表面强化技术在改善化工机械使用寿命中的应用

摘 要：近些年来，我国化工机械行业取得了迅猛的发展，越来越多先进的化工机械设备和相关生产技术不断涌现出来，不仅有效提高了这些机械设备的使用性能，同样也大大延长了其使用寿命。而由于在实际的化工生产过程中，大部分的化工机械常常要处于恶劣的工作环境中，甚至还有部分机械设备经常会受到低温和高温共同作用的影响，还很容易遭到气蚀，致使设备各方面性能被严重损坏，最终发生运行故障，造成化工企业巨大的经济损失。对此，为了更好的解决这一问题，笔者具体对表面强化技术在改善化工机械使用寿命中的应用进行了研究讨论，得出以下相关结论，欢迎同行业人员共同参考交流。

关键词：表面强化技术；改善；化工机械；使用寿命

现如今，高科技术的飞跃式发展，也使得人们对于材料性能、使用功能等方面提出了更高层次的要求，而如何才能有效延长仪器设备中零部件的使用寿命，进一步提高化工机械整体的经济性呢？这一问题也成为了现代化工业十分关注的内容。笔者在多年实践工作观察中发现，大部分的零件失效通常都是因为其表面发生损坏之后，逐渐向零件内部扩散，最终导致零件受损严重，同时也对机械设备的使用寿命造成了较大的影响。为此，基于这种情况下，越来越多的化工生产企业开始引进了先进的表面强化技术，以此来改善化工机械的使用性能和使用材料，取得了十分理想的应用效果。

1 表面强化技术概念及意义

实际上，所谓的表面工程主要是通过利用一些物理化、或是化学性质的机械制造工艺，在零件表面增加一些特殊材料成分，以此来改善零件表面的使用性能，从而充分保障产品生产质量。其中，在这一过程中，需要具体经过表面处理、加工、改性等多个工作流程，而表面强化技术作为表面工程中主要的技术手段之一，更是改善零件表面性能、完善组织结构的核心内同。在实际的应用中，表面强化技术需要借助各种加工工艺降，以此来改善材料表面硬度、耐腐蚀性、强度等多方面的使用性能。并且，这种新型的化工机械技术还有利于降低能源消耗、节约环保的优点，具有显著的经济效益。而自从21世纪快速到来以后，一些电子束、激光束技术逐渐进入到工业表面处理领域中，得到了十分广泛的应用，在后期经过了不断的改进与完善之后，也使得表面处理技术水平取得了较大的提升，逐步区域成熟，形成了相对完善的表面工程技术系统，这种表面工程学在推动各领域行业科学技术发展的同时，也促使表面工程技术本身价值得以最大化的展现与发挥。

2 表面强化技术的原理、特点及研究现状

2.1 化学热处理

化学热处理是利用各种化学反应和物理反应方法来改变材料表层的化学成分和组织结构，以得到比基体性能更好的热处理工艺，它主要是将外来元素的固态扩散渗入到基体表层，与基体界面发生界面反应，包括了3个过程：化学渗剂的分解过程、活性原子或离子的吸收过程和被渗人元素原子不断向内部扩散的过程。不同的渗层分别用于提高零部件的抗腐蚀、耐磨与抗疲劳能力，在改善材料的疲劳性能、耐腐蚀能力与抗摩擦磨损能力方面，尤为显著。常见的化学热处理方法有渗碳、渗氮及碳氮共渗等。

采用渗碳技术处理20CrMnMo钢，对其磨损性能和接触疲劳性能进行了研究，发现渗碳层的硬度较传统工艺提高了10%，耐磨性能提高了32%，接触疲劳寿命得到了大幅提高。

2.2 表面形变强化处理

一般来说，表面形变强化处理技术通常都会使用相关机械加工工艺对材料表面进行改性，使其产生塑性变形，或是高速冲击等等，这样有利于增强材料表层微观组织结构的强度，促使表面应力分布更加均匀。而且，这种加工方法非常绿化环保，实际操作起来十分方便，能够很好的提高材料抗腐蚀能力、以及抗疲劳程度等等。其次，表面形变强化技术主要的工作原理是对表层中含有的晶粒进行细化，使其能够发生高密度的错位，以此来引入剩余的压力与硬度。其中，滚压、机械喷丸都是比较常见的方法。相关技术人员在对AZ31镁合金进行表面处理时，采用了高能喷丸技术，他们发现AZ31镁合金在喷丸完成之后，其材料表面形成了较薄的纳米层，而经过机械喷丸的试样腐蚀效率明显下降。但是，其材料表明硬度、耐磨性能方面取得了较大的改善。也有一些技术人员采用机械喷丸技术对TC4钦合金进行了表面处理，重点是对其抗疲劳性进行了调查研究，他们发现在喷丸以后，试样的抗疲劳性能相对于基体来说，提高了15%。

2.3 表面涂层处理

表面涂层处理就是采用化学或物理方法（化学气相沉积、物理气相沉积等）在材料或零部件表面被覆一层与基体材料不同的极薄膜层，它能够适应各种苛刻环境和技术对材料的特殊要求，是制造业最为活跃的技术领域，但该方法工艺复杂，且薄膜与基体的结合强度较低，容易脱离。涂层技术能够显著提高工件的抗腐蚀能力和耐摩擦磨损性能。

3 表面强化技术在化工机械关键零部件中的应用

表面工程是表面经过预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得表面所需性能的系统工程。已经在航空航天、航海、化工机械及电子等行业领域得到了广泛的应用，用来提高了零部件的耐腐蚀性能、抗疲劳性能和耐磨损性能。表面强化技术在化工机械领用的应用具有实际意义。

压缩机是化工机械行业常用的设备之一，是用于气体增压输送的通用机械。在工作工程中其零部件，如轴承、齿轮、汽缸壁及阀片等，由于不良和工作环境的苛刻性，容易导致严重的摩擦磨损和应力集中，从而产生磨损破坏及疲劳破坏等。采用表面强化处理这些零部件，不但可以显著提高表面硬度，改善耐磨性能，从而降低工件表面磨损，而且通过晶粒细化提高其疲劳性能。温爱玲采用机械喷丸技术处理阀片，对其疲劳性能进行了研究，发现喷丸后在阀片表面产生了较大的残余压应力、硬度和高密度位错，这些有益效果抑制了裂纹的萌生和扩展，显著提高了阀片的疲劳寿命。

结束语

综上所述，可以得知，表面强化技术能够有效改善化工机械的耐腐蚀性能、抗疲劳性能等多种的综合性能，同时还可以大大提高设备零部件的强度和硬度，有利于延长化工机械的使用寿命，这样也为化工企业节省了一笔不小的检查维修成本费用。因此，我国化工业应该加大对表面强化技术的应用，严格按照规范操作流程进行工件表面的强化处理，促使化工机械整体性能得到最优化的改善，始终处于良好的运行状态，为企业创造更多的经济收益。

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