第14章納米表面工地進(jìn)程技術(shù)設(shè)計(jì)(劉世參)(編輯修改稿)
2025-02-09 16:08 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 表面服役要求的表面技術(shù)，是表面技術(shù)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。表面技術(shù)的種類(lèi)很多，許多功用又相近，結(jié)合具體的零件和工況條件選擇出優(yōu)化的表面技術(shù)必須關(guān)注以下4個(gè)方面。 表面技術(shù)對(duì)零件整體性能的影響表面技術(shù)對(duì)零件整體性能的影響主要有熱影響、氫脆影響和機(jī)械影響。不同的表面技術(shù)及不同的預(yù)處理方法對(duì)零件整體性能有不同的影響。（1）熱影響進(jìn)行表面技術(shù)處理時(shí)，零件的溫度見(jiàn)表145。在選擇表面技術(shù)時(shí)要分析溫度對(duì)零件變形、對(duì)原來(lái)熱處理性質(zhì)以及對(duì)零件表面氧化的影響。熱影響在選擇表面技術(shù)時(shí)是占有權(quán)重較大的因素，往往據(jù)此能很快劃分出可供選擇的技術(shù)范圍。表145 表面處理時(shí)的零件溫度表面技術(shù)零件的溫度（℃）備 注納米復(fù)合電刷鍍常 溫納米熱噴涂常溫或預(yù)熱100～150℃化學(xué)氣相沉積CVD800～1200℃溫度與沉積的元素有關(guān)金屬有機(jī)化合物氣相沉積MOCVD500～800℃物理氣相沉積PVD200～400℃納米涂裝常 溫納米粘涂常 溫金屬表面納米化加工常 溫（2）氫脆影響在電鍍時(shí)，鍍液中的氫離子會(huì)還原成氫原子，一部分氫原子會(huì)成為氫氣逸出，一部分滲入到鍍層中使鍍層產(chǎn)生氫應(yīng)力，還有一部分氫原子滲入到零件中而使零件“氫脆”。例如在鋼鐵零件表面槽鍍鎳的過(guò)程中，沒(méi)有光亮劑的鍍鎳溶液零件滲氫量約為60～100cm3/100g，有光亮劑的鍍鎳溶液零件滲氫量比沒(méi)有光亮劑的高1倍。由于各種電沉積元素的析出電位和鍍液介質(zhì)不同，析氫量或者說(shuō)對(duì)鋼質(zhì)零件的“氫脆”影響亦不同，按“氫脆”的影響程度排序：鍍鋅＞鍍鎘＞鍍鎳。另外鋼質(zhì)零件外表面如果有陽(yáng)極保護(hù)鍍層，則在零件工作過(guò)程中，鋼質(zhì)基材表面也會(huì)析氫，氫滲入基體后與承載應(yīng)力的共同作用，可能導(dǎo)致高強(qiáng)鋼發(fā)生“氫脆斷裂”，這種由于表面鍍層腐蝕而導(dǎo)致的環(huán)境“氫脆”稱為“后脆”。“氫脆”或“后脆”對(duì)鋼質(zhì)零件的影響程度主要與鋼質(zhì)零件的抗拉強(qiáng)度有關(guān)，強(qiáng)度越高，對(duì)氫脆越敏感。其次與零件的工作溫度有關(guān)，工作溫度增高，氫脆敏感性增強(qiáng)。幾種槽鍍鍍層對(duì)鋼質(zhì)零件的強(qiáng)度和零件工作溫度的限用條件見(jiàn)表146表146 幾種鍍層的限用條件鍍 種鋼質(zhì)零件的抗拉強(qiáng)度零件的使用溫度鍍 鋅不得大于1240MPa不得大于250℃鍍 鎘不得大于230℃鍍 鎳不得大于250～300℃電刷鍍的鍍積速度比槽鍍快4～6倍，在操作過(guò)程中又是通過(guò)鍍筆與工件往復(fù)運(yùn)動(dòng)不斷沉積出鍍層，因而，電刷鍍對(duì)零件的氫脆影響低于槽鍍。在電刷鍍技術(shù)中，還專(zhuān)門(mén)配制有低氫脆鍍液，并制定有減少氫脆的工藝措施，如電凈電壓定在8～12V、采用反向電流、鍍積底層和工作層時(shí)相對(duì)提高工作電壓、盡量提高鍍積速度等。有了這些措施，電刷鍍已允許應(yīng)用到飛機(jī)著陸裝置和飛機(jī)上其它的高強(qiáng)鋼零件。在選用納米電刷鍍鍍積高強(qiáng)鋼零件時(shí)，建議按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)行氫脆試驗(yàn)。（3）機(jī)械影響機(jī)械影響主要與表面預(yù)處理的方法有關(guān)。對(duì)于有偶件配合的表面，為了制備一定厚度的涂覆層，需事前對(duì)待處理表面磨削掉一部分金屬，結(jié)果會(huì)使軸頸稍微變細(xì)、孔壁稍微變薄，在選擇表面技術(shù)時(shí)需要評(píng)估這種預(yù)加工對(duì)零件的強(qiáng)（剛）度的影響是否允許。為了提高熱噴涂涂層與基體金屬的結(jié)合強(qiáng)度，需對(duì)表面進(jìn)行粗糙化處理。如果采用在表面車(chē)螺紋或電火花拉毛的方法，則會(huì)對(duì)零件的強(qiáng)度尤其抗疲勞強(qiáng)度造成影響。如果采用噴砂預(yù)處理則對(duì)基體沒(méi)有負(fù)面影響。 涂覆層及表面改性層的尺寸涂覆層及表面改性層的尺寸問(wèn)題，一是出于工作要求，即在零件服役的壽命周期內(nèi)耐磨層應(yīng)有多大，防腐層應(yīng)具備多厚，功能薄膜及納米化層工作厚度應(yīng)是多少等；二是出于工藝可達(dá)性，即納米表面技術(shù)在制配涂覆層及改性層時(shí)，工藝上能達(dá)到的最佳厚度及最大厚度。在表面技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)找出工作要求厚度與可實(shí)現(xiàn)厚度之間的結(jié)合點(diǎn)，從而確定出涂覆層或改性層的厚度尺寸。并可據(jù)此提出有涂覆層零件的預(yù)加工量和涂覆層形成后的光整加工余量。不同的表面技術(shù)制備出的涂覆層及改性層的厚度見(jiàn)表147。表147 當(dāng)前納米表面技術(shù)制備出的涂覆層及改性層厚度表面技術(shù)涂覆層及改性層的厚度（mm）最佳厚度最大厚度納米電刷鍍鎳鍍層納米熱噴涂～10氣相沉積～納米粘涂10金屬納米化加工～一般的規(guī)律是，隨著涂覆層厚度的增加，涂覆層的內(nèi)應(yīng)力加大，從而影響涂覆層自身的機(jī)械性能以及涂覆層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度。所謂最佳厚度是指工藝上容易實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用場(chǎng)合較多、綜合機(jī)械性能又沒(méi)有明顯下降時(shí)的厚度。對(duì)于要求厚度較大的場(chǎng)合，可以采用設(shè)置“夾心層”的辦法制備出復(fù)合式的涂覆層，以降低涂覆層內(nèi)應(yīng)力。在表面工程的術(shù)語(yǔ)中，有無(wú)膜、薄膜與厚膜之分。無(wú)膜是指通過(guò)金屬表面納米化加工或離子注入或熱滲擴(kuò)等技術(shù)只改變表面的成分、組織結(jié)構(gòu)，從而改變了表面的性能，零件表面沒(méi)有尺寸變化，這類(lèi)表面技術(shù)可稱為表面改性技術(shù)。關(guān)于薄膜與厚膜有兩種劃分方法，一種是以膜的厚度來(lái)界定，如有的學(xué)者提出：小于25mm的膜稱為薄膜，大于25mm的膜稱為厚膜。筆者支持按功能進(jìn)行分類(lèi)的提法，即把各種保護(hù)性膜稱厚膜（如耐磨層、耐腐蝕層、抗氧化層、隔熱層等），而把各種功能膜稱為薄膜（如光學(xué)膜、微電子膜、信息儲(chǔ)存膜等）。本書(shū)又將薄膜、厚膜統(tǒng)稱為涂覆層。 涂覆層與基體的結(jié)合強(qiáng)度在選擇表面技術(shù)時(shí)，必須考慮涂覆層與基體的結(jié)合是否牢靠，是否滿足工作條件需要。涂覆層與基體金屬的結(jié)合強(qiáng)度見(jiàn)表148。表148 涂覆層與基體金屬的結(jié)合強(qiáng)度表面技術(shù)涂覆層與基體的結(jié)合強(qiáng)度納米復(fù)合電刷鍍沖擊法60㎏納米等離子噴涂30～80MPa納米超音速火焰噴涂40～90MPa納米電弧噴涂20～40MPa物理氣相沉積高速鋼上離子鍍TiN,膜厚2μm～3μm，對(duì)應(yīng)結(jié)合力為220～285MPa級(jí)納米粘涂熱粘20～40MPa；冷粘10～20MPa涂覆層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，與涂覆層的制備工藝有重要的關(guān)聯(lián)，前面列舉的結(jié)合強(qiáng)度數(shù)值，是在嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)處理規(guī)范和嚴(yán)格執(zhí)行涂覆層制配工藝的條件下獲得的。不執(zhí)行預(yù)處理規(guī)范和不正當(dāng)?shù)牟僮鞴に嚲碗y獲得理想的結(jié)合性能。涂覆層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，還和零件材質(zhì)的線脹系數(shù)、涂覆層材質(zhì)的線脹系數(shù)之間的差異相
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1