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铬的渗层可在低碳钢、高碳钢、合金钢、不锈钢、工具钢、铸铁和铁粉烧结件上生成。可用粉末法,也可用熔盐法。在低碳铁金属表面形成含高铬的合金,厚度可达75微米,而且在高温下的抗氧化性较好;在高碳的金属表面可形成较薄的(12~50微米)碳化铬层,这种渗铬层在湿腐蚀条件下工作较好。渗铬层在以后的热处理中不受损毁,抗蚀性相当于含铬30%的钢。碳化铬层的硬度很高,耐磨性良好,多用于保护阀门、喷嘴、泵、量规和工模具。
渗硅主要用于低碳(C<0.25%)、低硫(S<0.04%)钢。工件埋在碳化硅粉末中,加热到930~980℃时导入氯气,经气相反应后可得125~250微米厚的脆性渗硅层。这种覆层具有耐磨、耐蚀性能,硬度高,还具有良好的抗擦伤性,用于泵轴、缸衬、阀门、传送带链的联结件和洗瓶机的构件。铌、钼、钽、钨等难熔金属可作为航天器的短期有效构件材料,多采用硅化物层来减少它们在1650℃时的氧化。发展更有效的抗热腐蚀的渗层,也在探索中。
渗钒时,基体钢材中的碳含量至少应为0.4%,渗钒层的硬度很高,但冷焊性不佳。高碳工具钢的VC层,表面硬度在2牛顿载荷下可达HV22300,渗层厚度为19微米。在220号刚玉砂纸上的圆盘试验结果表明,它的相对抗磨粒磨损性,远高于渗硼层、渗氮层和渗碳层。
渗锌主要用在铁基体材料上。把工件、锌粉和填料放在滚桶中滚动,并加热到350~400℃,约3~12小时即可获得渗层。渗层厚度在25~37.5微米间时,基体圆柱形工件直径会胀大0.01~0.04毫米,所以组合件渗锌时,应留一定的空隙量,便于渗后不加工即可装配。渗锌层的最大特点是厚度均匀,抗蚀性极好,渗锌方法简单,效果也好,但装入和卸出时,粉尘飞扬,不仅污染大气,而且还会使一部分锌粉氧化。
铝合金表面氧化处理的目的与作用:表面光洁化;装饰效果(着色、光亮化、改善外观质量);化学功能(提高抗腐蚀性、耐磨性、耐光性、强度等);物理功能(提高表面硬度与耐磨性、赋予电绝缘性、耐电压性、提高静电容...
皮膜,微弧氧化,喷涂等
铝合金表面处理方法(一) 通常经过处理后的金属表面具有高度活性,更容易再度受到灰尘、湿气等的污染。为此,处理后的金属表面应尽可能快地进行胶接。 经不同处理后的金属保管期如下: (1)湿法...
无缝管穿孔顶头表面合金化的新技术
针对无缝管穿孔顶头的失效形式 ,提出了采用双层辉光离子渗金属技术在低合金钢顶头表面渗入Cr、Mo、Al、Ni等合金元素 ,再进行离子氮化处理的新工艺 ,并对2 0CrNiSi材质的穿孔顶头进行了表面复合处理 ,取得了初步结果 ,为进一步开展顶头的研究工作打下了良好的基础。
激光表面合金化,是利用高能密度的激光束快速加热熔化特性,使基材表层和添加的合金元素熔化混合,从而形成以原基材为基的新的表面合金层。
激光表面合金化,是激光束与材料表面互相作用,使材料表面发生物理冶金和化学变化,达到表面强化的方法。该技术的特点是:一能在材料表面进行各种合金元素的合金化,改善材料表面的性能;二能在零件需要强化部部位进行局部处理。所以对节能、节材,提高产品零件的使用寿命具有重大的意义。
近一二十年来,许多国家和地区投入了大量的人力与物力进行了此项目的研究。在基材方面,除研究了多种黑色金属外,还研究了Al合金、Ti合金、Cu合金、Ni基合金等。添加的合金元素有Ni、Cr、W、Ti、Co、Mn、Mo、B等。研究重点有如下四个方面。
1)工艺研究。包括工艺方法、合金元素和工艺参数(激光光斑形状与尺寸、功率、扫描速度)的选配等研究工作。
2)理论分析。激光表面合金化的传热、传热数学模型计算。
3)合会层的组织与性能研究。重点侧重于耐磨性循研究。有的也进行了耐腐蚀及抗氧化的研究。
4)应用研究。如在排气阀门、阀座、高速钢刀具及汽车活塞等零件上的应用。
1.合金层硬度
以WC/Co为添加粉末合金化后,主要获得M6C型碳化物,硬度约为1300HV,由于碳化物量很流,呈细网格分布,基体又为马氏体组织,所以表面硬度达1000HV以上。
Cr3C2合金化以后,组织特征为基体上分布分布着网状碳化物,析出的碳化物为M7C3型,这种碳化物硬度高达2100HV,由于合金碳化物在基体中分布较稀。故表层硬度也只有1000HV左右。
在WC/Co中加入Ni粉以后,合金层中碳化物类型并不发生变化,但基体中出现奥氏体。Ni的加入量越多,奥氏体量越高。硬度也随着下降。激光表面合金化,可以根据合金化成分构控制,得到高硬度的合金层。
2. 激光表商合金化的磨损性能
静载滑动磨损时,在单束斑扫描条件下,以WC/Co合金化时的耐磨性比45钢(淬火态),提高17倍以上,比Cr3C2/Ni-Cr提高12倍。宽带扫描时,用WC/Co合金化后,耐磨性提高28倍。
在冲击磨损条件下,合金化后材料的耐磨性也有很大的提高。WC/Co合金层的耐磨性相当于45钢(淬火态)的6倍。在C/Co中加入Ti20%(质量分数,下同)和TiC30%后,耐磨性也分别提高3仿与5倍。
激光表面合金化的强化机制,是相变硬化、固溶强化和碳化物强化的综合强化结果。WC/Co合金化后基体为马氏体,M6C型碳化物的硬度为1300HV左右,在磨损时,将首先选择性磨损马氏体基体,碳化物渐渐露出磨面,由于碳化物网的支撑作用,所以合金化展表现出极高的耐磨性。
在Cr3C2/Ni-Cr的合金化层中,基材含有较多奥氏体;硬度较低(600~800HV)。在磨损时,基体磨损很快,但一显露出网状碳化物后,因其碳化物M7C3硬度很高(2100HV),就起了很好的支撑作用。呈现了较好的耐磨性。
激光表面合金化的强化,应是相变硬化、固溶强化和碳化物第二相强化的综合效果。而合金层能获得超出基体材料的硬度及大幅度提高耐磨性,主要是碳化物第二相强化的结果,所以在以耐磨性为目的的合金化研究中、碳化物第二相强化是最主要的强化机制。
北京机床研究所张魁武等人,用复合合金粉末激光合金化处理的45钢基无心磨床托板,在生产车间使用,比原来CrWMn钢淬火的托板寿命提高3~4倍。
重庆大学、北京工业大学等单位采用激光表面合金化工艺,用于电地冲棒、无缝钢管穿孔顶头及泥浆泵叶轮等零件的处理,都取得了很好的效果。北京机电研究所曾对拖拉机换向拨叉、螺母攻丝机料道、轴承扩孔模、冲材模、电厂排粉机叶片及铝活塞等零件上的应用研究,都取得了很好的效果。拨叉,料道使用寿命提高10倍以上。冲材模、排粉机叶片使用寿命提高2~3倍。激光表面合金化用于铝活塞环槽强化,经装车试验,运行14.2万km以后拆检结果,头道环槽的侧隙仅为0.11mm,如果减去0.04~0.05mm的原始侧隙,则环槽最大磨损量仅有0.07mm。所以激光表面合金化用于铝合金的强化是十分有效的。
根据材料的不同种类,调节激光功率密度、激光辐照时间等工艺参数,增加一定的气氛条件,可进行激光表面淬火(相变硬化)、激光表面熔凝、激光表面合金化等激光表面处理。其特点如下:
1、激光表面淬火,主要通过相变硬化,提高表面硬度和耐磨性;
2、激光表面熔凝,主要通过在高功率密度激光束作用下,材料表面快速熔化并激冷,获得极细晶粒组织,显著提高硬度和耐磨性;
3、激光表面合金化,利用多种方法,将添加元素置于基材表面(或吹人合金化气体),在保护气氛下,激光将二者同时加热熔化,获得与基材冶金结合的特殊合金层。
常用技术
机械工业中常用的材料保护技术,可按覆层材料类别和保护方法分为:①金属清理;②金属覆层,包括电镀、金属喷涂和表面合金化;③有机覆层,包括涂装;④无机覆层;⑤转化膜,包括的铝阳极氧化,磷化与铬酸盐化、发蓝;⑥电化学保护;⑦暂时性防护。许多种材料保护技术可达到同一保护目的。在选用材料保护技术时,必须进行多方面的比较和考虑,例如锌在铁基金属上的保护覆层,可以采用热浸、喷涂、电镀、表面合金化和富锌涂料涂装等方法。选择保护技术的基本原则是适用性和经济性。