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镜面加工
低温离子渗硫催渗技术中的豪克能表面纳米化工艺
镜面加工 2021-09-26
低温离子渗硫催渗技术研究现状及展望
王志,韩彬
(中国石油大学(华东)机电工程学院,山东青岛266580)
[摘要]―低温离子渗硫技术可制备摩擦学性能优良的固体润滑剂,目前制备的渗硫层覆盖不均匀,保存运输过程中易损坏,服役寿命较短。综述了低温离子渗硫技术的各种催渗工艺与方法以及各自的特点与适用范围,并指出了该技术未来的发展趋势。
[关键词]低温离子渗硫;催渗;摩擦学性能
[中图分类号]TC174.44[文献标识码]A
[文章编号]1001 -1560( 2016) 08 -0052-04
DOI:10.16577lj.cnki.42-1215/tb.2016.08.016
 
 
        20世纪80年代,首次发现固体硫蒸汽的辉光放电效应”。随着真空等离子体技术的发展以及对离子渗氮技术的借鉴,低温离子渗硫(LTIS)技术应运而生。LTIS技术成本低,效率高,工件无变形且对环境无污染,因此广泛应用于冶金、汽车、机械等行业,受到世界各国的青睐⑵
目前通过LTIS技术制备的渗硫层存在覆盖不均匀、厚度薄﹑服役寿命短等问题,难以大幅度改善工件表面的摩擦学性能,限制了该技术的使用范围日。为此,科研人员借鉴离子渗氮提出了不同的催渗技术,如预氧化甲、表面纳米化“、“两步法”催渗“等方法。本文分析归纳了各种不同的催渗技术,指出各种技术的特点、可行性以及发展趋势,以期获得覆盖更均匀、结合力更强的渗硫层,扩大低温离子渗硫技术的应用范围,推动其工业化进程。
 
表面纳米化处理催渗
        目前,低温离子渗硫(LT1S)技术的主要应用之一是制备FeS固体润滑薄膜。但对于某些合金材料(如钴基合金、镍基合金等),因Fe原子含量较少,难以获得致密均匀的渗硫层,而增加表层Fe原子的活性可极大地改善渗硫效果。表面纳米化处理可以改善材料的物理、化学性能,增大金属表面的活性和扩散能力,尤其是对化学热处理的改善效果显著,可有效解决上述问题。表面纳米化处理在离子渗氮中的应用已非常普遍,纳米化处理可以显著提高渗氮层厚度和硬度,降低渗氮的温度,减少渗氮工件的畸变8。已有研究证明9~12,表面纳米化处理可以大幅降低离子渗的保温温度,缩短保温时间。这有利于提高生产效率,降低成本,推进该技术的工业化进程。目前,常见的表面纳米化方法可分为两类:一是利用弹丸或微粒进行喷射来获得纳米化金属表面,如喷丸、超音速微粒轰击等;二是以外加载荷重复压入或划擦表面来制备,豪克能处理即利用的此种原理。
 
豪克能表面纳米化
        豪克能是一种激活能与冲击能的复合能量。豪克能表面纳米化是利用金属在常温下的冷塑性特点,通过超声波推动冲击工具在金属表面做高频冲击运动(频率在每秒2万次以上),使金属表层发生严重的压缩塑性变形,表层晶粒得以细化,表层可预置高达600MPa的压应力,耐磨耐蚀性提高,疲劳寿命延长数倍。
        豪克能处理金属表面起到一定的催渗作用日。对镍基熔覆层表面进行豪克能处理,表层晶粒尺寸可达26.10 nm。在其上面进行低温离子渗硫,FeS含量明显增加,渗硫层更加致密均匀,边缘效应小。渗硫前熔覆层要打磨平整才能使用,试验所用表面接近熔覆层中部,故晶粒偏粗大,而纳米化处理后表面的组织为细小的胞状晶。观察发现,未纳米化处理的试样渗硫层覆盖很不均匀,存在凹坑与渗硫层剥落现象,而纳米化试样的渗硫层覆盖均匀致密,无明显剥落现象。

        综上可得,表面纳米化预处理可有效地促进低温离子渗硫过程,对于提高渗硫层的厚度和均匀性作用明显,尤其是豪克能处理不仅可起到纳米化作用,还可提高材料表面的硬度、降低表面粗糙度,为低温离子渗硫提供了较为理想的基体表面。