Cómo mejorar la resistencia al desgaste del acero inoxidable
Se señala que la aplicación integral de la tecnología de recubrimiento y la tecnología emergente de modificación de superficies se convertirá en la dirección de desarrollo para mejorar la resistencia al desgaste del acero inoxidable.
1. Introducción
Malla de válvulas de acero inoxidable. El acero inoxidable tiene buena resistencia a la corrosión y se usa ampliamente en petróleo, industria química, aeroespacial, medicina, fabricación de papel, energía atómica, ingeniería marina e ingeniería de decoración. Sin embargo, la dureza del acero inoxidable suele ser baja (normalmente 200 ~ 250 HV) y su resistencia al desgaste es pobre.
Es probable que aparezcan destellos en la superficie, lo que no solo afectará la apariencia del producto decorativo, sino que también formará microbaterías corrosivas cuando aparecen microarañazos en la superficie, reduciendo la resistencia a la corrosión del producto.
Dando lugar a un desguace prematuro del producto. Los ejes de transmisión, las piezas engranadas o las piezas móviles basadas en acero inoxidable a menudo muerden o se pegan debido a la suavidad, la baja resistencia superficial y el alto coeficiente de fricción del acero inoxidable. Para mejorar la resistencia al desgaste del acero inoxidable,
muchos académicos han realizado diversos tratamientos e investigaciones de fortalecimiento en la superficie del acero inoxidable, como depositar un recubrimiento resistente al desgaste en la superficie del acero inoxidable mediante productos químicos. chapado.
Puede mejorar la dureza de la superficie del producto y garantizar la resistencia a la corrosión del producto. Este artículo revisa brevemente las limitaciones técnicas y las ventajas de las tecnologías de recubrimiento y las modificaciones de superficies para mejorar la resistencia al desgaste de las superficies de acero inoxidable.
Se prevé la dirección del desarrollo para mejorar la resistencia al desgaste del acero inoxidable.
2. Tecnología de recubrimiento de superficies de acero inoxidable
2.1, recubrimiento no electrolítico
El recubrimiento no electrolítico fue propuesto por A.Brenner y G.Riddell en 1947 como método de recubrimiento para depositar níquel sin polvo.
Este método es un método de reacción redox controlada para depositar metal que no requiere una fuente de energía externa. En comparación con la galvanoplastia, el revestimiento no electrolítico tiene las siguientes ventajas: puede depositar una capa uniforme en la superficie de piezas complejas; tiene buenas propiedades autolubricantes; hay pocos espacios en el equipo; simple y fácil de operar; el recubrimiento tiene propiedades mecánicas, físicas y químicas especiales. Sus desventajas son: corta vida útil del baño de revestimiento, grandes cantidades de agua residual, velocidad de revestimiento lenta y alto costo.
Malla de válvula de acero inoxidable. La principal forma en que el revestimiento no electrolítico mejora la resistencia al desgaste de las superficies de acero inoxidable es el niquelado y su revestimiento de aleación. Se requiere un tratamiento previo especial antes del niquelado para eliminar la película de pasivación de la superficie del acero inoxidable.
Mejora la adherencia entre el acero inoxidable y el revestimiento. El niquelado químico de acero inoxidable incluye niquelado químico de una sola capa, niquelado químico de doble capa y niquelado químico de una sola capa para acero inoxidable con incrustaciones de óxido.
Gao Yan et al. obtuvieron un recubrimiento de aleación Ni_2ppnni_2w2p no electrolítico con buena adherencia sobre un sustrato de acero inoxidable 316L. Con la premisa de garantizar el brillo original del producto,
En comparación con el sustrato de acero inoxidable original, la dureza del recubrimiento se ha mejorado enormemente para mejorar la resistencia al desgaste y al rayado del acero inoxidable. productos Se proporcionan soluciones efectivas. Cai Yiying, Fan Erbing y Wu también depositaron con éxito un revestimiento de aleación ni 2 pNi2W2P sobre el sustrato de acero inoxidable 420 utilizando un revestimiento no electrolítico. Después del tratamiento térmico adecuado, se descubrió que el rendimiento de ni 2 w 2 p era mejor que el de Ni2P.
El revestimiento de aleación tiene una alta microdureza y estabilidad química; las pruebas de rayado muestran que, en comparación con el sustrato de acero inoxidable, la resistencia al desgaste del revestimiento de aleación mejora significativamente.
2.2. Deposición física de vapor
La tecnología de deposición física de vapor utiliza formas físicas como la evaporación o la pulverización catódica para eliminar el material de una fuente objetivo.
Luego, estas partículas portadoras de energía se depositan sobre la superficie del sustrato o parte a través de un espacio de vacío o semivacío para formar una capa de película. La deposición física de vapor incluye la evaporación al vacío (VE), el recubrimiento por pulverización catódica (SIP) y el revestimiento iónico.
(IP)) y así sucesivamente. Según la clasificación de las fuentes de evaporación por calentamiento, la evaporación al vacío incluye la evaporación por calentamiento por resistencia, la evaporación por calentamiento por haz de electrones, la evaporación por calentamiento por inducción, etc.
El recubrimiento por pulverización catódica incluye deposición por pulverización catódica con magnetrón, recubrimiento por pulverización catódica con haz de iones, etc. Entre ellas, la evaporación al vacío es una de las primeras tecnologías de recubrimiento. La adherencia de la película es baja y aún no se utiliza ampliamente. Aunque las películas obtenidas mediante pulverización catódica y revestimiento iónico tienen una mayor fuerza de unión,
el alcance de las aplicaciones continúa ampliándose. Los campos prácticos de los recubrimientos por deposición física de vapor incluyen: películas decorativas, películas decorativas resistentes al desgaste, películas superduras resistentes al desgaste, películas lubricantes antifricción, etc.
El recubrimiento de TiN depositado por Han Xiuxun y otros sobre la superficie del acero inoxidable 1Cr18Ni9Ti utilizando un dispositivo de deposición por filtración magnética (FCAP) tiene alta dureza y adhesión basada en película. Bajo cargas de 1N y 3N, ambos muestran un bajo coeficiente de fricción y una buena resistencia al desgaste.
2.3.Deposición química de vapor
La tecnología de deposición química de vapor (CVD) significa que el gas mezclado interactúa con la superficie del sustrato a alta temperatura, provocando que ciertos componentes del gas mezclado se descompongan.
Y formar una película sólida o una película delgada de metal o compuesto sobre el sustrato. Sus características son las siguientes:
(1) El recubrimiento es denso y uniforme, y la densidad, pureza, estructura y tamaño de grano del recubrimiento se pueden controlar bien.
(2) Debido a la alta temperatura de deposición, la fuerza de unión entre el recubrimiento y el sustrato es alta.
(3) La deposición se puede realizar a presión atmosférica o por debajo de la atmosférica; presión;
(4) Generalmente, la capa depositada tiene una estructura cristalina columnar y no es resistente a la flexión.
, He y otros realizaron un tratamiento compuesto de TiN con deposición química de vapor mejorada con plasma y nitruración iónica en acero inoxidable austenítico 1Cr18Ni9Ti.
Se estudia la organización y el rendimiento de la capa de procesamiento compuesta. Los resultados muestran que la capa de tratamiento compuesta tiene una excelente fuerza de unión basada en membrana y su resistencia al desgaste mejora significativamente en comparación con el sustrato de acero inoxidable. Yamauchi et al. depositaron una película de carbono similar a un diamante en la superficie del acero inoxidable austenítico AISI304. El proceso utiliza un proceso de deposición química de vapor mejorado con plasma de radiofrecuencia (13156 MHz).
Experimentos comparativos en ambientes corrosivos muestran que los coeficientes de fricción de la muestra de película y el sustrato son aproximadamente 0,1 y 0,5 respectivamente, y la cantidad de desgaste de la primera es significativamente menor que la del segundo.
2.4. Pulverización térmica
La pulverización térmica utiliza algunas fuentes de calor para calentar el material de recubrimiento a un estado fundido o semifundido y, al mismo tiempo, utiliza flujo de llama y alta velocidad. gas para atomizarlo y atomizarlo. Estas partículas atomizadas son empujadas hacia la superficie del sustrato.
Depositado en un recubrimiento con una función determinada. La pulverización térmica puede proporcionar recubrimientos resistentes al desgaste, a la corrosión y a las altas temperaturas en la superficie de las piezas de trabajo. Generalmente existen tres métodos de unión entre materiales de recubrimiento y sustratos:
Unión mecánica, unión física y unión metalúrgica. Con la aparición de la pulverización por plasma a baja presión, la pulverización por plasma de alta velocidad y alta energía y la tecnología de pulverización por llama de alta velocidad, el rendimiento del recubrimiento se ha mejorado aún más: la porosidad se puede reducir al 0,5% ~ 1%;
Recubrimiento y sustrato La fuerza de unión puede alcanzar 70 ~ 140 MPa.
Pan Jigang y otros utilizaron tecnología de pulverización de llama supersónica (HVOF) y tecnología de pulverización de plasma (ASP) para preparar un recubrimiento de aleación amorfa a base de hierro y un recubrimiento nanocristalino amorfo a base de hierro sobre un sustrato de acero inoxidable 0Cr13Ni5Mo.
Se estudiaron las características de fricción y desgaste de los dos recubrimientos a temperatura ambiente. Los resultados muestran que los recubrimientos a base de hierro preparados mediante los dos procesos de pulverización tienen mayor microdureza, menor porosidad, estructura densa y estructura en capas típica.
Mejorada la resistencia al desgaste del revestimiento.
2.5. Galvanoplastia
Para compensar las debilidades del acero inoxidable como la suavidad, la resistencia al desgaste y el alto coeficiente de fricción, la galvanoplastia se utiliza a menudo para mejorar la dureza de la superficie y Propiedades autolubricantes de ejes de transmisión de acero inoxidable y otros accesorios. El acero inoxidable es un metal cuya superficie se pasiva fácilmente.
Antes de galvanizar, se debe eliminar la película de pasivación de la superficie. Después de desengrasar, impregnar, activar, niquelar previamente y galvanizar, se pueden obtener recubrimientos de cromo, zinc, cobre, estaño, metales preciosos y otros sobre acero inoxidable.
El cromo de tierras raras se galvaniza sobre el material base de la turbina de acero inoxidable mediante un método de galvanoplastia inversa periódica. El espesor del recubrimiento es de aproximadamente 0,3 mm y consta de una fase de matriz metálica y una segunda fase de partículas de sal de tierras raras.
La dureza puede alcanzar 900 ~ 1000 HV, la resistencia al desgaste del recubrimiento es 25 ~ 28 veces mayor que la del material base y la vida útil del producto es 2 ~ 6 veces mayor que la del acero inoxidable original. piezas de acero.
3. Tratamiento de modificación de la superficie del acero inoxidable
3.1, implantación de iones
La implantación de iones utiliza un haz de iones de alta energía que acelera la separación para actuar sobre la superficie de el material para producir una capa de inyección de cierto espesor, cambiando así las propiedades de la superficie del material. El método específico es: colocar la pieza de trabajo (metal, aleación, cerámica, etc.)
en la cámara objetivo de vacío del implantador de iones,
acelerar, enfocar y enfocar los iones de los elementos requeridos. La implantación de iones puede obtener diferentes estructuras, como solución sólida sobresaturada, fase metaestable, estado amorfo y aleación de equilibrio, lo que mejora en gran medida el rendimiento de trabajo de la pieza de trabajo.
Las ventajas son:
(1) Cualquier elemento puede inyectarse sin verse afectado por la solubilidad sólida y el coeficiente de difusión.
(2) Puede ser preciso; controlado La cantidad de inyección del elemento puede lograr una modificación de la superficie local y de gran área;
(3) Se lleva a cabo al vacío y la superficie de la pieza de trabajo no se oxidará;
(4) Dos o dos o más recubrimientos compuestos con diferentes propiedades tienen poco efecto en el tamaño de la pieza de trabajo;
(5) Con la ayuda de un analizador magnético, se puede obtener una corriente de haz de iones puros;
(6) La rectitud y la pequeña expansión lateral de la implantación de iones son adecuadas para el micromecanizado;
(7) Se pueden inyectar iones de alta velocidad en la matriz metálica a través de la película. para formar una capa de aleación en la interfaz entre la película y la matriz.
Mejora la fuerza de unión entre la película y el sustrato para lograr una aleación mejorada por radiación y una unión mejorada asistida por haz de iones.