以提高疲劳强度等综合性能的表面复合涂层

类别

性    能    与    应    用

复合表

面化学

热处理

(1)渗碳淬火与低温电解渗硫复合处理

先将零件按技术条件要求进行渗碳淬火，表面获得高硬度、高耐磨性和较高的疲劳性能，然后再将零件置于温度为190℃±5℃的盐浴中进行电解渗硫。盐浴成分为75%KSCN+25%NaSCN^①，电流密度为2.5~3A/dm²，时间为15min。渗硫后获得复合渗层，渗硫层为多孔鳞片状的硫化物，其中的间隙和孔洞能储存润滑油，因此具有很高的自润滑性能，有利于降低摩擦因数，改善润滑性能和抗咬合性能，减少磨损

(2)渗碳加渗铬

可增加碳化物层厚度，渗层下没有贫碳区，复合渗层具有高的硬度、疲劳强度、耐磨性、热稳定性和在各种介质中的耐蚀性(包括在铝合金、锌合金熔体的侵蚀性)

(3)Al-Cr共渗及复合渗

粉末法：1025℃，10h，渗层厚度：10钢，0.37mm；1Cr18Ni9Ti，0.22mm。共渗用于提高钛、铜及其合金的热稳定性，提高工件抵抗冲蚀磨损和磨料磨损的能力，可用廉价钢种Al-Cr共渗代替高合金钢。复合渗主要用于防止高温气体腐蚀，提高工件持久强度和热疲劳性，如燃气轮机叶片、燃烧室及各种耐热钢制零件

(4)Al-Cr-Si共渗及复合渗

提高热稳定性和耐蚀、耐冲蚀磨损能力。对镍基热强合金，比单独渗Al的热稳定性提高50%，并有较高的热疲劳抗力；该渗层可用于保护中碳、高碳钢在硝酸、氯化钠水溶液中免受腐蚀；可使某些合金的耐蚀、耐磨损抗力提高1~5倍。如用于防止直升机钼制发动机叶片的氧化，叶片边缘处温度可达1500~1600℃

表面热

处理与

表面化

学热处

理的复

合强化

液体碳氮共渗与高频感应加热表面淬火的复合强化：液体碳氮共渗可提高工件的表面硬度、耐磨性和疲劳性能，但有渗层浅、硬度不理想等缺点。将液体碳氮共渗后的工件再进行高频感应加热表面淬火，则表面硬度可达60~65HRC，硬化层深度达1.2~2.0mm，零件的疲劳强度也比单纯高频淬火的零件明显增加，其弯曲疲劳强度提高10%~15%，接触疲劳强度提高15%~20%

热处理

与表面

形变的

复合

强化

(1)普通淬火回火与喷丸的复合处理

该工艺在生产中应用很广泛，如齿轮、弹簧、曲轴等重要受力件经淬火回火后再经喷丸表面形变处理，其疲劳强度、耐磨性和使用寿命都有明显提高

(2)复合表面热处理与喷丸的复合处理

例如离子渗氮后，经过高频表面淬火再进行喷丸处理，不仅使组织细致，而且还可以获得具有较高的硬度和疲劳强度的表面

(3)渗碳加强力喷丸的复合处理

可以提高变速箱齿轮等工件的疲劳强度、寿命和可靠性，尤其是表面能获得大量残余奥氏体的渗碳工艺经喷丸强化可使工件具有很好的疲劳性能

(4)渗碳加碳氮共渗，再加工硬化(压延、喷丸等)

在渗碳后加碳氮共渗，以期在随后的淬火中在表面形成大量的残余奥氏体，然后通过压延使表面进一步硬化。这种复合处理能形成很硬而又富有韧性的表层，提高了使用寿命，并获得很高的疲劳强度

镀覆层

与热处

理的复

合强化

(1)铜合金先镀7~10μm锡合金，然后加热到400℃左右(铝青铜加热到450℃左右)保温扩散，最表层是抗咬合性能良好的锡基固溶体，其下是Cu₃Sn和Cu₄Sn，硬度450HV(锡青铜)或600HV(含铅黄铜)左右，提高了铜合金工件的抗咬合、抗擦伤、抗磨料磨损和黏着磨损性能，并提高表面接触疲劳强度和耐蚀能力

(2)在渗铝前进行镀镍、镀铂(有时渗铂、渗铌)可以在金属表面形成一层扩散屏障，以阻滞在高温条件下铝的二次扩散，提高渗层的使用寿命。如527铁基合金先镀镍，然后进行750℃×(6~8)h的粉末渗铝，形成40~70μm的镀镍渗铝层(由FeAl₃、Fe₂Al₅、Ni₂Al₃组成)，硬度850~1000HV；若采用铝铬共渗，则层厚为25~35μm。800℃×100h氧化试验，未经处理表面、渗铝、镀镍+渗铝、镀镍+铝铬共渗的增重依次为：37.8g/m₂、5.6g/m²、1.9g/m²和2.8g/m²。铝铬共渗前渗钽用于镍基和钴基合金，可有效防止铝铬共渗层的再扩散，明显提高渗层的高温疲劳强度和抗高温氧化、硫蚀性能

(3)铜、青铜和黄铜进行镀锡镉(或锑)热扩散复合处理。一般镀7~10μm Sn、Cd或Sb，铝青铜基体加厚至10~12μm，在空气中加热至410~430℃，保温8~14h，表面呈抗咬死性能良好的Cu-Sn-Cd合金薄层，其下是Cu2Sn、Cu₄Sn等化合物，硬度为480~600HV，镀渗层厚度约30μm，在大气、海水及矿物油中耐蚀。在Felex摩擦磨损试验机上进行摩擦学性能试验：铜合金销子与经渗碳、淬火、回火的15CrNi3A钢V形块之间摩擦速度为0.1m/s，经镀锡镉(或锑)扩散处理的QSn12和HPb59-2的摩擦学性能显著提高，同时提高了接触疲劳强度

含激光

处理的

复合

强化

与激光相变硬化相复合表面处理：为了修复严重磨损的轴头，先用D132焊条(含C 0.34%，Cr 3.00%，Mo 1.40%)进行堆焊，后再进行激光相变硬化处理，并比较了高频感应加热淬火、激光强化、堆焊后激光强化三种试样的接触疲劳寿命。其中单纯激光强化采用的优化参数为：激光功率P＝2000W，扫描速度v＝300mm/min，光斑直径D＝5mm；堆焊后的激光强化所采用的优化参数为：P＝2000W，v＝600mm/min；D＝5mm。结果证明，堆焊后激光强化试样在各种接触应力下的接触疲劳寿命均最高［轴头为履带重载车辆悬挂装置的细长零件扭力轴(长2.18m)，由45CrNiMoVA钢制造，轴头热处理硬度不低于50HRC，与支座中的滚柱直接接触。由于工作条件恶劣，轴头容易磨损］

① KSCN和NaSCN分别为硫氰化钾和硫氰化钠。