低溫離子滲硫催滲技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望
王志，韓彬
(中國(guó)石油大學(xué)（華東)機(jī)電工程學(xué)院，山東青島266580)
[摘要]―低溫離子滲硫技術(shù)可制備摩擦學(xué)性能優(yōu)良的固體潤(rùn)滑劑,目前制備的滲硫?qū)痈采w不均勻,保存運(yùn)輸過(guò)程中易損壞,服役壽命較短。綜述了低溫離子滲硫技術(shù)的各種催滲工藝與方法以及各自的特點(diǎn)與適用范圍,并指出了該技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
[關(guān)鍵詞]低溫離子滲硫;催滲;摩擦學(xué)性能
[中圖分類號(hào)]TC174.44[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A
[文章編號(hào)]1001 -1560( 2016) 08 -0052-04
DOI:10.16577lj.cnki.42-1215/tb.2016.08.016
20世紀(jì)80年代,首次發(fā)現(xiàn)固體硫蒸汽的輝光放電效應(yīng)”。隨著真空等離子體技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)離子滲氮技術(shù)的借鑒,低溫離子滲硫(LTIS)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。LTIS技術(shù)成本低,效率高，工件無(wú)變形且對(duì)環(huán)境無(wú)污染,因此廣泛應(yīng)用于冶金、汽車、機(jī)械等行業(yè),受到世界各國(guó)的青睞⑵
目前通過(guò)LTIS技術(shù)制備的滲硫?qū)哟嬖诟采w不均勻、厚度薄﹑服役壽命短等問(wèn)題，難以大幅度改善工件表面的摩擦學(xué)性能，限制了該技術(shù)的使用范圍日。為此,科研人員借鑒離子滲氮提出了不同的催滲技術(shù),如預(yù)氧化甲、表面納米化“、“兩步法”催滲“等方法。本文分析歸納了各種不同的催滲技術(shù),指出各種技術(shù)的特點(diǎn)、可行性以及發(fā)展趨勢(shì),以期獲得覆蓋更均勻、結(jié)合力更強(qiáng)的滲硫?qū)?擴(kuò)大低溫離子滲硫技術(shù)的應(yīng)用范圍,推動(dòng)其工業(yè)化進(jìn)程。
表面納米化處理催滲
目前,低溫離子滲硫(LT1S)技術(shù)的主要應(yīng)用之一是制備FeS固體潤(rùn)滑薄膜。但對(duì)于某些合金材料(如鈷基合金、鎳基合金等)，因Fe原子含量較少,難以獲得致密均勻的滲硫?qū)?而增加表層Fe原子的活性可極大地改善滲硫效果。表面納米化處理可以改善材料的物理、化學(xué)性能,增大金屬表面的活性和擴(kuò)散能力，尤其是對(duì)化學(xué)熱處理的改善效果顯著,可有效解決上述問(wèn)題。表面納米化處理在離子滲氮中的應(yīng)用已非常普遍,納米化處理可以顯著提高滲氮層厚度和硬度,降低滲氮的溫度,減少滲氮工件的畸變8。已有研究證明9~12，表面納米化處理可以大幅降低離子滲的保溫溫度,縮短保溫時(shí)間。這有利于提高生產(chǎn)效率,降低成本,推進(jìn)該技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程。目前，常見(jiàn)的表面納米化方法可分為兩類:一是利用彈丸或微粒進(jìn)行噴射來(lái)獲得納米化金屬表面,如噴丸、超音速微粒轟擊等;二是以外加載荷重復(fù)壓入或劃擦表面來(lái)制備,豪克能處理即利用的此種原理。
豪克能表面納米化
豪克能是一種激活能與沖擊能的復(fù)合能量。豪克能表面納米化是利用金屬在常溫下的冷塑性特點(diǎn)，通過(guò)超聲波推動(dòng)沖擊工具在金屬表面做高頻沖擊運(yùn)動(dòng)(頻率在每秒2萬(wàn)次以上)，使金屬表層發(fā)生嚴(yán)重的壓縮塑性變形,表層晶粒得以細(xì)化,表層可預(yù)置高達(dá)600MPa的壓應(yīng)力，耐磨耐蝕性提高，疲勞壽命延長(zhǎng)數(shù)倍。
豪克能處理金屬表面起到一定的催滲作用日。對(duì)鎳基熔覆層表面進(jìn)行豪克能處理,表層晶粒尺寸可達(dá)26.10 nm。在其上面進(jìn)行低溫離子滲硫，F(xiàn)eS含量明顯增加,滲硫?qū)痈又旅芫鶆?邊緣效應(yīng)小。滲硫前熔覆層要打磨平整才能使用，試驗(yàn)所用表面接近熔覆層中部,故晶粒偏粗大,而納米化處理后表面的組織為細(xì)小的胞狀晶。觀察發(fā)現(xiàn),未納米化處理的試樣滲硫?qū)痈采w很不均勻,存在凹坑與滲硫?qū)觿兟洮F(xiàn)象,而納米化試樣的滲硫?qū)痈采w均勻致密,無(wú)明顯剝落現(xiàn)象。
