《工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)》課件-第12章

第12章機(jī)械零件失效分析

與表面處理12.1機(jī)械零件的失效12.2機(jī)械零件失效分析12.3材料的表面處理12.4工程應(yīng)用案例———載貨汽車(chē)后橋主動(dòng)錐齒輪斷裂失效分析習(xí)題與思考題12

12.1機(jī)械零件的失效

GB318782中定義:“失效(故障)———產(chǎn)品喪失其規(guī)定的功能。對(duì)可修復(fù)產(chǎn)品，通常也稱為故障?！绷慵捎谀撤N原因，導(dǎo)致其尺寸、形狀、材料的組織、性能發(fā)生變化而不能圓滿地完成指定的功能即為失效。失效形式各種各樣，裝備整體失效的情況比較少，往往是某個(gè)零件先失效導(dǎo)致裝備整體失效。常見(jiàn)失效形式分為四大類:變形失效、斷裂失效、磨損失效、腐蝕失效。各種失效形式均有其產(chǎn)生條件、特征及判斷依據(jù)。

12.1.1變形失效

金屬構(gòu)件(零件)在外力作用下產(chǎn)生形狀和尺寸的變化稱為變形。變形失效是逐步進(jìn)行的，一般屬于非災(zāi)難性的。忽視對(duì)變形失效的監(jiān)督和預(yù)防，也會(huì)導(dǎo)致很大的損失，因?yàn)檫^(guò)度的變形最終會(huì)導(dǎo)致斷裂。常溫或溫度不高時(shí)，變形失效主要有彈性變形失效和塑性變形失效；在高溫下，變形失效有蠕變失效和熱松弛失效。

若零件彈性變形不遵從“虎克定律”，則構(gòu)件失去了彈性而失效，稱為彈性變形失效。如彈簧稱上的彈簧，安全閥上的彈簧等。產(chǎn)生彈性失效的主要原因：過(guò)載、超溫、材料變質(zhì)，往往是由設(shè)計(jì)考慮不周，計(jì)算錯(cuò)誤或選材不當(dāng)造成的。其主要預(yù)防措施如下：

(1)選擇合適的材料或結(jié)構(gòu)。

(2)合適的構(gòu)件匹配尺寸或變形的約束條件，適當(dāng)?shù)呐浜铣叽纭?/p>

(3)采用減少變形影響的連接件，如皮帶傳動(dòng)，軟管連接等。

當(dāng)零件塑性變形量超過(guò)允許的數(shù)值時(shí)稱為塑性變形失效。塑性變形主要原因包括過(guò)載，外加載荷估計(jì)不足，偏載引起局部應(yīng)力，復(fù)雜應(yīng)力計(jì)算誤差及應(yīng)力集中，殘余應(yīng)力等附加應(yīng)力，局部區(qū)域的總應(yīng)力超值等。其預(yù)防措施如下：

(1)合理選材。

(2)正確確定零件的工作載荷，合理選取安全系數(shù)，減少應(yīng)力集中，降低應(yīng)力集中水平。

(3)嚴(yán)格按工藝規(guī)程加工，減少有害的殘余應(yīng)力。

(4)嚴(yán)禁零件運(yùn)行超載。

金屬零件在高溫長(zhǎng)時(shí)間作用下，即使其應(yīng)力恒小于屈服強(qiáng)度，也會(huì)緩慢地產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)變形量超過(guò)規(guī)定的要求時(shí)，會(huì)導(dǎo)致零件的塑性變形失效。它分為蠕變變形失效和應(yīng)力松弛變形失效。其主要的特點(diǎn)如下：

(1)蠕變變形失效是塑性變形失效，但不一定是過(guò)載，只是載荷大時(shí)，蠕變變形失效時(shí)間短，恒速蠕變階段蠕變速度大。

(2)高溫下不但變形引起尺寸變化，還有金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化，如珠光體球化、石墨化、碳化物聚集、長(zhǎng)大、再結(jié)晶以及合金元素的重新分布等。

(3)用蠕變極限及持久強(qiáng)度來(lái)衡量材料抵抗蠕變的能力。所謂蠕變極限是指在給定溫度下，材料產(chǎn)生規(guī)定蠕變速率的應(yīng)力值或者材料產(chǎn)生一定蠕變變形量的應(yīng)力值。持久強(qiáng)度是指材料在高溫長(zhǎng)期載荷下，發(fā)生蠕變斷裂的最大應(yīng)力值。

蠕變變形失效的主要預(yù)防措施包括選用抗蠕變性能合適的材料(如12Cr1MoV等)以及防止零件的超溫使用。

在總變形不變的條件下，零件彈性變形不斷轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄詰?yīng)力，從而使應(yīng)力不斷降低的過(guò)程稱為應(yīng)力松弛變形失效。常見(jiàn)的如燃?xì)鈾C(jī)電機(jī)的組合轉(zhuǎn)子或法蘭的緊固力，高溫下使用的壓緊彈簧的彈力，高溫緊固螺栓，在高溫使用時(shí)都會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力松弛的問(wèn)題。

應(yīng)力松弛變形失效的主要預(yù)防措施包括選用松弛穩(wěn)定性好的材料以及使用的時(shí)候進(jìn)行一次或多次再緊固。

12.1.2斷裂失效

構(gòu)件(零件)在應(yīng)力作用下，材料分離為互不相連的兩個(gè)或兩個(gè)以上部分的現(xiàn)象稱為斷裂。內(nèi)裂也屬斷裂范疇。斷裂類型根據(jù)斷裂的分類方法不同而有很多種，它們是依據(jù)一些各不相同的特征來(lái)分類的。

根據(jù)金屬材料斷裂前所產(chǎn)生的宏觀塑性變形的大小，可將斷裂分為韌性斷裂與脆性斷裂。韌性斷裂的特征是斷裂前發(fā)生明顯的宏觀塑性變形;脆性斷裂在斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形，是一種突然發(fā)生的斷裂，沒(méi)有明顯征兆，因而危害性很大。通常，脆性斷裂前也產(chǎn)生微量塑性變形，一般規(guī)定光滑拉伸試樣的斷面收縮率小于5%為脆性斷裂;大于5%的為韌性斷裂?？梢?jiàn)，金屬材料的韌性與脆性是依據(jù)一定條件下的塑性變形量來(lái)規(guī)定的，隨著條件的改變，材料的韌性與脆性行為也將隨之發(fā)生變化。

多晶體金屬斷裂時(shí)，裂紋擴(kuò)展的路徑可能是不同的。沿晶斷裂一般為脆性斷裂;而穿晶斷裂既可為脆性斷裂(低溫下的穿晶斷裂)，也可以是韌性斷裂(如室溫下的穿晶斷裂)。沿晶斷裂是晶界上的一薄層連續(xù)或不連續(xù)脆性第二相、夾雜物，破壞了晶界的連續(xù)性所造成的，也可能是雜質(zhì)元素向晶界偏聚引起的。應(yīng)力腐蝕、氫脆、回火脆性、淬火裂紋、磨削裂紋都是沿晶斷裂。有時(shí)沿晶斷裂和穿晶斷裂可以混合發(fā)生。

斷裂按斷裂機(jī)理又可分為解理斷裂與剪切斷裂兩類。解理斷裂是指金屬材料在一定條件下(如體心立方金屬、密排六方金屬與合金處于低溫、沖擊載荷作用)，當(dāng)外加正應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值后，以極快速率沿一定晶體學(xué)平面的穿晶斷裂。解理面一般是低指數(shù)或表面能最低的晶面。對(duì)于面心立方金屬來(lái)說(shuō)，在一般情況下不發(fā)生解理斷裂，但面心立方金屬在非?？量痰沫h(huán)境條件下也可能產(chǎn)生解理破壞。

通常，解理斷裂總是脆性斷裂，但脆性斷裂不一定是解理斷裂，兩者不是同義詞。

剪切斷裂是指金屬材料在切應(yīng)力作用下，沿滑移面分離而造成的滑移面分離斷裂。它又分為滑斷(又稱切離或純剪切斷裂)和微孔聚集型斷裂。純金屬尤其是單晶體金屬常發(fā)生滑斷斷裂；;鋼鐵等工程材料多發(fā)生微孔聚集型斷裂，如低碳鋼拉伸所致的斷裂即為這種斷裂，是一種典型的韌

性斷裂。

根據(jù)斷裂面取向，可將斷裂分為正斷型和切斷型斷裂兩類。若斷裂面取向垂直于最大正應(yīng)力，即為正斷型斷裂(簡(jiǎn)稱正斷)；斷裂面取向與最大切應(yīng)力方向相一致而與最大正應(yīng)力方向約成45°角，為切斷型斷裂(簡(jiǎn)稱切斷)。前者有解理斷裂或塑性變形受較大約束下的斷裂，后者有塑性變形不受約束或約束較小情況下的斷裂。

按受力狀態(tài)、環(huán)境介質(zhì)不同，可將斷裂分為靜載斷裂(如拉伸斷裂、扭轉(zhuǎn)斷裂、剪切斷裂等)、沖擊斷裂、疲勞斷裂;根據(jù)環(huán)境不同，斷裂又分為低溫冷脆斷裂、高溫蠕變斷裂、應(yīng)力腐蝕和氫脆斷裂。而磨損和接觸疲勞則為一種不完全斷裂。

常用的斷裂分類方法及其特征如表12－1所示。

材料在交變應(yīng)力作用下，雖然應(yīng)力水平低于材料的抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服極限，但經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)周期后，零件產(chǎn)生裂紋而突然斷裂，這種斷裂稱為疲勞斷裂。它是脆性斷裂的一種形式，可分為：

(1)拉伸疲勞，拉壓疲勞，彎曲疲勞，扭轉(zhuǎn)疲勞及混合疲勞等。

(2)高周疲勞，低周疲勞。

(3)腐蝕疲勞，高溫疲勞，微振疲勞，接觸疲勞等。純壓縮負(fù)荷不會(huì)出現(xiàn)疲勞斷裂。

疲勞斷裂的過(guò)程包括以下幾個(gè)階段:

(1)裂紋的萌生。光滑試樣是由于表面滑移帶的“擠入”、“擠出”形成的，一般沿45°角擴(kuò)展。工程材料往往形成于最大拉應(yīng)力處的各種缺陷，如第二相夾雜物，各種表面缺陷(脫C、折疊、夾渣、氣孔、疏松、縮孔、腐蝕坑等)。

(2)疲勞裂紋的擴(kuò)展。它是指與抗應(yīng)力垂直，交變應(yīng)力作用下裂紋擴(kuò)展，顯微特征存在疲勞輝紋。

影響疲勞斷裂的因素很多，主要有：

(1)零件表面狀態(tài)，疲勞裂紋多數(shù)起源于表面或亞表面。有淬火裂紋，尖銳缺口(粗糙度、加工刀痕)，表面強(qiáng)度削弱(氧化、脫碳)等嚴(yán)重影響疲勞壽命。

(2)缺口效應(yīng)與應(yīng)力集中。

(3)殘余應(yīng)力。殘余拉應(yīng)力有害，殘余壓應(yīng)力有益。表面熱處理，噴丸，表面滾壓等工藝有益。研磨，校直，焊接等工藝有害。

(4)材料的成分和組織。冶金質(zhì)量好的材料，疲勞強(qiáng)度高。

(5)溫度影響。溫度高，疲勞強(qiáng)度低。

(6)環(huán)境影響。腐蝕會(huì)加速疲勞源萌生而促進(jìn)腐蝕疲勞。

12.1.3磨損失效

相互接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體由于機(jī)械、物理和化學(xué)作用，造成物體表面材料的位移及分離，使表面形狀、尺寸、組織和性能發(fā)生變化的過(guò)程稱為磨損。磨損是零件失效的重要形式之一，是一個(gè)逐漸發(fā)展的過(guò)程。材料磨損類型主要包括以下幾類：

(1)磨料磨損。它是指硬的磨(顆)?；蛴驳耐钩鑫镌谂c摩擦表面相互接觸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，使材料表面損耗的一種現(xiàn)象或過(guò)程。

(2)粘著磨損。它是指相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的真實(shí)接觸面積上發(fā)生固相粘著，使材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一表面的現(xiàn)象。例如，機(jī)床導(dǎo)軌表面刮傷，主軸與軸瓦之間的磨損，汽車(chē)缸體與缸套活塞環(huán)之間的磨損。粘著磨損主要特征有表面有細(xì)劃痕，摩擦件之間有金屬轉(zhuǎn)移，表面金相組織及化學(xué)成分均有明顯變化，磨損產(chǎn)物多為小片或顆粒。

(3)沖蝕磨損。它是指流體或固體以松散的小顆粒按一定的角度和速度對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊所造成的磨損。通常顆粒小于1000μm，速度小于550m/s，若超過(guò)即為外來(lái)物損傷。

(4)微動(dòng)磨損。它是指兩個(gè)配合表面之間由一微小振幅的相對(duì)振動(dòng)所引起的表面損傷。微動(dòng)磨損包括材料損失、表面形貌變化，表面、次表面塑性變形或開(kāi)裂等現(xiàn)象。

(5)腐蝕磨損。腐蝕磨損是金屬表面產(chǎn)生摩擦?xí)r，同時(shí)與工作(周?chē)?介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生表面金屬的損失或遷移現(xiàn)象。

(6)疲勞磨損。它是指兩個(gè)接觸體相對(duì)滾動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)，在接觸區(qū)形成的循環(huán)應(yīng)力超過(guò)材料的疲勞強(qiáng)度的情況下，在表層將引發(fā)裂紋并擴(kuò)展，最后使裂紋上的材料斷裂剝落下來(lái)的過(guò)程。此種磨損在滾動(dòng)軸承、齒輪、車(chē)輪、軋輥等表面上經(jīng)常出現(xiàn)。它的主要特征表現(xiàn)為零件表面出現(xiàn)深淺不同、大小不一的斑狀凹坑或較大面積的表面剝落，稱為點(diǎn)蝕及剝落。

12.1.4腐蝕失效

金屬材料受周?chē)橘|(zhì)的作用而損壞，稱為金屬腐蝕。金屬的銹蝕是最常見(jiàn)的腐蝕形態(tài)之一。出現(xiàn)腐蝕時(shí)，在金屬的界面上發(fā)生了化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，使金屬轉(zhuǎn)入氧化(離子)狀態(tài)。這會(huì)顯著降低金屬材料的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能，破壞金屬構(gòu)件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化電學(xué)和光學(xué)等物理性能，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至造成火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性事故。腐蝕主要分為以下幾種類型:

1)均勻腐蝕

在整個(gè)金屬表面均勻地發(fā)生腐蝕，被腐蝕的金屬表面具有均勻的化學(xué)成分和顯微組織，腐蝕介質(zhì)均勻包圍金屬表面。

2)點(diǎn)腐蝕

點(diǎn)腐蝕(簡(jiǎn)稱點(diǎn)蝕)又稱坑蝕和小孔腐蝕。點(diǎn)蝕有大有小，一般情況下，點(diǎn)蝕的深度要比其直徑大得多。點(diǎn)蝕經(jīng)常發(fā)生在表面有鈍化膜或保護(hù)膜的金屬上。由于金屬材料中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，當(dāng)介質(zhì)中含有某些活性陰離子(如Cl-)時(shí)，這些活性陰離子首先被吸附在金屬表面某些點(diǎn)上，從而使金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞。

一旦這層鈍化膜被破壞又缺乏自鈍化能力時(shí)，金屬表面就發(fā)生腐蝕。這是因?yàn)樵诮饘俦砻嫒毕萏幰茁┏鰴C(jī)體金屬，使其呈活化狀態(tài)，而鈍化膜處仍為鈍態(tài)，這樣就形成了活性鈍性腐蝕電池。由于陽(yáng)極面積比陰極面積小得多，陽(yáng)極電流密度很大，因此腐蝕往深處發(fā)展，金屬表面很快就被腐蝕成小孔，即點(diǎn)蝕。

在石油、化工的腐蝕失效類型統(tǒng)計(jì)中，點(diǎn)蝕約占20%~25%。流動(dòng)不暢的含活性陰離子的介質(zhì)中容易形成活性陰離子的積聚和濃縮的條件，促使點(diǎn)蝕的生成。粗糙的表面比光滑的表面更容易發(fā)生點(diǎn)蝕。

pH值降低、溫度升高都會(huì)增加點(diǎn)蝕的傾向。氧化性金屬離子(如Fe3+、Cu2+、Hg2+等)能促進(jìn)點(diǎn)蝕的產(chǎn)生。但某些含氧陰離子(如氫氧化物、鉻酸鹽、硝酸鹽和硫酸鹽等)能防

止點(diǎn)蝕。

點(diǎn)蝕雖然失重不大，但由于陽(yáng)極面積很小，因此腐蝕速率很快，嚴(yán)重時(shí)可造成設(shè)備穿孔，使大量的油、水、氣泄漏，有時(shí)甚至造成火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重事故，危險(xiǎn)性很大。點(diǎn)蝕會(huì)使晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等加劇，在很多情況下點(diǎn)蝕是這些類型腐蝕的起源。

3)縫隙腐蝕

金屬與金屬或非金屬之間形成很小的縫隙，縫隙內(nèi)介質(zhì)處于靜滯狀態(tài)，從而引起縫內(nèi)金屬加速腐蝕的局部腐蝕形式。常見(jiàn)的有法蘭連接面、螺母壓緊面，縫內(nèi)氧耗盡形成氧濃差電池，促使氯離子等活性離子進(jìn)入縫隙，pH值降低，引起縫隙腐蝕。

4)晶間腐蝕

晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中，沿著材料的晶粒間界受到腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部腐蝕破壞現(xiàn)象。受到這種腐蝕的設(shè)備或零件，有時(shí)從外表看仍是完好光亮，但由于晶粒之間的結(jié)合力被破壞，材料幾乎喪失了強(qiáng)度，嚴(yán)重的還會(huì)失去金屬聲音，輕輕敲擊便成為粉末。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在石油、化工設(shè)備腐蝕失效事故中，晶間腐蝕約占4%~9%，主要發(fā)生在用軋材焊接的容器及熱交換器上。一般認(rèn)為，晶界合金元素的貧化是產(chǎn)生晶間腐蝕的主要原因。通過(guò)提高材料的純度，去除碳、氮、磷和硅等有害微量元素或加入少量穩(wěn)定化元素(鈦、鈮)，以控制晶界上析出的碳化物及采用適當(dāng)?shù)臒崽幚碇贫群瓦m當(dāng)?shù)募庸すに?，可防止晶間腐蝕的產(chǎn)生。

5)應(yīng)力腐蝕

材料在特定的腐蝕介質(zhì)中和在靜拉伸應(yīng)力(包括外加載荷、熱應(yīng)力、冷加工、熱加工、焊接等所引起的殘余應(yīng)力，以及裂縫銹蝕產(chǎn)物的楔入應(yīng)力等)下，所出現(xiàn)的低于強(qiáng)度極限的脆性開(kāi)裂現(xiàn)象稱為應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是先在金屬的腐蝕敏感部位形成微小凹坑，產(chǎn)生細(xì)長(zhǎng)的裂縫，且裂縫擴(kuò)展很快，能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的破壞。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂在石油、化工腐蝕失效類型中所占比例最高，可達(dá)50%。應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)生有兩個(gè)基本條件:

一是材料對(duì)介質(zhì)具有一定的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性;

二是存在足夠高的拉應(yīng)力。導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的應(yīng)力可能來(lái)自工作應(yīng)力，也可能來(lái)自制造過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂事故中，由殘余應(yīng)力所引起的占80%以上，而由工作應(yīng)力引起的則不足20%。

應(yīng)力腐蝕過(guò)程一般可分為三個(gè)階段。第一階段為孕育期，在這一階段內(nèi)，因腐蝕過(guò)程局部化和拉應(yīng)力作用的結(jié)果，使裂紋生核。第二階段為腐蝕裂紋發(fā)展時(shí)期，當(dāng)裂紋生核后，在腐蝕介質(zhì)和金屬中拉應(yīng)力的共同作用下，裂紋擴(kuò)展。第三階段中，由于拉應(yīng)力的局部集中，裂紋急劇生長(zhǎng)導(dǎo)致零件的破壞。

在發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂時(shí)，并不發(fā)生明顯的均勻腐蝕，甚至腐蝕產(chǎn)物極少，有時(shí)肉眼也難以發(fā)現(xiàn)，因此，應(yīng)力腐蝕是一種非常危險(xiǎn)的破壞。一般來(lái)說(shuō)，介質(zhì)中氯化物濃度的增加，會(huì)縮短應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂所需的時(shí)間。不同氯化物的腐蝕作用是按Mg2+、Fe3+、Ca2+

、Na1+、Li1+等離子的順序遞減的。發(fā)生應(yīng)力腐蝕的溫度一般在50~300℃之間。

防止應(yīng)力腐蝕應(yīng)從減少腐蝕和消除拉應(yīng)力兩方面來(lái)采取措施，具體表現(xiàn)為:一要盡量避免使用對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感的材料;二是在設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)時(shí)要力求合理，盡量減少應(yīng)力集中和積存腐蝕介質(zhì);三是在加工制造設(shè)備時(shí)，要注意消除殘余應(yīng)力。

6)腐蝕疲勞

腐蝕疲勞是在腐蝕介質(zhì)與循環(huán)應(yīng)力的聯(lián)合作用下產(chǎn)生的。這種由于腐蝕介質(zhì)而引起的抗腐蝕疲勞性能的降低稱為腐蝕疲勞。疲勞破壞的應(yīng)力值低于屈服點(diǎn)，當(dāng)它在一定的臨界循環(huán)應(yīng)力值(疲勞極限或稱疲勞壽命)以上時(shí)，才會(huì)發(fā)生疲勞破壞。而腐蝕疲勞卻可能在很低的應(yīng)力條件下就發(fā)生破斷，因而它是很危險(xiǎn)的。

影響材料腐蝕疲勞的因素主要有應(yīng)力交變速度、介質(zhì)溫度、介質(zhì)成分、材料尺寸、加工和熱處理等。增加載荷循環(huán)速度，降低介質(zhì)的pH值或升高介質(zhì)的溫度，都會(huì)使腐蝕疲勞強(qiáng)度下降。材料表面的損傷或較低的粗糙度所產(chǎn)生的應(yīng)力集中會(huì)使疲勞極限下降，從而也會(huì)降低疲勞強(qiáng)度。

12.2機(jī)械零件失效分析

12.2.1零件失效的基本原因失效原因有多種，在實(shí)際生產(chǎn)中，零件失效很少是由于單一因素引起的，往往是幾個(gè)因素綜合作用的結(jié)果。歸納起來(lái)，零件失效的基本原因可分為設(shè)計(jì)，材料，加工，安裝、使用與失效四個(gè)方面。

1.設(shè)計(jì)方面的原因

一是由于設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和形狀不合理導(dǎo)致零件失效，如零件的高應(yīng)力區(qū)存在明顯的應(yīng)力集中源(各種尖角、缺口、過(guò)小的過(guò)渡圓角等);二是對(duì)零件的工作條件估計(jì)失誤，如對(duì)工作中可能的過(guò)載估計(jì)不足，使設(shè)計(jì)的零件的承載能力不夠。

2.材料方面的原因

選材不當(dāng)是材料方面導(dǎo)致失效的主要原因。最常見(jiàn)的是設(shè)計(jì)人員僅根據(jù)材料的常規(guī)性能指標(biāo)來(lái)作出決定，而這些指標(biāo)根本不能反映出材料所受某種類型失效的抗力。另外，材料本身的缺陷(如縮孔、疏松、氣孔、夾雜、微裂紋等)也導(dǎo)致零件失效。

3.加工方面的原因

加工工藝控制不好會(huì)造成各種缺陷而引起失效。例如，熱處理工藝控制不當(dāng)導(dǎo)致過(guò)熱、脫碳、回火不足等;鍛造工藝不良、帶狀組織、過(guò)熱或過(guò)燒現(xiàn)象等;冷加工工藝不良造成光潔度太低，刀痕過(guò)深、磨削裂紋等都可導(dǎo)致零件的失效。

有些零件加工不當(dāng)造成的缺陷與零件設(shè)計(jì)有很大的關(guān)系，如熱處理時(shí)的某些缺陷。零件外形和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會(huì)促使熱處理缺陷的產(chǎn)生(如變形、開(kāi)裂)。為避免或減少零件淬火時(shí)發(fā)生開(kāi)裂，設(shè)計(jì)零件時(shí)應(yīng)注意:截面厚薄應(yīng)均勻，否則容易在薄壁處開(kāi)裂;結(jié)構(gòu)對(duì)稱，盡量采用封閉結(jié)構(gòu)以免發(fā)生大的變形;變截面處均勻過(guò)渡，防止應(yīng)力集中。

4.安裝、使用與失效方面的原因

零件安裝時(shí)，配合過(guò)緊、過(guò)松、對(duì)中不良、固定不緊等，或操作不當(dāng)均可造成使用過(guò)程中失效。

12.2.2零件失效分析

研究失效及其分析，應(yīng)找出失效的起因，據(jù)此制訂出防止類似失效的改進(jìn)方案。研究一宗復(fù)雜的事故，往往需要若干工程部門(mén)和物理、冶金、化學(xué)方面各專家的協(xié)助。一般來(lái)說(shuō)，失效分析和研究的主要階段如下:

(1)背景資料的收集和分析樣品的選擇。

(2)失效件的初步檢查(肉眼檢查和記錄)。

(3)無(wú)損檢測(cè)。

(4)機(jī)械性能試驗(yàn)(包括硬度、韌性試驗(yàn))。

(5)所有試樣的選擇、鑒定、保存及清洗。

(6)宏觀檢驗(yàn)和分析(斷裂表面、二次裂紋及其他表面現(xiàn)象)。

(7)微觀檢驗(yàn)和分析。

(8)化學(xué)分析(包括腐蝕產(chǎn)物，沉積物等)。

(9)斷裂機(jī)理的分析。

綜合上述各方面的調(diào)查和分析結(jié)果，判斷影響零件失效的各種因素，排除不可能或者不重要的因素，最終確定零件失效的真正原因，尤其是起決定作用的原因。

12.3材料的表面處理

12.3.1表面處理及目的表面處理，從廣義上講，它是一個(gè)十分寬廣的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，是具有極高使用價(jià)值的基礎(chǔ)技術(shù)。隨著工業(yè)的現(xiàn)代化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化，以及高新技術(shù)和現(xiàn)代國(guó)防用先進(jìn)武器的發(fā)展，對(duì)各種材料表面性能的要求愈來(lái)愈高。

20世紀(jì)80年代，被列入世界10項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一的表面技術(shù)，經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，已成為一門(mén)新興、跨學(xué)科、綜合性強(qiáng)的先進(jìn)基礎(chǔ)與工程技術(shù)。材料表面處理是指把材料的表面與基體作為一個(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改性，以最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法改善材料表面及近表面區(qū)的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)，并賦予材料表面新的復(fù)合性能，使許多新構(gòu)思、新材料、新器件實(shí)現(xiàn)了新的工程應(yīng)用。我們把這種綜合化的用于提高材料表面性能的各種新技術(shù)，統(tǒng)稱為現(xiàn)代材料表面處理技術(shù)。

對(duì)固體材料而言，材料表面處理實(shí)施的主要目的，是以最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法改變材料表面及近表面區(qū)的形態(tài)、化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，使材料表面獲得新的復(fù)合性能。具體而言，通過(guò)表面處理技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)施，可以達(dá)到下列目的:

(1)提高材料抵御環(huán)境的能力。

(2)賦予材料表面機(jī)械功能、裝飾功能、物理功能和特殊功能(包括聲、電、光、磁及其轉(zhuǎn)換和各種特殊的物理、化學(xué)性能)。

(3)弄清各類固體表面的失效機(jī)理和各種特殊的性能要求，實(shí)施特定的表面加工來(lái)制備具有優(yōu)異性能的構(gòu)件、零部件和元器件等先進(jìn)產(chǎn)品，以促進(jìn)材料表面科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)力的發(fā)展。

12.3.2表面處理方法

表面處理方法很多，各種新方法也在不斷出現(xiàn)。常用的表面處理技術(shù)有熱噴涂、堆焊、電鍍、化學(xué)鍍、涂裝、熔結(jié)、熱浸鍍、陶瓷涂敷，各種物理氣相沉積(包括真空蒸發(fā)鍍、濺射鍍、陰極多弧鍍、空心陰極離子鍍、磁控濺射鍍等)、化學(xué)氣相沉積，分子束外延、離子束合成等技術(shù)。另外，也采用各種表面改性技術(shù)及機(jī)械、物理、化學(xué)等方法，使材料表面的形貌、化學(xué)成分、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)得到改變，其技術(shù)主要有表面熱處理、化學(xué)熱處理、噴丸強(qiáng)化、等離子擴(kuò)滲處理、三束(激光束、電子束、離子束)改性處理等。以下是幾種較為常見(jiàn)的表面處理技術(shù)。

1.熱噴涂

熱噴涂技術(shù)是通過(guò)某種熱源將某些材料加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，然后噴射到涂敷的基體表面，形成一層性能優(yōu)于原來(lái)基體的涂層，從而使原工件具有更加優(yōu)異的表面性能，或者是使工件獲得一種或幾種原來(lái)基體材料不具備的表面性能膜狀組織。噴涂層的形成包括噴涂材料的加熱熔化階段、熔滴的霧化階段、粒子的飛行階段和粒子的噴涂階段。涂層與基體的結(jié)合一般認(rèn)為有機(jī)械結(jié)合、擴(kuò)散結(jié)合、物理結(jié)合和冶金結(jié)合。

在使用放熱型噴涂材料或采用高溫?zé)嵩磭娡繒r(shí)，熔融態(tài)的噴涂材料粒子會(huì)與熔化態(tài)的基體發(fā)生焊接現(xiàn)象，形成微區(qū)的冶金結(jié)合，提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。噴涂層內(nèi)的粒子之間的結(jié)合以機(jī)械結(jié)合為主，而擴(kuò)散結(jié)合、物理結(jié)合、冶金結(jié)合等也共同起作用。

自1910年瑞士肖普(Schoop)博士發(fā)明了一種火焰噴涂裝置(即熱噴涂)以來(lái)，熱噴涂技術(shù)已有很大發(fā)展，尤其是20世紀(jì)80年代以來(lái)，熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用取得了很大的成就。與其他各種表面技術(shù)相比，熱噴涂技術(shù)有其自身的特點(diǎn):

(1)可在各種基體上制備各種材質(zhì)的涂層，包括金屬、陶瓷、金屬陶瓷、工程塑料、玻璃、木材、布、紙等幾乎所有的固體材料。

(2)基體溫度低?；w溫度一般在30~200℃之間，變形小，熱影響區(qū)淺。

(3)操作靈活?？蓢娡扛鞣N規(guī)格和形狀的物體，特別適合于大面積涂層，并可在野外作業(yè)。

(4)涂層厚度范圍寬。從幾十微米到幾毫米的涂層都能制備，且容易控制，噴涂效率高，成本低。噴涂時(shí)生產(chǎn)效率為每小時(shí)幾千克到幾十千克。

熱噴涂作為一種表面處理技術(shù)，它也存在許多不足之處，比如，涂層存在結(jié)合力較低、孔隙率較高、均勻性較差且不易對(duì)涂層進(jìn)行非破壞檢查等問(wèn)題，主要體現(xiàn)在熱效率低、材料利用率低、浪費(fèi)大和涂層與基材強(qiáng)度較低三個(gè)方面。

2.堆焊

堆焊的物理本質(zhì)、熱過(guò)程、冶金過(guò)程以及堆焊金屬的凝固結(jié)晶和相變過(guò)程，與一般的焊接方法相比差別不大。然而，堆焊主要是以獲得特定性能的表層，發(fā)揮表面層金屬性能為目的的，所以在使用堆焊技術(shù)工藝時(shí)應(yīng)該注意:

(1)根據(jù)技術(shù)要求合理地選擇堆焊合金類型。被堆焊的金屬種類很多，所以，堆焊前首先應(yīng)分析零件的工作狀況，確定零件的材質(zhì)，根據(jù)具體的情況選擇堆焊合金系統(tǒng)，這樣才能得到符合技術(shù)要求的表面堆焊層。

(2)以降低稀釋率為原則，選定堆焊方法。由于零件的基體大多是低碳鋼或低合金鋼，而表面堆焊層含合金元素較多，因此，為了得到良好的堆焊層，就必須減小母材向焊縫金屬的熔入量，也就是稀釋率。

(3)堆焊層與基體金屬間應(yīng)有相近的性能。由于通常堆焊層與基體的化學(xué)成分差別很大，為防止堆焊層與基體間在堆焊、焊后熱處理及使用過(guò)程中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力與組織應(yīng)力，常要求堆焊層與基體的熱膨脹系數(shù)和相變溫度最好接近，否則容易造成堆焊層開(kāi)裂及剝離。

(4)提高生產(chǎn)率。由于堆焊零件的數(shù)量繁多、堆焊金屬量大，因此應(yīng)該研發(fā)和應(yīng)用生產(chǎn)率較高的堆焊工藝。

總之，只有全面考慮上述內(nèi)容，才能在工程實(shí)踐中正確選擇堆焊合金系統(tǒng)與堆焊工藝，獲得符合技術(shù)要求的經(jīng)濟(jì)性好的表面堆焊層。

3.氣相沉積

氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)過(guò)程，在工件表面形成具有特殊性能的金屬或化合物涂層。按照過(guò)程的性質(zhì)可將其分為化學(xué)氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)兩大類?；瘜W(xué)氣相沉積是利用氣態(tài)物質(zhì)在固態(tài)工件表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)沉積物的過(guò)程。通常的處理是將低溫下氣化的金屬鹽與加熱到高溫的基體接觸，通過(guò)與碳?xì)浠衔锖蜌錃饣虻獨(dú)膺M(jìn)行氣相反應(yīng)，在基體表面上沉積所要求的金屬或金屬間化合物?；瘜W(xué)氣相反應(yīng)室應(yīng)抽真空并加熱到900~1000℃，生成物沉積在工件表面。

鋼件經(jīng)沉積鍍覆后，還需進(jìn)行熱處理，可在同一反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行。由于加熱溫度較高，所用鋼種皆系合金鋼，故升溫時(shí)要采用預(yù)熱處理。沉積處理后隨爐冷至200℃以下，取出空冷，再進(jìn)行淬火和回火處理。碳素工具鋼、滲碳鋼、軸承鋼、高速鋼、鑄鐵及硬質(zhì)合金等多種材料都可進(jìn)行氣相沉積。

物理氣相沉積是通過(guò)蒸發(fā)、電離或?yàn)R射等過(guò)程，產(chǎn)生的金屬粒子沉積在工件表面，形成金屬涂層或與反應(yīng)氣反應(yīng)形成化合物涂層。物理氣相沉積的重要特點(diǎn)是沉積溫度低于600℃，沉積速度比CVD快。PVD法可適用于黑色金屬高速鋼、碳素工具鋼等有色金屬、陶瓷、高聚物、玻璃等各種材料。PVD法有真空蒸鍍、真空濺射、離子鍍?nèi)箢悺?/p>

4.離子注入表面強(qiáng)化處理

離子注入是根據(jù)被處理表面材料所需要的性能來(lái)選擇適當(dāng)種類的原子，使其在真空電場(chǎng)中離子化，并在高電壓作用下加速注入工件表層的技術(shù)。離子注入設(shè)備主要是在真空中將注入的原子電離成離子，用聚束系統(tǒng)形成離子束流，用加速系統(tǒng)以必需的能量加速。由于加速的離子束也可能含有不需要的離子，需要利用質(zhì)量分析器進(jìn)行質(zhì)量分離，只讓必要的離子從狹縫通過(guò)。由于通過(guò)狹縫的離子束的斷面的不均勻，為使離子束有良好的均勻性，應(yīng)對(duì)離子束作電掃描。

離子注入技術(shù)在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，在材料工業(yè)中，可用于金屬材料表面合金化，可以提高工程材料的表面性能。例如，利用N、C、B等非金屬元素注入到鋼、鐵、有色金屬及各種合金中，當(dāng)注入的離子量合適時(shí)，將產(chǎn)生明顯的表面硬化作用，一般提高10%~100%，甚至更高。離子注入能改變金屬表面的摩擦系數(shù)，又由于它提高了硬度，因此耐磨性增強(qiáng)。當(dāng)離子注入Ce、Y、Hf、Th、Zr、Nb、Ti或其他能穩(wěn)定氧化物的活性元素于鋼中時(shí)，可大大提高鋼的耐腐蝕能力。

5.熔鹽浸鍍處理

TMD處理是熔鹽浸鍍法、電解法及粉末法進(jìn)行擴(kuò)散表面硬化處理技術(shù)的總稱。TD處理是ToyotaDiffusion的簡(jiǎn)稱，系日本豐田中央研究所于20世紀(jì)70年代所發(fā)展的材料表面改性技術(shù)。TD處理是將欲處理的工件置于含有碳化物形成元素如釩、鈮、鉻高溫鹽浴中，溫度保持在871~1037℃，處理時(shí)間為1~8h。此時(shí)，底材中所含的碳會(huì)往外擴(kuò)散至表面，與鹽浴中的碳化物形成元素結(jié)合為碳化物。

例如，碳化釩、碳化鈮與碳化鉻，前兩者有優(yōu)異耐磨性與耐剝離強(qiáng)度;而后者碳化鉻雖然有較低的耐磨性，但是卻有高的抗氧化性。該碳化物非常細(xì)致內(nèi)部沒(méi)有疏松組織，與底材以金屬鍵結(jié)方式緊密結(jié)合，在碳化物與底材之間存在一層薄的擴(kuò)散層約為2~20微米。由碳化物形成所需的碳均由底材供應(yīng)，因此適合TD作處理的底材必須為含碳量至少在0.3%以上的含碳材料，如鋼鐵/鎳合金、鉆合金及超硬合金。處理前，工件均須作預(yù)熱以防加熱過(guò)速產(chǎn)生變形，然后在各種工件材料的奧氏體化溫度下進(jìn)行TD處理。

處理后的冷卻方式則有多種選擇，視材料而定，可采用空冷、油冷、水冷、鹽浴冷卻、氮?dú)饫鋮s，使底材獲得硬化，再回火。當(dāng)鋼材奧氏體化溫度大于TD處理溫度上限時(shí)，處理后的鋼材必須放在真空熱處理爐或具有保護(hù)性的鹽浴爐中加熱至奧氏體化溫度并作冷卻，以完成底材的硬化。

實(shí)際應(yīng)用最廣的是用熔鹽浸鍍法在工件表面涂覆VC、NBC、CrC等碳化物鍍層。TD處理有直接加熱形式與間接加熱形式。熔鹽浸鍍法的原理是將放入耐熱坩堝中的硼砂(至少占70%~90%)熔融后，欲涂覆哪種碳化物即可向硼砂中相應(yīng)的加入那種能形成碳化物的物質(zhì)。例如，涂覆VC時(shí)加入Fe－V的合金粉末或V205粉末，將含碳的鋼件浸入保持在800~1200℃的鹽浴中，保溫1~10h，即可得到由碳化物構(gòu)成的表面涂層。

6.激光表面處理技術(shù)

激光是1960年才出現(xiàn)的一種新光源。激光具有高亮度、高單色性、高相干性、強(qiáng)方向性等特征，這些特點(diǎn)決定了它在許多領(lǐng)域中都有重大的應(yīng)用。激光表面處理是一種高能量密度的表面熱處理。

激光表面熔化處理(LSM)是用能量密度較大的激光照射工作表面，使材料表面層熔化，停止照射后靠基體熱傳導(dǎo)快速冷卻、凝固的一種技術(shù)。在激光熔融處理時(shí)，當(dāng)冷卻速度為106℃/s以上時(shí)，足以抑制正常晶粒的形成，而在表面層1~10微米內(nèi)產(chǎn)生亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)。

這類亞結(jié)構(gòu)通常是超細(xì)的枝晶，甚至是非晶態(tài)，這主要取決于金屬或合金的本質(zhì)和冷卻速度。這種處理方法相當(dāng)于激

光上釉，其特點(diǎn)是表面具有高硬度、高耐磨和高耐蝕性。另一種常用于鑄鐵或高碳鋼的處理工藝是通過(guò)激光束照射鑄鐵表面，使表面熔融，而片狀石墨均勻地熔于奧氏體基體中，在隨后的自冷卻過(guò)程中過(guò)飽和的碳以滲碳體形式析出在表面層，形成萊氏體組織。這種表層的硬度約為1000HV，大幅度地提高耐磨性，此工藝已用于汽車(chē)凸輪軸生產(chǎn)中。

激光合金化是用激光束把基體材料表層和涂敷到表面上的合金化物質(zhì)一起熔化后迅速凝固，從而達(dá)到改變表層化學(xué)成分，提高金屬的耐磨性、抗蝕性及高溫抗氧化性的一種表面改性處理方法。激光合金化能量密度一般為104~106W/

cm2

。合金化熔池深度為0.5~2mm，基體材料為碳鋼或鑄鐵，有時(shí)亦選用有色金屬Al、Ti、Ni為基體合金。合金化的材料可以是粉末、薄片、線材或棒材，可預(yù)先加入或同時(shí)加入，預(yù)先加入的方式有沉積、電鍍、離子注入、刷涂、噴涂等。這種工藝可使零件有高硬度、高耐磨性、優(yōu)良的耐蝕性，已在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。

7.化學(xué)鍍工藝的原理

化學(xué)鍍是一種不需要通電，依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，利用強(qiáng)還原劑在含有金屬離子的溶液中，將金屬離子還原成金屬而沉積在各種材料表面形成致密鍍層的方法。實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程的方法有三種。

(1)置換法。

將還原性較強(qiáng)的金屬(金屬、待鍍的工件)放入另一種氧化性較強(qiáng)的金屬鹽溶液中，還原性較強(qiáng)的金屬是還原劑，它提供的電子被溶液中的金屬離子接收后，在基體金屬表面沉積出溶液中所含有的那種金屬離子的金屬涂層。最常見(jiàn)的例子是鋼鐵制品放進(jìn)硫酸銅溶液中會(huì)沉積出一層薄薄的銅，這種工藝又稱為浸鍍(ImmersionPlating)，應(yīng)用較少。

(2)接觸法。

將待鍍金屬工件與另一種輔助金屬接觸后浸入沉積金屬鹽的溶液中，輔助金屬的電位應(yīng)低于沉積出的金屬電位。金屬工件與輔助金屬侵入溶液后構(gòu)成原電池，后者活性強(qiáng)是陽(yáng)極，發(fā)生活化溶解放出電子;金屬工件作為陰極就會(huì)沉積出溶液中金屬離子，還原出金屬層。該方法實(shí)際應(yīng)用也較少。

(3)還原法。

在溶液中添加還原劑，由它被氧化后提供的電子還原沉積出金屬鍍層。只有在具有催化能的活性表面上沉積出金屬涂層，由于施鍍過(guò)程中沉積層仍具有自催化能力，因此才能使該工藝可以連續(xù)不斷地沉積以形成一定厚度且有實(shí)用價(jià)值的金屬涂層。

在以上三種方法中，還原法就是真正意義上的化學(xué)鍍“工藝”。所以化學(xué)鍍的本質(zhì)是還原反應(yīng)。

化學(xué)鍍獨(dú)特的工藝性和優(yōu)異的鍍層性能集中體現(xiàn)在以下幾方面:

(1)工藝裝備簡(jiǎn)單、投資低，不需要電源和電極。

(2)化學(xué)鍍鍍層均勻、致密，沒(méi)有明顯的尖角、邊緣效應(yīng)，鍍層厚度容易控制，特別適于具有內(nèi)孔、細(xì)小孔、盲孔等的零件，只要鍍液能夠達(dá)到的部位，皆能獲得均勻的涂覆層。

(3)化學(xué)鍍鍍層外觀良好、晶料細(xì)、致密、空隙率低、光亮或半光亮(也可根據(jù)要求獲得其他顏色)。

(4)化學(xué)鍍鍍層根據(jù)其成分不同，可以獲得非晶態(tài)、微晶、細(xì)晶等組織結(jié)構(gòu)。

(5)可在非金屬材料表面鍍覆。

(6)鍍層化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸、堿、鹽腐蝕的能力強(qiáng)以及有良好的磁性能。

(7)化學(xué)鍍鍍層硬度高(鍍態(tài)硬度為500HV左右，而經(jīng)過(guò)熱處理后，其鍍層硬度可高達(dá)1000HV)、潤(rùn)滑性好、抗磨損和擦傷的能力強(qiáng)。

化學(xué)鍍鍍層經(jīng)過(guò)熱處理后其硬度可高達(dá)1000HV，其耐磨性可超過(guò)電鍍鉻，并表現(xiàn)出特殊的磁性能?；瘜W(xué)鍍鍍層表面形成鈍化膜后，其耐酸、堿、鹽腐蝕能力明顯地優(yōu)于其他金屬材料。化學(xué)鍍NiP層對(duì)碳鋼具有明顯的保護(hù)作用。化學(xué)鍍NiP非晶態(tài)合金鍍層在含氯離子的中性介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐點(diǎn)蝕性能，其耐點(diǎn)蝕能力明顯優(yōu)于目前在油田中廣泛使用的Cr13及18－8系不銹鋼?；瘜W(xué)鍍層作為高溫防護(hù)涂層，其性能不亞于電鍍鎳層，特別是在溫度低于850℃時(shí)，如復(fù)合鍍層后滲鋁，可以大幅度地改善其性能。

由于化學(xué)鍍鍍層具有以上所述的優(yōu)異的性能，而使其在世界范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用?；瘜W(xué)鍍已成為近年來(lái)表面處理領(lǐng)域發(fā)展速度最快的工藝之一。其作用已由簡(jiǎn)單的表面裝飾發(fā)展成為表面強(qiáng)化與防護(hù)，并向功能化、梯度功能化方向發(fā)展。近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家利用化學(xué)鍍工藝技術(shù)進(jìn)行材料表面鍍覆的發(fā)展速度，平均每年以12%~15%遞增。雖然我國(guó)在該領(lǐng)域起步較晚，但也處于迅速發(fā)展階段。

12.3.3表面處理發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)科技的發(fā)展，表面工程技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)的中堅(jiān)力量。為了面對(duì)日趨嚴(yán)重的能源、環(huán)境、資源等問(wèn)題，表面處理技術(shù)有以下發(fā)展趨勢(shì)：

1.復(fù)合表面技術(shù)

在單一表面技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，綜合運(yùn)用兩種或多種表面技術(shù)的復(fù)合表面技術(shù)(也稱第二代表面技術(shù))有了迅速的發(fā)展。復(fù)合表面技術(shù)通過(guò)多種工藝或技術(shù)的協(xié)同效應(yīng)，使工件材料表面體系在技術(shù)指標(biāo)、可靠性、壽命、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性等方面獲得最佳的效果，克服單一表面技術(shù)存在的局限性，解決了一系列工業(yè)關(guān)鍵技術(shù)和高新技術(shù)發(fā)展中特殊的技術(shù)問(wèn)題。強(qiáng)調(diào)多種表面技術(shù)的復(fù)合，是表面處理技術(shù)的重要特色之一。復(fù)合表面技術(shù)的研究和應(yīng)用已取得了重大進(jìn)展，如熱噴涂

和激光重熔的復(fù)合、熱噴涂與刷鍍的復(fù)合、化學(xué)熱處理與電鍍的復(fù)合等。

2.納米表面工程

近年來(lái)納米材料技術(shù)正在以令人吃驚的速度迅猛發(fā)展。迄今的研究以納米粉末的制作為主，但是越來(lái)越倍受關(guān)注的是納米材料的結(jié)構(gòu)化問(wèn)題。眾所周知，特殊的表面性能是納米材料的重要獨(dú)特性能之一。表面處理技術(shù)無(wú)論在工藝方法和應(yīng)用領(lǐng)域方面都與納米材料技術(shù)有著不可分割的密切聯(lián)系。在傳統(tǒng)的電刷鍍?nèi)芤褐屑尤爰{米粉體