不銹鋼材料表面工程的分類及作用
當前的不銹鋼材料表面工程,在迅速發(fā)展中形成了自己的體系。它是當今材料科學與工程學內(nèi)充滿活力和希望的領(lǐng)域。表面工程是先對材料進行經(jīng)表面預處理,然后通過表面改性、表面涂覆、或者其它表面技術(shù)進行復合處理,從而改變金屬或非金屬表面的形態(tài)、組織結(jié)構(gòu)及化學成分和應力狀態(tài)等,進而獲得所需表面性能的處理技術(shù)。它的最大優(yōu)勢是通過多種方式對基體材料進行表面改性,從而制備出性能優(yōu)于基體材料的表面改性層,使材料具有耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能。這種表面改性層與基體材料相比,有著厚度薄、面積小的特點,但是卻承擔著工作部件的主要功能。
表面工程是一門新興學科,其主要特點是多個學科交叉、綜合、復合。它以“表面”和“界面”為研究核心,在相關(guān)學科理論的基礎上,根據(jù)材料表面的失效機制,運用各種表面工程技術(shù)及其復合表面工程技術(shù),逐步形成了與其它學科密切相關(guān)的表面工程基礎理論,包括:表面失效分析理論、表面摩擦與磨損理論、表面腐蝕與防護理論、表面結(jié)合與復合理論等。表面工程技術(shù)的分類方式多種多樣,按照作用原理可以分為原子沉積、顆粒沉積、整體覆蓋和表面改性4種基本類型:前三種改性方法原理一致,都是向基體材料表面覆蓋一層較原基材有更好物理、化學性能的薄膜,以提高表面性能,因此前三種方法均可稱作表面涂鍍技術(shù)。理論上講,更為科學的分類方法是根據(jù)材料表面成分是否變化來分:
1. 表面涂鍍技術(shù),包括電鍍、化學鍍、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、熱噴涂、搪瓷涂敷堆焊、熱浸涂、包箔、貼片和涂刷等。
2. 表面強化技術(shù),包括:表面硬化、表面淬火、噴丸強化等。
3. 表面合金化技術(shù),包括各種氣體滲金屬、液體滲金屬、固體滲金屬(如氣體滲碳、液體滲氮、固體滲鉻等),以及隨著激光技術(shù)、離子束技術(shù)、等離子技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的激光表面合金化、離子注入、離子滲金屬、電子束表面合金化等,大大豐富了表面合金化技術(shù)。20世紀80年代我國學者在多年研究離子氮化過程中,發(fā)明了雙層輝光離子滲金屬技術(shù)。該技術(shù)彌補了離子氮化等技術(shù)只能用于少量非金屬元素的不足,使離子轟擊熱處理領(lǐng)域擴大到了大量的固態(tài)合金元素,從而大大擴展了表面合金化的應用范疇。
隨著表面工程的發(fā)展,越來越越多的表面工程技術(shù)以其高度的實用性和顯著的優(yōu)質(zhì)、高效和低耗等優(yōu)點,將在航空航天、汽車、能源、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應用。表面工程技術(shù)的作用是多種多樣的,但最重要的作用是能夠提高金屬部件的耐磨性、耐蝕性及獲得電、磁、光等功能的表面層。表面工程技術(shù)的作用可概括為:
1. 耐腐蝕性能:即可提高基體材料的耐大氣、海洋大氣、天然水及某些酸、堿、鹽的腐蝕作用。
2. 耐磨性:包括抗磨料磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損等。例如在刀具表面鍍上一層TiN、TiC或Al2O3薄膜,成為防止鋼屑粘結(jié)的表面涂層,將提高刀具壽命3-6倍,并可提高工件表面光潔度。
3. 化學性能:側(cè)重于與生物材料相關(guān)的化學性能。包括在金屬和氧化物表面的化學吸收、金屬的水溶液腐蝕、聚合物的水解。
4. 生物性能:例如通過強流脈沖電子束對不銹鋼進行表面改性,可以大大提高不銹鋼基體在人工體液中的耐腐蝕性能。
5. 耐熱性:例如提高基材的抗高溫氧化以及熱疲勞等性能。
6. 電性能:包括增強基體的絕緣性、提高基材的導電性。
7. 光學特性:包括改善基體材料的反光性和吸光性,提高基材的光選擇吸收性能等。
8. 其他表面特性;諸如裝飾性、電磁特性、耐疲勞性、抗氧化性、美觀性、可焊接性等性能。
本文標簽:不銹鋼
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