金屬表面改性技術(shù)分類

表面改性技術(shù)的定義：表面改性是指采用某種工藝手段是材料表面或得與基體材料的組織結(jié)構(gòu)、性能不同的一種技術(shù)。

技術(shù)優(yōu)勢：材料經(jīng)過表面改性處理后，既能發(fā)揮基體材料的力學(xué)性能，又能使材料表面獲得各種特殊性能；表面改性技術(shù)可以掩蓋基體材料的表面缺陷，延長材料和構(gòu)件的使用壽命；節(jié)約稀有 貴 重金  屬材料，改善環(huán)境。

表面改性技術(shù)的分類：金屬表面形變強化、表面熱處理、金屬表面化學(xué)熱處理、離子束表面擴滲處理、高能束表面處理、離子注入表面改性。

金屬表面形變強化

表面形變強化技術(shù)中常用的有噴丸、滾壓、豪克能技術(shù)。PVD原理示意圖工藝流程:PVD前清洗→進爐抽真空→洗靶及離子清洗→鍍膜→鍍膜結(jié)束，冷卻出爐→后處理（拋光、AFP）。噴丸使用高壓或壓縮空氣作動力，比較靈活但動力消耗大；滾壓大家都很清楚，結(jié)合金屬冷做硬化的原理提升工件的硬度和耐磨性；豪克能技術(shù)是一項先進的金屬形變強化技術(shù)，采用30KHZ以上的振動頻率的高頻振動以及一定數(shù)值的靜壓力，形成對工件的強化加工，具有晶粒細化至納米級、硬度耐磨性提升、同時工件表面Ra達0.2以下的顯著效果；

表面熱處理：僅對工件表面進行加熱、冷卻的工藝，從而改變表層組織和性能而不改變成分的一種工藝。

金屬表面化學(xué)熱處理：利用元素的擴散性，使金屬元素深入金屬表層的一種熱處理工藝。

離子束表面處理：用一定能量的離子轟擊固體表面，使固體近表面層物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的工藝技術(shù)，包括離子注入、離子束混合、離子濺射、離子刻蝕等技術(shù)。該工藝技術(shù)不僅具有常規(guī)粉末冶金工藝工序少、無切削或少切削、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點，而且克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝制品密度低、材質(zhì)不均勻、機械性能低、不易成型薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺點，特別適合于大批量生產(chǎn)小型、復(fù)雜以及具有特殊要求的金屬零件。離子注入是將某種離子“打進”固體，改變固體近表面層的化學(xué)成分和固體結(jié)構(gòu)。離子注入技術(shù)用于半導(dǎo)體摻雜和金屬和其他材料的表面改性。離子束混合是用離子轟擊鍍有多層薄膜的金屬，使各層原子因離子碰撞發(fā)生互混。

利用激光掃描過程中材料自身的組織結(jié)構(gòu)變化或引入其他材料實現(xiàn)工件表面性能的改善，該技術(shù)能選擇性地處理工件表面，有利于在工件整體保持足夠的韌性和強度的同時，表面獲得較高的、特定的使用性能，如耐磨、耐蝕和kang疲  勞、kang氧化等。

電子束使金屬材料表面很快上升到奧氏體相變退度(低于熔化溫度)，持續(xù)一段時間后電子束停止轟擊.熱t(yī)很快向冷的荃體金屬擴散，使加熱表面自行淬火，其組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，表面硬度顯著提離。

粉末冶金齒輪

粉末冶金齒輪是各種汽車發(fā)動機中普遍使用的粉末冶金零件，雖然在大批量的情況下是非常經(jīng)濟實用的，不過在其他方面也有待改進的地方。今天我們就粉末冶金齒輪的缺點，簡單的介紹一下：

粉末冶金齒輪

（1）、粉末冶金齒輪價格與采購批量有關(guān)。MIM(metalInjectionMolding，金屬注射成型)雖然是一個小行業(yè)，相關(guān)從業(yè)人員不超過幾百萬。與機加工工藝相比，粉末冶金齒輪的經(jīng)濟批量一般取決于零件的大小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、產(chǎn)品要求精度以及其它性能要求。在小批量生產(chǎn)的情況下，粉末冶金齒輪的生產(chǎn)成本可能比傳統(tǒng)制造方法的成本高。一般來說，批量5000件以上比較適合用粉末冶金工藝生產(chǎn)；

（2）、粉末冶金齒輪的尺寸大小受到壓機壓制能力的限制。壓機一般都幾噸到幾百噸壓力，直徑基本是在110MM以內(nèi)都可以制作成粉末冶金；

（3）、粉末冶金齒輪受結(jié)構(gòu)限制。由于壓制和模具上的原因，一般不適宜生產(chǎn)蝸輪、人字形齒輪和螺旋角大于35°的斜齒輪。斜齒輪一般建議把斜齒設(shè)計在15度以內(nèi)；

（4）、粉末冶金齒輪的厚度受到限制。模腔深度和壓機行程必須是齒輪厚度的2～2.5倍，同時考慮到齒輪高度縱向密度的均勻性，因此粉末冶金齒輪的厚度也是很重要的；

以上是粉末冶金齒輪一些缺點，不過凡事有利就有弊，相信隨著時代的快速發(fā)展，粉末冶金齒輪的不足點也會慢慢的得到改善。

AIM工藝簡介及AIM生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

MIM和CIM是粉末注射成形工藝的兩大分支。四、金屬熱處理的第四把火——回火：1、回火為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于710℃的某一適當溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻，這種工藝稱為回火。其中MIM是發(fā)展最早也最成熟的一個分支，被稱為21世界最熱門的零部件成形技術(shù)，它也的確沒有辜負這樣一個榮譽，其產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展和壯大，并擁有了專門的金屬注射成形生產(chǎn)設(shè)備。現(xiàn)在粉末注射成型工藝一出現(xiàn)第三大分支：AIM，即鋁合金注射成型。近年來，隨著金屬注射成形工藝的不斷成熟和普及，人們也越來越關(guān)注鋁合金這種具有優(yōu)異功能的特殊復(fù)合金屬，因鋁合金種類繁多，性質(zhì)差異較大，表面極易被氧化的特點，其在注射成形方面與普通金屬或合金要求是不同的，于是才會出現(xiàn)專門的AIM——鋁合金注射成形。

任何一個工藝要想發(fā)展，形成一種產(chǎn)業(yè)，必須要通過生產(chǎn)設(shè)備的改進和升級來為企業(yè)提高生產(chǎn)效率，AIM也不例外，zui初它是沒有專用的設(shè)備的，傳統(tǒng)粉末冶金和注塑行業(yè)通用生產(chǎn)設(shè)備以及金屬注射成形專用設(shè)備的都曾被用于該工藝中。2、能清理工件表面的微小毛刺，并使工件表面更加平整，消除了毛刺的危害，提高了工件的檔次。但是它有其獨特的原料特點，那些非專用生產(chǎn)設(shè)備都無法很好滿足其正常生產(chǎn)需要，即使勉強可以使用制品的質(zhì)量也大打折扣。

AIM生產(chǎn)設(shè)備(主要是混煉造粒設(shè)備和注射設(shè)備)的研究是近幾年才開始的，因為鋁合金注射成形技術(shù)是非常先進的一門技術(shù)，國內(nèi)對其研究也是剛剛開始，目前南京科技大學(xué)對此領(lǐng)域研究較早較多并已經(jīng)取得一定研究成果，在領(lǐng)域的水平可以達到世界前三。缺陷：必須使MIM固有的缺陷處于非關(guān)鍵位置，或制造成型后可以除去，例如澆口印跡，頂針印跡或結(jié)合線。由于鋁合金粉末的摩擦系數(shù)比普通金屬粉末和陶瓷粉末都要小，因此就混煉設(shè)備和注射設(shè)備來講，原則上是可以與其共用的。

隨著AIM企業(yè)對生產(chǎn)效率和設(shè)備自動化，加工連續(xù)化程度以及設(shè)備性能等要求的提高，專業(yè)的鋁合金注射成形混煉機、造粒機及注射機的研究開始被眾多機械設(shè)備制造商提上日程。

目前國內(nèi)已有少數(shù)幾家機械設(shè)備制造商通過與高等院校合作的方式，在AIM專用生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)方面取得了初步的成效，并在一些企業(yè)開始試用，其功能和特性還有待在以后的生產(chǎn)實踐中不斷摸索和改進，相信隨著科技不斷進步，這些生產(chǎn)設(shè)備也會朝著智能化、環(huán)保化、自動化發(fā)展。但是從行業(yè)發(fā)展的總體情況來看，我國現(xiàn)階段的MIM前景喜人，但在某些方面與國外還存在一定差距。

我國近十年來粉末冶金成形新技術(shù)綜述

粉末冶金是一項集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形、少污染的先進制造技術(shù)，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進入當代材料科學(xué)的發(fā)展前沿。

   目前粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、低成本方向發(fā)展，本文著重介紹幾種近十年來粉末冶金零件的成形新技術(shù)。

   一、溫壓技術(shù)

   溫壓技術(shù)是粉末冶金領(lǐng)域近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)，可生產(chǎn)出高密度、高強度，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。六、金屬拉絲拉絲：是通過研磨產(chǎn)品在工件表面形成線紋，起到裝飾效果的一種表面處理手段。所謂溫壓技術(shù)就是采用te制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤滑劑的預(yù)合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動控制在±2．5℃以內(nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進行壓制、燒結(jié)而制得粉末冶金零件的技術(shù)。其技術(shù)關(guān)鍵：一是溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng)。

   與傳統(tǒng)工藝相比，溫壓成形的壓坯密度約有0.15～0.30g／cm3的增幅，其密度可達7.45g／cm3。三、空氣氣氛：這種燒結(jié)氣氛主要是在燒結(jié)爐內(nèi)通過一定空氣氣體，也可以看作是在常壓狀態(tài)下燒結(jié)，一般在金屬復(fù)合材料和陶瓷材料的燒結(jié)制品中應(yīng)用。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強度平均高13．5％，沖擊韌性可提高33％。另外，溫壓零件的生坯強度高，可達2O～30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運過程中的破損率而且能對生坯進行機加工，表面光潔度好。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時零件性能均一，產(chǎn)品精度高，材料利用率高。

   溫壓工藝還有一個特點是工藝簡單，成本低廉。研究表明，假如一次壓制、燒結(jié)的普通粉末冶金工藝的成本為1.0，則粉末鍛造的相對成本為2.0，復(fù)壓復(fù)燒的相對成本為1.5，滲銅的相對成本為1.4，而溫壓技術(shù)的相對成本為1．25。新型組合材料：MIM可制造出傳統(tǒng)工藝難以制造的新型組合材料，例如疊片的或兩種材料結(jié)構(gòu)的或耐磨耗用的混合的金屬-陶瓷材料。目前，采用溫壓技術(shù)生產(chǎn)的粉末冶金零件已達200多種，零件重量在5—1200g。例如，德國SinterstahlGmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動用同步齒環(huán)，在美國新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國際會議上獲獎。該零件的齒部密度超過7.3g／cm，環(huán)體密度超過7.1g／cm，生坯強度達到28MPa。采用了擴散合金化的燒結(jié)硬壓粉末，zui低抗拉強度為850MPa。由于使用了溫壓技術(shù)和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38％。

   二、流動溫壓技術(shù)

   流動溫壓技術(shù)(Warm Flow Compaction，簡稱WFC)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點而提出來的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)。表面處理是通過一種材料經(jīng)過加工轉(zhuǎn)化為另一種物體表面的方式叫表面加工，主要是為了提高物體表面的美觀感，金屬表面工藝處理還可以保護材料不受環(huán)境污染破壞，目前我們常見的有烤漆和電鍍兩種。其關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動性。它通過提高了混合粉末的流動性、填充能力和成形性，從而可以在8O～130~C溫度下，在傳統(tǒng)壓機上精密成形具有復(fù)雜幾何外形的零件，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而不需要其后的二次機加工。WFC技術(shù)既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復(fù)雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術(shù)的高成本，是一項極具潛力的新技術(shù)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

   WFC技術(shù)作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)，其主要特點如下：(1)可成形具有復(fù)雜幾何形狀的零件；(2)壓坯密度高、密度均勻；(3)對材料的適應(yīng)性較好；(4)工藝簡單，成本低。