表面强化技术
激光表面强化技术及其应用
激光表面强化技术及其应用
激光表面强化技术是一项全新的技术，可以实现金属的表面改性，改善材料的表面性能，提高材料的耐磨性、腐蚀性和破坏性，延长外壳的使用寿命。
通常情况下，激光表面强化技术可以满足金属表面的改性需求，并且可以快速、灵活地制备。
激光表面强化技术可以应用于很多领域，如汽车配件表面加工、矿山机械表面加工、制冷管材表面加工和其他机械设备表面加工等。
在汽车配件表面加工中，激光表面强化技术可以提高碳素钢的耐磨性，改善碳素钢的表面性能，以及改善碳素钢表面的粗糙度。
而在矿山机械表面加工中，激光表面强化技术可以提高不锈质件的耐磨性，提升不锈钢件的表面质量，从而延长机械设备的使用寿命。
在制冷管材表面加工中，激光表面强化技术可以增加管材表面硬度，提高管材的耐腐蚀性和耐磨性，以及降低热膨胀系数，从而改善管材的使用性能。
此外，激光表面强化技术还可以应用于其他机械设备表面加工，如各种非金属件的表面加工，可以显著改善非金属件的表面性能。
激光表面强化技术的应用非常广泛，不仅可以改善金属和非金属表面的性能，还可以应用于多种机械设备的表面加工，提高机械设备的使用性能和使用寿命。
激光表面强化技术是未来金属表面加工技术进步的重要利器。
金属材料表面强化技术研究
金属材料表面强化技术研究金属材料是广泛应用于航空、汽车、机械等重要产业中的材料。
面对各种应用场景，如何提升金属材料的性能和耐久度是目前热门的研究领域之一。
面对这个目标，金属材料表面强化技术成为了一个关键的手段。
本文将探讨金属材料表面强化技术的研究。
一、概述表面强化技术对于金属材料来说，是指对金属材料表面进行物理、化学等方面的处理，从而提升金属材料的性能与耐久度。
金属材料表面强化技术的研究主要包括以下几个方面：1. 表面涂层：把其他金属材料或陶瓷材料涂在金属表面，以形成一个保护层，使金属表面与环境隔离。
例如，利用高温熔融法制备陶瓷涂层、利用等离子喷涂制备Metal-Ceramic混合涂层。
2. 表面热处理：利用高温或者冷处理等技术，对金属材料表层进行处理，改变材料的晶粒状态、相结构等，使金属材料的性能得到提升。
例如，采用高能离子轰击等技术来进行表面改性。
3. 表面改性：引入外界的元素或晶粒，从而改变金属材料的性能。
例如，采用电化学沉积、化学气相沉积等表面改性技术。
二、表面涂层类技术1. 陶瓷涂层技术陶瓷涂层技术利用化学反应、高速喷涂等技术在金属表面形成一层坚硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温的陶瓷涂层，从而保护金属表面。
陶瓷涂层技术分析表层组成结构，发现C2H2气化产物的中间产物没有被H2转化为多孔储氢剂，而先转化为了有价电子的物种，使得C2H2分子在催化剂表面的氢分子较少而生成了大量的碳纳米管。
2. 金属涂层技术金属涂层技术可以将高硬度金属制成材料热喷涂在钢面上，增强其使用寿命和性能，延长其使用寿命，具有很高的实用价值。
在具体研究上，可以采用低功率高密度强流电子束或者离子束束流照射方法，实现钢板表面进行Cr/Ni/Cr三层涂层的研究。
三、表面改性类技术1. 压电材料表面强化技术压电材料表面强化技术是利用电-压-软化复合作用，在压电电场下使金属材料表面发生塑性变形，并晶化、强化及提高稳定性的技术。
例如，采用单向拉伸和卷曲压力方式对不锈钢制备了压电芯片。
第七章 表面形变强化技术
渗碳钢经喷丸后的残余压应力
• 常用的渗碳钢经喷丸后，表层的残留奥 氏体有相当大的一部分将转变成马氏体， 因相变时体积膨胀而产生压应力，从而 使得表层残余应力场向着更大的压应力 方向变化。
• 在相同喷丸压力下： • 大直径弹丸喷丸后的压应力较低，压应 力层较深； • 小直径弹丸喷丸后表面压应力较高，压 应力层较浅，且压应力值随深度下降很 快。 • 对于表面有凹坑、凸台。划痕等缺陷或 表面脱碳的工件，通常选用较大的弹丸， 以获得较深的压应力层，使表面缺陷造 成的应力集中减小到最低程度。
喷丸产生的残余压应力
• 经喷丸和滚压 后，金属表面产生 的残余压应力的大 小，不但与强化方 法、工艺参数有关， 还与材料的晶体类 型、强度水平以及 材料在单调拉伸时 的硬化率有关。
残余压应力
• 具有高硬化率的面心立方晶体的镍基或铁 基奥氏体热强合金，表面产生的压应力高， 可达材料自身屈服点的2－4倍。
喷丸强度
• 当弧高度f达到饱和值，试片表面达到全覆 盖率时，以此弧高度f定义为喷九强度。 • 喷丸强度的表示方法是0.25C或fc=0.25， 字母或脚码代表试片种类，数字表示弧高 度值（单位为mm）。
（2）表面覆盖率试验
• 喷丸强化后表面弹丸坑占有的面积与总面 积的比值称为表面覆盖率。 • 一般认为，喷丸强化零件要求表面覆盖率 达到表面积的100％即全面覆盖时，才能有 效地改善疲劳性能和抗应力腐蚀性能。
（4）玻璃弹丸
• 近十几年发展起来的新型喷丸材料， 已在国防工业和飞机制造业中获得广泛应 用。 • 脆性较大 。
（5）陶瓷弹丸
• 弹丸硬度很高，但脆性较大。喷丸后表层 可获得较高的残余应力。
（6）聚合塑料弹丸
• 是一种新型的喷丸介质，以聚合碳酸酯为 原料，颗粒硬而耐磨，无粉尘，不污染环 境，可连续使用，成本低，而且即使有棱 边的新丸也不会损伤工件表面。
表面强化工艺
表面强化工艺
是一种通过某种工艺手段使零件表面获得与基体材料不同的组织结构和性能的技术。
这种技术可以提高零件的硬度、强度、耐磨性、疲劳强度以及抗冲击性能等，从而延长零件的使用寿命，节约稀有、昂贵材料，并促进高新技术的发展。
常见的表面强化方法有以下几种：
1. 喷丸强化：通过高速喷射具有一定硬度的丸粒（如钢丸、玻璃丸等）对零件表面进行冲击，使其产生冷态塑性变形，从而提高硬度和抗磨性。
2. 滚压加工：利用滚压工具在零件表面形成一定的压缩层，提高其硬度和抗磨性。
滚压加工包括滚压、滚磨、滚光等方法。
3. 液体磨料强化：采用一种特殊的液体介质（如珩磨油、乳化液等），其中含有具有一定硬度的磨料颗粒。
通过液体介质对零件表面进行磨擦，使表面产生冷态塑性变形，从而提高硬度和抗磨性。
4. 表面热处理：通过改变零件表面层的组织结构，使其获得一定的硬度和强度。
常见的表面热处理方法有淬火、回火、渗碳、渗氮等。
5. 化学表面处理：通过化学方法改变零件表面的组织结构和性能，如化学镀、化学转化膜等。
表面强化工艺是一种通过各种方法提高零件表面性能的技术，可以延长零件的使用寿命，节约材料，并提高零件的性能。
在汽车制造、航空航天、机械制造等领域有广泛的应用。
表面强化技术在焊接领域中的应用研究进展
表面强化技术在焊接领域中的应用研究进展摘要：科技在迅猛发展，社会在不断进步，焊接技术以其成本低、工艺简单等优点被广泛应用于结构和构件的制造。
但是，焊接过程通常会对焊接件施加残余拉伸应力，这往往会对焊接接头的疲劳性能等造成不利影响。
表面强化技术可以显著改善材料的力学性能。
综述了辊轧、高频冲击、喷丸法、激光冲击以及超声冲击法等对焊接接头性能的影响，并对其发展方向进行了展望。
关键词：表面强化;焊接;组织;力学性能引言焊接过程中，在形成焊缝的同时，不可避免地在其附近的母材内，经历了一次焊接热循环的特殊热处理，因而形成了一个组织和性能均不同于母材的焊接热循环区。
焊接热影响区本身是一个组织和性能极不均匀的区域；其中一些组织和性能变坏了的部位往往成为整个焊接接头中最薄弱环节，对焊接质量起着控制作用。
很多焊接结构的破坏事故都与其焊接热影响区的性能恶化有关。
国内常用的焊接后处理方法是热处理、过载处理、振动法调整残余应力处理、锤击处理、爆炸消除应力处理、温差拉伸法消除焊接残余应力。
1热喷涂技术热喷涂是利用一种热源将喷涂材料加热至熔融状态并通过气流吹动使其雾化高速喷射到零件表面以形成喷涂层的表面加工技术。
目前在模具行业中主要发展有火焰喷涂和等离子喷涂等技术。
由于热喷涂层具有耐磨、耐蚀、减摩、抗咬合等性能可为模具提供耐磨而坚韧的热喷涂厚涂层因此特别适用于大型模具以及严重磨损条件下的模具修复。
等离子喷涂是以氮、氩等惰性气体作为工作介质在专用的喷枪内发生电离形成热等离子体再将进入该等离子弧区的粉末状涂层材料熔融、雾化并高速喷送到被涂工件表面形成涂层。
由于整个工艺集熔化、雾化、快淬、固结等过程为一体且所获组织致密、结合牢固因此在涂层技术中占主导地位。
但等离子喷涂也存在如需要高纯气体且成本较高等缺点。
目前除常压下气稳式喷涂工艺外又发展出优点更为突出的低压等离子喷涂及液稳式喷涂工艺正逐步推广使用。
而火焰喷涂与等离子喷涂相比成本较为低廉、操作简便但结合的强度和密度相对较弱。
钛合金的表面强化技术
钛合金的表面强化技术钛合金是一种高强度、高耐腐蚀性的金属材料，广泛应用于航空、航天、医疗、化工等领域。
然而，由于其表面硬度和耐磨性较低，容易受到磨损和划伤，因此需要采取表面强化技术来提高其性能。
下面介绍几种常见的钛合金表面强化技术。
1. 氮化处理氮化处理是目前应用最广泛的表面强化技术之一。
通过在钛合金表面形成氮化层来提高其硬度和耐磨性。
氮化处理分为等离子氮化和氨气氮化两种类型。
等离子氮化是指将钛合金放置在高温下，使氮气分解并离子化，产生负离子氮，形成氮化层。
氨气氮化是指将钛合金表面覆盖一层氮化物衬底，在高温下将氨气注入气氛中，通过扩散形成氮化层。
氮化处理能使钛合金表面硬度提高两倍以上，耐磨性和抗疲劳性能也有所提高。
2. 碳化处理碳化处理是将钛合金表面涂覆一层碳质细粉，然后在高温下使其扩散反应，形成一层碳化物。
碳化处理能够提高钛合金表面硬度，降低磨损和摩擦系数，增加其使用寿命。
但碳化层较脆，容易开裂和脱落，需要加强边角区域的保护。
3. 氟化处理氟化处理是将钛合金表面涂覆一层氟聚合物，然后在高温下使其分解，形成一层氟化物膜。
氟化膜具有很好的防腐蚀性能和润滑性能，能够降低钛合金表面的磨擦和磨损，延长其使用寿命。
但氟化处理容易受到环境中的杂质和污染物的影响，需要在清洗前进行处理。
4. 微弧氧化处理微弧氧化处理是一种在电解液中加高电压，使钛合金表面产生氧化层的技术。
氧化层硬度高、耐磨性好、耐蚀性强，在航空、航天等领域具有广泛的应用。
但微弧氧化处理需要掌握处理参数，对处理设备的要求比较高，成本也相对较高。
总之，钛合金表面强化技术为钛合金的应用提供了重要的支撑。
在实际应用中需要根据具体情况选择合适的强化技术，对钛合金表面进行处理，以提高其性能和使用寿命。
钛合金作为一种高强度、高耐腐蚀性的金属材料，已经被广泛应用于航空、航天、医疗、化工等领域。
下面列举了一些与钛合金有关的数据，进行详细分析。
1. 钛合金的硬度钛合金的硬度与其合金成分、制备工艺、热处理等因素有关。
激光表面强化技术及其应用
激光表面强化技术及其应用随着科技的不断发展，激光技术已经成为现代工业生产中不可或缺的一部分。
激光表面强化技术是近年来发展起来的一种新型表面处理技术，它可以使材料表面的硬度、耐磨性、抗腐蚀性等性能得到显著提高，从而提高材料的使用寿命和可靠性。
本文将从激光表面强化技术的原理、方法和应用方面进行探讨。
一、激光表面强化技术的原理激光表面强化技术是利用激光束高能量密度的特点，将激光束聚焦到材料表面，使其表面受到高温和高压的作用，从而改变其组织结构和化学性质，提高其硬度、耐磨性和抗腐蚀性等性能。
具体来说，激光束在材料表面产生高温和高压，使表面材料发生相变、熔化、蒸发等过程，同时还会激发材料中的原子、分子等产生化学反应，形成新的化合物或化学键，从而改变表面材料的化学性质。
这些变化使得材料表面的硬度、耐磨性和抗腐蚀性等性能得到显著提高。
二、激光表面强化技术的方法激光表面强化技术的方法主要分为以下几种：1. 激光淬火：利用激光束高能量密度的特点，将其聚焦到材料表面，使其表面迅速升温，然后快速冷却，从而使表面形成高硬度的淬火层。
这种方法适用于钢、铁等金属材料。
2. 激光熔覆：将激光束聚焦到材料表面，使其表面熔化，然后喷射一定量的粉末或线材，形成一层新的涂层。
这种方法适用于各种金属材料和陶瓷材料。
3. 激光表面改性：利用激光束高能量密度的特点，将其聚焦到材料表面，使其表面发生物理和化学变化，从而改变其表面性质。
这种方法适用于各种材料。
三、激光表面强化技术的应用激光表面强化技术具有广泛的应用前景，主要包括以下几个方面： 1. 汽车制造：激光表面强化技术可以提高汽车零部件的硬度和耐磨性，从而增加汽车的使用寿命和可靠性。
2. 航空航天制造：激光表面强化技术可以提高飞机发动机叶片、涡轮等零部件的耐磨性和抗腐蚀性，从而提高飞机的性能和可靠性。
3. 电子制造：激光表面强化技术可以提高电子器件的耐磨性和抗腐蚀性，从而提高电子器件的使用寿命和可靠性。
表面强化技术
2．激光表面处理原理：激光束向金属表面层进行热传递，金 属表层和其所吸引的激光进行光热转换。由于光子能穿过金属 的能力极低，仅能使金属表面的一薄层温度升高，加之金属导 带电子的平均自由时间只有10-3s左右，因此，这种交换和热平 衡的建立是非常迅速的。从理论上分析，在激光加热过程中， 金属表面极薄层的温度在微秒(10-6s)级，甚至纳秒(10-9s)级或皮 秒(10-12s)级内就能达到相变或熔化温度。 3．激光表面处理设备： 4．激光表面处理技术： （1）激光表面强化 （2）激光表面涂敷 （3）激光表面非晶态处理 （4）激光表面合金化 （5）激光气相沉积
二、表面热处理强化 和表面化学热处理强化
1、表面热处理： 定义：通过对零件表层加热，冷却，表层发生相变，从而改 变表层组织和性能而不改变成分的一种技术，它是最基本、应 用最广泛的表面强化技术之一。 原理：当零件表面层快速加热时，零件截面上的温度分布是 不均匀的，表层温度高而且由表及里逐渐降低。当表面的温度 超过相变点以上达到奥氏体状态时，随后的快冷使表面获得马 氏体组织，而零件的心部仍保留原组织状态，表面得到硬化层， 这样就达到强化零件表面的目的。 常用方法：高频和中频感应加热表面淬火，火焰加热表面淬 火，接触电阻加热表面淬火，浴炉(高温盐浴炉)加热表面淬火 等。以上除接触电阻加热表面淬火外，其它均为常规的热处子束表面相变强化 (2)电子束表面重熔 (3)电子束表面合金化 (4)电子束表面非晶态处理 3．电子束表面处理设备
三、电火花强化P68
定义：通过电火花的放电作用把一种导电材料涂敷熔渗 到另一种导电材料的表面，从而改变后者表面的性能。 (如把硬质合金材料涂到用碳素钢制成的各类刀具、量具 及零件表面，可大幅提高其表面硬度(硬度可达70～74HRC)、 增加耐磨性、耐腐蚀性，提高使用寿命1～2倍。) 适用范围：上述各类零件的表面强化和磨损部位的修补。 原理：在电极与工件之间接直流或交流电，振动器使电 极与工件之间的放电间隙频繁发生变化并不断产生火花放 电，经多次放电并相应移动电极的位置，就使电极材料熔 结覆盖在工件表面上，从而形成强化层。
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一、原理
• 1.定义：是指在金属材料表面施加外力， 使表面比较薄的一层发生塑性变形，晶粒 得到细化，从而提高零件表面疲劳强度和 抗应力腐蚀能力的工艺手段。
• 2.机理： 加工硬化机理。即随变形量的增 加，金属强度硬度升高，塑性韧性下降。
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• 2.机理： 加工硬化机理。即随变形量的 增加，金属强度硬度升高，塑性韧性下 降。
深的塑性变形层和较大的残余压应力值，但是要
求获得较低粗糙度表面时，常采用玻璃丸。不锈 钢、铝合金、钛合金一般也采用玻璃丸。
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• 4.受控喷丸对材料表面形貌与性能的影响
（1）对材料表面硬度影响 硬度大幅度提升，硬化层最高可达1.5mm。
（2）对材料表面粗糙度影响 （3）对疲劳寿命与抗应力腐蚀能力的影响
概述
表面强化技术：在这里指材料表面 不增加外来材料的情况下，靠施加 外力或热处理等手段改变材料表面 的组织结构，从而提高表面强度、 硬度、抗疲劳和应力腐蚀性能的工 艺方法。
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• 表面形变强化 • 表面相变强化
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8.1表面形变强化
• 原理 • 喷丸强化 • 表面滚压技术 • 孔挤压强化
超音速表面喷丸的生产效率是普通喷九的2—4倍、 特别适用于大型结构件表面高效喷丸强化。
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三、表面滚压技术
• 1.定义：是在一定压力作用下，滚球或辊 轴对被加工零件表面进行滚压或挤压， 使其发生塑性变形，形成强化层的工艺 过程。
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▪ 3.特点：表面改性层最大深度达5mm以
• 特点：叶轮式喷丸 机中弹丸流的位置 与速度都不易改变， 常用于形状简单批 量较大的工件。
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• （2）气动式喷丸机
• 特点：依靠调节空气压力来改变弹丸的速 度，适合于表面形状复杂的零件和批量较 小的生产条件。
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技术关键：
是根据零件的材料和形状特点控制 弹丸流的速度和控制零件表面与弹 丸流的相对运动。
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6.喷丸新技术－旋片喷丸技术
20世纪80年代，我国航空维修单位开始应用旋片 喷丸技术，它是喷丸技术的一个分支和新发展。 旋片喷丸的喷丸是通过特种牢固剂牢固地固定在 旋片上。旋片以高速旋转并反复撞击零件表面而 达到喷丸强化的目的。强化效果极佳。
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6.喷丸新技术－塑料喷丸退漆
为对飞机等重要大型结构件的表面进行表面无损 检测寻找疲劳裂纹和硬性损伤，首要的表面工艺 是退漆。传统的方法是使用化学剂剥离或用砂轮 手工打磨，这两种方法均存在不足之处。
可以大幅度提高材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀能 力。例如，对纯铁、1Cr18Ni9Ti不锈钢、20钢、 45钢和60Si2Mn钢进行喷丸以后，疲劳强度提高 14%～47% 不等 。
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• 5.受控喷丸技术的典型应用
• 主要应用承载的机械零件。如飞机起落 架、框架、大梁、发动机，汽车车轴、 叶片等。
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▪ 例：
▪ 重要的焊接件的焊缝及热影响区采用受
控喷丸后，拉应力可以转变为压应力， 从而改善焊缝区域的疲劳强度。
▪ 汽车用钢板弹簧喷丸后疲劳寿命可延长5
倍。
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例如：合金高强钢18Cr2Ni4WA，末喷丸处理 前的疲劳寿命为1.38×105。次(裁荷+600MPa)；经喷丸强化后的疲劳寿命达 1.04×107(喷九后的表面压应力为800MPs)， 疲劳寿命提高了74.3倍。
塑料喷丸退漆是近年来发展起来的新工艺。其原 理为：颗粒状塑料在压缩空气的作用下．通过喷 管高速喷射到工件表面在塑料丸较锋利的棱角切 割和冲撞击打双重作用下使漆层表面发生割裂和 剥离，从而达到高效退漆的目的。
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6.喷丸新技术－空气火焰超音速表面喷 砂、喷丸
空气火焰超音速表面喷砂、喷丸：空气火焰超音 速表面预处理技术，是利用气体燃料或液体燃料 与高压电气或高压空气．在超音速喷枪燃烧室内 混合燃烧膨胀产生高温高速焰流．从而带动砂粒 或丸粒以超音速喷向零件处理表面。燃烧焰流速 度达1500m/s以上，粒子速度为300—600m/s，从 而可获得高效优质的表面预处理效果。
• 2.工艺方法：棒挤压、套挤压、压印模挤 压、旋压挤压。
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挤压棒挤压强化
衬套挤压强化
压印模挤压强化
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旋压挤压强化
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• 3.特点：孔挤压强化主要针对内孔要求抗 疲劳其它方法又无法做到的工件，比如 飞机上的重要零件，压印模挤压适用于 大型零件及蒙皮等关键承载件的强化 ；
旋压挤压适用于例如起落架等大型零件 的内孔强化等。外力是缓慢、均匀地施 加于工件表面。直接结果是使材料表面 获得预先的压应力，提高其抗疲劳和抗 应力腐蚀性能。
• 原因：a、位错密度随变形量增加而增加， 从而变形抗力增加；b、随变形量增加， 亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍； c、随变形量增加，空位密度增加；d、 几何硬化。
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二、喷丸强化
▪ 1.原理：喷丸强化又称为受控喷丸强化，
是在室温下利用高速喷射的细小硬质弹 丸打击工件表面，使表面层在再结晶温 度下产生弹、塑性变形，并呈现较大的 残余压应力，从而提高表面疲劳强度和 抗应力腐蚀的能力。
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精选.
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精选.
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• 3.喷丸强化的弹丸
• 受控喷丸使用的弹丸有铸铁丸、铸钢丸、不锈钢 丸、钢丝切割丸、玻璃丸和陶瓷丸等。选择弹丸 时，不仅要考虑零件的工艺要求，包括喷丸面预 期的形变层深度、最大残余压应力值和表面粗糙 度，还要考虑喷丸设备条件和弹丸的消耗等。
• 一般地，钢制零件选用铸钢或铸铁丸，以得到较
上。
▪ 4.应用：只适合一些形状简单的平板类零
件、轴类零件和沟槽类零件等，对形状
复杂的零件表面就无法应用了。
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四、孔挤压强化
• 1.定义：利用特定的工模具（棒、衬套、 开合模具等）对工件的孔壁或周边进行 连续、缓慢、均匀的挤压，使其形成一 定厚度的塑性变形层，达到提高表面疲 劳强度和抗应力腐蚀能力的一种表面强 化工艺。
§ 例： 综上所述，喷九强化技术是一种使用简便、
成本低、应用范围广的零件表面强化技术。它 的强化效果主要表现在延长承受交变负荷的零 件使用寿命。这个效果特别明显，也特别立竿 见影，是其它强化方法难以比拟的。
精选.
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• 2.喷丸强化的设备 • （1）叶轮式喷丸机 • （2）气动式喷丸机
精选.Βιβλιοθήκη 10（1）叶轮式喷丸机