為了適應(yīng)耐磨耐高溫、耐酸堿腐蝕等特殊要求，往往需要不斷研究開發(fā)各種特殊合金以滿足上述的需求，然而特殊合金材料往往成本較高，且多數(shù)情況下，難以同時滿足多個性能要求。

　　產(chǎn)品在服役過程中金屬表面不可避免的與大氣/海水等接觸，當(dāng)金屬表面發(fā)生破壞或失效時，將影響其保護效果和使用壽命，因此在1983年由英格蘭大學(xué)教授首次提出表面工程的概念，利用少量金屬/非金屬材料對母材表面進行處理，使產(chǎn)品表面得到保護和強化。

　　01、金屬表面處理的基本概念

　　金屬表面處理是指在集體材料表面上人工形成一層與母材的機械、物理和化學(xué)性能不同的表層的工藝方法使得滿足產(chǎn)品所需求的耐磨性、耐腐蝕性、裝飾或其他特殊功能的要求。

　　目前已有較多成熟的金屬表面處理技術(shù)，按照加工方式，可分為機械方法、物理方法和化學(xué)方法三類。

　　按照是否對金屬材料表面添加其他元素或物質(zhì)，將金屬表面處理分為兩大類，即表面組織強化方法和表面涂層方法。

　　02、金屬表面處理的常見方法

　　增加表面晶體缺陷(獲得致密的表面或增加位錯獲得更好的附著力);

　　獲得壓應(yīng)力狀態(tài)表層(如拋丸、噴砂等);

　　表面形成硬化組織(如馬氏體等);

　　表面晶粒細化或微晶化;

　　部分化學(xué)處理也可歸為表面組織強化方法(如酸、堿處理，過氧化氫處理以及電化學(xué)晶界腐蝕等)。

　　03、部分金屬表面處理方法解讀

　　機械拋光：

　　利用柔性拋光工具和磨料顆粒對工件表面進行的修飾加工和去毛刺。拋光不能提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，而是以得到光滑表面或鏡面光澤為目的。機械拋光是依靠非常細小的拋光粉的磨削、滾壓作用，除去試樣磨面上的極薄一層金屬。

　　表面淬火：

　　利用快速加熱使表層奧氏體化，立即淬火使表層組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體以強化表面，心部組織基本不變。

　　目的是提高產(chǎn)品表面的硬度、耐磨性和疲勞強度而心部仍具有較高的韌性。

　　感應(yīng)加熱：

　　利用電磁感應(yīng)的方法使被加熱的材料的內(nèi)部產(chǎn)生電流，依靠這些渦流的能量達到加熱目的，從而使得金屬表面形成氧化層。

　　等離子噴涂：

　　采用由直流電驅(qū)動的等離子電弧作為熱源，將合金、金屬等材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，并加壓高速噴向經(jīng)過預(yù)處理的工件表面而形成附著牢固的特殊防護用途的表面。

　　04、金屬表面處理技術(shù)的應(yīng)用

　　防護性：

　　對產(chǎn)品表面有防護和強化的作用，提高金屬在大氣、海水或其他腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性能，以及在服役期的抗疲勞性、耐磨性和潤滑性等。如生活和工程應(yīng)用中鋁合金陽極氧化、鍍鋅鋼絲、五金表面鍍鉻等。

　　裝飾性：

　　由于產(chǎn)品本身會隨著時間、環(huán)境的變化產(chǎn)生銹蝕等影響，失去金屬本身的光澤等;表面處理可賦予金屬材料表面一定的光亮度、色彩度和花紋圖案，對金屬表面起到美化效果。

　　功能性：

　　表面處理技術(shù)還可以賦予產(chǎn)品表面某種特殊用途，使金屬材料的應(yīng)用更加廣泛，如絕緣、反射、隔熱、親/疏水、生物相容性等。

　　1、熱處理概念：將金屬材料放入特定的介質(zhì)中加熱，保溫和冷卻，來改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu)，來得到我們需要的材質(zhì)特性。作為機械工程師，我們也不必全面了解，只需掌握一些常用材料的熱處理知識就夠了。

　　2、分類：1)、普通熱處理：退火、正火、淬火、回火2)、表面熱處理：表面淬火、化學(xué)熱處理(滲碳、滲氮、發(fā)黑(發(fā)藍))

　　一、退火(1)工藝：將鋼加熱至適當(dāng)溫度——保溫——緩慢冷卻(一般為隨爐冷卻)

　　(2)目的：

　　A、改善鋼的鑄造、鍛軋、焊接后粗大而不均勻的組織，從而改善機械性能。

　　B、降低硬度，提高塑性，從而改善切削加工和冷壓加工的工藝性，為切削加工做準(zhǔn)備。

　　C、改善組織，細化晶體，消除成分不均勻性，消除內(nèi)應(yīng)力，為零件的后續(xù)熱處理做準(zhǔn)備。

　　(3)分類：完全退火、等溫退火、球化退火、擴散退火和去應(yīng)力退火。

　　二、正火

　　(1)工藝：將工件加熱至Ac3以上30-50度——保溫——取出空冷/噴水/吹風(fēng)冷卻。

　　(2)目的：使晶粒細化和碳化物分布均勻化。

　　(3)區(qū)別：功能和退火有點類似，但還是有區(qū)別，正火與退火的不同點是正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火組織要比退火組織更細一些，其機械性能也有所提高。另外，正火爐外冷卻不占用設(shè)備，生產(chǎn)率較高，退火，正火在同樣能達到要求的時候優(yōu)先選擇正火，因為正火成本低卻效率高。

　　三、淬火

　　(1)工藝：將鋼加熱至臨界點以上——保溫一段時間——快速冷卻(水、油等淬冷介質(zhì))

　　(2)目的：提高鋼的強度，硬度，耐磨性，韌性，疲勞強度甚至鐵磁性，耐腐蝕性，淬火后鋼件變硬，但同時變脆，表面淬火的零件不僅能提高表面硬度、耐磨性，而且也可以獲得高的疲勞強度和強韌性。

　　四、回火(一般緊接著淬火進行，淬火后的工件應(yīng)及時回火，通過淬火和回火的相配合，才可以獲得所需的力學(xué)性能)

　　(1)工藝：工件淬火后——重新加熱——保溫——空冷/水冷/油冷

　　(2)目的：

　　A、清除淬火產(chǎn)生的應(yīng)力

　　B、改善零件綜合性能，降低工件的強度，硬度，提高塑性和韌性

　　C、穩(wěn)定尺寸，保證精度

　　(3)區(qū)別：退火，正火一般發(fā)生在切削和淬火前，但是對于性能要求不高的工件也可代替回火，作為最終熱處理。

　　(4)分類：低溫回火、中溫回火、高溫回火、冷處理及低溫時效五、調(diào)質(zhì)(主要是防止材料變形，對于齒輪：齒根調(diào)質(zhì)可以增強齒根彎曲強度)

　　(1)工藝：調(diào)質(zhì)=淬火+高溫回火

　　(2)目的：處理要求有高的綜合力學(xué)性能的含碳0.38%～0.50%的中碳鋼及中碳合金鋼工件，如連桿、軸等，各種連接件及傳動件，調(diào)節(jié)材料強度和韌性，獲得綜合性能好的零件六、滲碳、滲氮

　　1)、滲碳：

　　(1)工藝：就是將低碳鋼在滲碳的介質(zhì)中，加熱到高溫(一般為900--950C),使活性碳原子滲入鋼的表面,以獲得高碳的滲層組織，隨后經(jīng)淬火和低溫回火。

　　(2)目的：滲碳的目的是提高鋼表層的硬度和耐磨性而心部仍保持韌性和高塑性(3)注意：通常采用含碳量為0.15%～0.25%的低碳鋼及低合金鋼，但對大截面的零件或中心部分要求較高的強度及承受重載荷的零件，均采用含碳量為0.2%～0.3%的鋼材進行滲碳2)、滲氮

　　(1)工藝：將工件放在滲氮氣氛中，加熱到500～600℃，使工件表面滲入氮原子形成氮化物的過程，為了保證工件心部的力學(xué)性能，氮化前應(yīng)進行調(diào)質(zhì)等熱處理

　　(2)目的：滲氮較滲碳可獲得較高的硬度、耐磨性，氮化層不用淬火即可得到很高的硬度，滲碳58-62HRC，滲氮67--72HRC，氮化在鋼件表面形成穩(wěn)定的化合物層，所以氮化還可以提高鋼件的抗蝕性。

　　七、固溶處理

　　(1)工藝：將奧氏體不銹鋼加熱到1100℃左右，使碳化物相全部或基本溶解，碳固溶于奧氏體中，然后快速冷卻至室溫。

　　(2)目的：使合金中各種相充分溶解，強化固溶體，并提高韌性及抗蝕性能，消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型。

　　八、時效處理

　　1).人工時效(1)工藝：低溫回火后，精加工前——加熱材料至100-150度——保溫5-20小時。

　　(2)目的：穩(wěn)定精密制件的尺寸，消除殘余應(yīng)力2).自然時效(1)工藝：工件在室溫條件長時間放置

　　(2)目的：釋放殘余應(yīng)力，改善機械性能，穩(wěn)定尺寸九、發(fā)黑(發(fā)藍)

　　(1)工藝：加熱——堿性藥液浸泡——形成氧化膜

　　(2)目的：表面防腐蝕，防銹十、其他表面處理技術(shù)：電鍍、電泳、拋丸、噴砂、拋光、陽極氧化、拉絲、蝕刻、噴涂、噴砂、烤漆、酸洗鈍化等。