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復(fù)合表面技術(shù)是將多種處理表面的理論和工藝方法用在同一工件的處理上的技術(shù)??茖W(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展對(duì)材料性能(耐磨損性、耐高溫等等)的要求越來(lái)越高,使得一些材料表面處理技術(shù)和工藝無(wú)法滿足穩(wěn)定性和可靠性等性能的要求。同時(shí),人們也希望通過(guò)局部改變材料表面結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)昂貴材料具有的特性的目的。鑒于各種需求,復(fù)合表面技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生,在一定程度上實(shí)現(xiàn)了材料的特性,發(fā)掘了材料的應(yīng)用潛力。
綜合運(yùn)用多種技術(shù)的復(fù)合表面處理技術(shù)可以發(fā)揮分不同技術(shù)或不同材料的各自優(yōu)勢(shì)、互相配合、取長(zhǎng)補(bǔ)短,以獲得最佳的表面性能,且能突顯各種技術(shù)組合的特殊效果。這項(xiàng)技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家獲得廣泛應(yīng)用,并取得了良好效果。目前,我國(guó)對(duì)這項(xiàng)極具發(fā)展前易的復(fù)合技術(shù)也給予了足夠的重視,在許多方面加大投資,進(jìn)行新型復(fù)合表面技術(shù)研制與拓新。
1.復(fù)合表面技術(shù)進(jìn)展
表面復(fù)合技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用日趨廣泛,多種工藝和材料的最佳協(xié)同效應(yīng)使材料獲得了穩(wěn)定的可靠性,延長(zhǎng)了零部件使用壽命,提高了工件表面質(zhì)量,獲得了良好的經(jīng)濟(jì)性等。現(xiàn)在已發(fā)掘出包括真空鍍膜與離子束技術(shù)的復(fù)合、納米復(fù)合電鍍、激光束表面處理與等離子噴涂的復(fù)合等多種表面復(fù)合技術(shù)方法。
等離子噴涂和激光表面處理復(fù)合技術(shù)是指用等離子噴涂法在工件表面形成合金化層涂層,然后再用激光迅速使其熔化,冷卻形成符合要求的、具有高性能的強(qiáng)化層。
一般的有色金屬與鋼鐵材料相比較,具有高導(dǎo)熱、易加工、比強(qiáng)度高、抗沖擊等優(yōu)點(diǎn),但存在硬度低、不耐磨、易腐蝕等不足。有色金屬若采用單一的表面硬化涂層,受力時(shí)發(fā)生的塑性變形會(huì)削弱硬化層的結(jié)合強(qiáng)度及硬化層與基體的附著力,使硬化層塌陷,并且會(huì)脫離而形成為磨拉,導(dǎo)致材料的早期失效。為解決這個(gè)問(wèn)題,可以采用:激光合金化+涂覆硬化層,從而提高金屬表面的耐磨性和惡劣處境下的耐蝕性。
對(duì)工況復(fù)雜零件,有時(shí)進(jìn)行了兩種表面技術(shù)的復(fù)合處理,仍難以滿足工況要求,因此需要采用由兩種以上表面技術(shù)組成的復(fù)合處理。例如,鈦合金進(jìn)行了物理氣相沉積TiN和離子滲氨復(fù)合處理后,改性層不足10um,當(dāng)零件達(dá)到臨界接觸應(yīng)力時(shí)發(fā)生基體的塑性變形,使表面硬化層塌陷和脫落,形成磨粒,導(dǎo)致失效。為避免鈦合金表面過(guò)早的失效,可以采取在PVD和離子滲氮處理前進(jìn)行高能束氨的合金化,增加基體承載能力,改善其性能,減緩表面硬化層的塌陷。再如,等離子噴涂法在鋼材表面形成Ni-Cr合金、WC合金涂層,然后再用激光進(jìn)行復(fù)合處理,大大提高了鋼材的表面硬度和耐磨性能,延長(zhǎng)了工件的使用壽命。此外,這類復(fù)合技術(shù)在模具的強(qiáng)化和修復(fù)方面應(yīng)用也很廣泛。
2. 復(fù)合表面技術(shù)應(yīng)用
2.1 減緩表面變化和強(qiáng)化修復(fù)表面損傷
工作狀態(tài)下,設(shè)備中的零部件要受各種載荷的作用,產(chǎn)生不同程度的微觀缺陷或破損,導(dǎo)致材料力學(xué)性能降低。通過(guò)表面復(fù)合技術(shù)可強(qiáng)化表面并減緩工件表面表面變化,修復(fù)表面損傷,提高可靠性,大大縮短報(bào)廢周期。
2.2 獲得稀貴金屬和戰(zhàn)略元素具有特殊功能的表面
2.3 發(fā)展再制造工程延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命周期,提高產(chǎn)品技術(shù)性能和附加值
2.4 發(fā)展新興技術(shù)和學(xué)術(shù)研究
3. 表面工程發(fā)展方向
3.1 領(lǐng)銜國(guó)家重大工程,支撐發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)
先進(jìn)制造業(yè)中零部件的強(qiáng)化、損傷部位的涂覆和修復(fù)以及防護(hù)等措施能顯著提高其使用性能,為先進(jìn)制造業(yè)提供技術(shù)支撐。
3.2 實(shí)現(xiàn)綠色制造兼節(jié)能減耗,貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略
3.3 探索極端、復(fù)雜環(huán)境下的規(guī)律,加強(qiáng)技術(shù)改進(jìn)和科研創(chuàng)新
在苛刻的環(huán)境中應(yīng)用一些尖端和高性能產(chǎn)品,對(duì)材料表面(涂覆、鍍層等)需要更為特殊的要求,以保證產(chǎn)品的可靠服役。研究材料在極端狀態(tài)下的損傷過(guò)程、失效機(jī)理及壽命預(yù)測(cè)理論和方法等,實(shí)現(xiàn)材料表面的損傷預(yù)報(bào)和壽命預(yù)測(cè)。
3.4 開(kāi)展表面工程基礎(chǔ)理論研究,完善表面分析測(cè)量手段
表面復(fù)合技術(shù)的發(fā)展日新月異,其極強(qiáng)的實(shí)用性和巨大的增效性,應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè),必將產(chǎn)生令人矚目的經(jīng)濟(jì)效益。材料的復(fù)合表面技術(shù)將是未來(lái)表面工程中最具開(kāi)發(fā)前景的關(guān)鍵技術(shù)之一。
上海良時(shí)智能(股票代碼:837430)始終跟進(jìn)表面處理行業(yè)各種技術(shù)的更新發(fā)展,認(rèn)真研究相關(guān)工藝與設(shè)備并適時(shí)應(yīng)用于具體工程產(chǎn)品與系統(tǒng)化方案,不斷滿足各行業(yè)客戶日益變化的實(shí)際需求。
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