高其使用性能,为先进制造业提供技术支撑。

3.2 实现绿色制造兼节能减耗,贯彻可持续发展战略

3.3 探索极端、复杂环境下的规律,加强技术改进和科研创新

在苛刻的环境中应用一些尖端和高性能产品,对材料表面(涂覆、镀层等)需要更为特殊的要求,以保证产品的可靠服役。研究材料在极端状态下的损伤过程、失效机理及寿命预测理论和方法等,实现材料表面的损伤预报和寿命预测。

3.4 开展表面工程基础理论研究,完善表面分析测量手段

表面复合技术的发展日新月异,其极强的实用性和巨大的增效性,应用领域遍及各行各业,必将产生令人瞩目的经济效益。材料的复合表面技术将是未来表面工程中最具开发前景的关键技术之一。

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