表面改性技术在改善不锈钢耐磨性中的作用

          表面改性技术是改善不锈钢表面耐磨性的方法之一。

         1、离子注入

    离子注入是利用经过加速和分离的高能量离子束作用于材料表面，使之产生一定厚度的注入层，从而改变材料的表面特性。具体方法是：把工件(金属、合金、陶等)放在离子注入机的真空靶室中，在几十至几百千伏的电压下，把所需元素的离子加速、聚焦、注入到工件表面。用离子注人的方法可获得过饱和固溶体、亚稳相、非晶态、和平衡态合金等不同组织的结构，大大改善工件的使用性能。其优点是：(1)可注入任何元素，不受固溶度和扩散系数的影响；(2)元素注入量可以精确控制，可实现大面积和局部的表面改性；(3)真空下进行，工件表面不会氧化；(4)可得到两层及两层以上性能不同的复合镀层，对工件尺寸影响小；(5)借助磁分析器，可以获得纯的离子束流；(6)离子注入的直进性，横向扩展小，适合微细加工要求；(7)高速离子可通过薄膜注入到金属基体，在薄膜和基体界面处形成合金层，增强薄膜与基体的结合力，实现辐射增强合金化与离子束辅助增强粘合。缺点是：(1)金属离子熔点高注入能高，使用受到限制：(2)高剂量注入导致的溉射和温升溅射腐蚀等，以及如何优选溅射、复杂形状(倾斜注人转动注入、柱体注入)注入等都是日有待解决的问题。

         2、激光表面处理

    激光表面改性是20世纪70年代发展起来的高新技术。它利用激光的高亮度、高单色性、高方向性、高相干性的特点，作用于金属材料表面，使材料的表面性能得到提高。特别是材料表面硬度、强度、耐磨性等的改进，提高了产品的使用寿命。激光表面改性可分为激光表面相变硬化、激光冲击硬化、激光熔覆、激光合金化和激光非晶化等。从工艺上看它们各自的特点是作用在材料表面的激光功率密度不同，冷却速度不同而致。

    激光表面处理在不锈钢板材料加工中应用的特点是：(1)能量传递方便，可以对被处理工件表面有选择地局部强化；(2)激光能量作用集中，加工时间短，热影响区小，工件变形小；(3)可以处理表面形状复杂的工件，而且容易实现自动化生产；(4)改性效果比普通方法更显著，速度快，效率高，成本低；(5)通常只能处理一些薄板金属，不适宜处理较厚的板材；(6)由于激光对人眼的伤害性影响工作人员的安全，因此要致力于发展安全设施。

         3、等高子表面处理

    在等离子体中的化学反应比热化学反应容易进行，其带电粒子在放电空间(气体)有热运动、电场作用下的迁移运动和沿带电粒子浓度递减方向的扩散运动。工艺上可以把它分为：等离子渗氮、等离子渗碳、碳氮共渗、等离子渗硫、硫氮共渗、硫碳氮共渗等。

    等离子渗氮可以大幅度提高不锈钢的硬度和耐磨性，但处理后的不锈钢耐蚀性下降。离子渗氮表面层硬度很高，最大显微硬度可达到1290Hy3。田修波等利用浸没式高频高压等离子体渗氮(IHHPN)技术对SS304奥氏体不锈钢进行了低温渗氮处理，在300℃×2.5h处理条件下获得了0.3um厚的高氮层，表面显微硬度较未处理的样品明显提高，改性层内形成了膨胀奥氏体。