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)。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；3、清楚前處理時遺留的殘污，提高工件的光潔度，能使工件露出均勻一致的金屬本色，使工件外表更美觀，好看。

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)。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。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。

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。

選擇MIM技術(shù)的主要準則

日本、美國及歐洲的金屬注射成形協(xié)會聯(lián)合發(fā)布ISO標準-ISO22068燒結(jié)金屬注射成形材料規(guī)范，意在于為設(shè)計與材料工程師提供用MIM工藝制造的零件規(guī)定的材料所需要的資料。關(guān)于選擇MIM工藝準則，確定有下列一些主要事項需要考慮：

☆質(zhì)量/大量

對于在切削加工或磨削加工中材料損耗大的零件，MIM在降低生產(chǎn)成本上極有效。

☆數(shù)量

模具與創(chuàng)建費用對于低產(chǎn)量是難以承受的。因此，當年產(chǎn)量超過20000件時，對于MIM合適。

☆材料

對于像鈦、不銹鋼及鎳合金之類難切削加工的材料設(shè)計的零件，MIM最有吸引力。

☆復(fù)雜性

MIM工藝適合制造幾何形狀復(fù)雜的以及在切削加工中需要轉(zhuǎn)換位置的多軸零件。

☆使用性能

如果使用性能很重要，則MIM的高密度形成的性能經(jīng)常都有競爭力。

☆表面粗糙度

表面粗糙度反應(yīng)了粉末顆粒的大小，然而不像其他競爭的工藝，可控的織構(gòu)可能對成本沒有什么影響。

☆公差

如果要求的公差緊密時，由于需要后續(xù)加工，MIM的成本趨向于增加，燒結(jié)件的公差大概在±0.3%。

☆組合

為了節(jié)省庫存與組裝費用，當講多個零件團結(jié)為一個零件時，可以受益。

☆缺陷

必須使MIM固有的缺陷處于非關(guān)鍵位置，或制造成形后除去例如澆口印跡、提模桿標記或接合線等。

☆新型組合材料

MIM可制造出用傳統(tǒng)工藝難以制造的新型組合材料，例如疊片的、兩種材料結(jié)構(gòu)的或耐磨耗用的混合的金屬-陶瓷材料。

荷蘭公司用金屬3D打印制造超級摩托車電機冷卻

荷蘭超級摩托車制造商Electric Superbike Twente與金屬3D打印公司K3D合作，為其電動自行車的電機生產(chǎn)新的冷卻外殼。這是Electric Superbike Twente使用的一款3D打印金屬組件，在此前的產(chǎn)品開發(fā)中，他們意識到使用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的電機冷卻外殼并不適合高性能摩托車，因此雙方在設(shè)計第二輛電動摩托車后不久就開始合作。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。

傳統(tǒng)制造的局限性

超級摩托車團隊的技術(shù)經(jīng)理Feitse Krekt 評論說：“首輛超級摩托車的冷卻外殼由多個部件組成，這些部件使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，如車削和銑削，很難生產(chǎn)。對于這些生產(chǎn)方法，需要大量的材料，因此最終產(chǎn)品變得非常沉重。而且另外一個問題是，由于車削過程，壁厚需要高于常規(guī)，我們無法盡可能高效地冷卻電動機。所以，電機的功率低于預(yù)期，有時需要放慢速度以使電動機不會過熱?，F(xiàn)在問題MIM改進措施及建議美國、歐洲及日本等世界工業(yè)發(fā)達國家上世紀90年代初基本完成MIM技術(shù)向MIM產(chǎn)業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)變，我國MIM行業(yè)與國外總體水平差距大概在10-15年?！?

因此，超級摩托車決定聯(lián)系K3D，K3D是荷蘭一家從Additive Industries購買了metalFab1 金屬3D打印機的公司，自2016年以來已生產(chǎn)超過35,000種產(chǎn)品。

△用于生產(chǎn)冷卻外殼的metalFab1 3D金屬打印機

K3D的首席技術(shù)官Jaap Bulsink解釋說，使用K3D生產(chǎn)的部件使他們能夠享受傳統(tǒng)制造技術(shù)無法提供的設(shè)計自由，“由于采用薄壁設(shè)計，內(nèi)部通道具有zui佳的冷卻性能，只有金屬3D打印才能實現(xiàn)極佳設(shè)計自由度。重要的是，該部件的設(shè)計重量最輕。該部件打印非常準確，無需任何后處理即可直接使用。工藝流程：前處理→熱水洗→MAO→烘干技術(shù)特點：優(yōu)點：1、陶瓷質(zhì)感，外觀暗啞，沒有高光產(chǎn)品，手感細膩，防指紋。”

這不是3D打印初次用于制造電動摩托車。總部位于德國的BigRep已經(jīng)制造出功能齊全的3D打印電動摩托車，但該自行車僅用于設(shè)計目的，目前還不是一種可行的商業(yè)產(chǎn)品。另外，寶馬今年早些時候推出了3D打印概念車架，用于BMW S1000RR運動自行車。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。

電動超級摩托車目前正在組裝，之后將于2019年5月24日在荷蘭恩斯赫德進行測試并最終曝光。

304不銹鋼鑄件產(chǎn)生磁性的原因

一般情況下，使用沒有磁性的304不銹鋼廢料澆注出來的鑄件產(chǎn)品卻帶有微磁性。什么原因?qū)е碌哪兀恳驗椋?

　　1、化學(xué)成分當量成分控制沒有到位。

　　一般的生產(chǎn)廠家為了降低成本把Ni控制下限，8.0-8.2%之間，Cr/Ni達到一定數(shù)值時鋼的組織中出現(xiàn)一定量的鐵素體，鐵素體是有磁性的；此時采用1050~1080℃固溶處理可以把鐵素體完全溶入奧氏體就不會有磁性了。

　　2、冷加工硬化。

　　當奧氏體不銹鋼在冷加工時產(chǎn)生形變馬氏體，形變馬氏體使得不銹鋼強度增加，而形變馬氏體是有磁性的。采用固溶處理甚至退火都可以使形變馬氏體消失，但是鋼的強度就會下降了。

　　如果既要保證冷加工強度，又要弱磁性甚至無磁性可以采用下面去磁辦法：

　　1、根據(jù)相圖原理，降低Cr/Ni值，尤其提高Ni、Mn含量到上限。冷加工前進行上限固溶處理，在保證表面的前提下控制晶粒度4級；可以降低冷加工后的磁性。

　　2、一般304冷加工后都有一定的微弱磁性。經(jīng)過敲打或其他的沖擊，使其奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，此時會有一定的磁性。加熱到1050度，然后水淬激冷，可消除磁性。

　　備注：

　　1、“Cr/Ni達到一定數(shù)值”這個的理解：這個是2個當量的比值。

　　Cr當量=Cr% 1.5（Si%） Mo% Cb%-4.99

　　Ni當量=Ni% 30（C%） 0.5（Mn%） 26（N%-0.02） 2.77

　　當Cr當量/Ni當量<0.9 達到單項奧氏體了，就不會有磁性了。

　　2、由此看加鎳、加錳、加氮，降鉻、降硅等都可以達到去磁的效果。

　　3、市場上有一種“合金消磁劑”的，可以將不銹鋼中的殘余鐵素體轉(zhuǎn)換成奧氏體，也能達到去磁效果。同時加入該合金消磁劑后，對精鑄鑄件的耐蝕性，鹽霧試驗效果良好。