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实用纳米表面工程技术

浏览次数: 日期:2010-12-16


纳米电刷镀技术

电刷镀技术具有设备轻便、工艺灵活、镀覆速度快和镀层种类多等优点,被广泛应用于机械零件表面修复与强化,尤其适用于现场及野外抢修。纳米电刷镀就是在镀液中添加了特种纳米颗粒的新型电刷镀技术。装备再制造技术国防科技重点实验室的研究表明,纳米电刷镀复合涂层可显著提高材料的摩擦学性能,尤其提高了耐高温磨损及抗接触疲劳性能。例如在快速镍镀层中添加经改性处理的纳米Al2O3、SiC 和金刚石粉后,其显微硬度和抗微动磨损性能明显高于传统快速镍刷镀层。纳米电刷镀层的硬度是不含纳米颗粒电刷镀层的1.5~1.7倍,耐磨性是1.6~2.5倍,抗接触疲劳寿命由10周次提高到10周次,可服役温度由200度提高到400度。纳米电刷镀技术已在装备再制造中得到具体运用,解决了重载车辆、舰船和飞机发动机再制造中的一些关键技术难题。

纳米固体润滑技术

固体润滑是指利用固体材料本身的润滑性来减轻接触表面之间磨损程度的润滑方式,它是对流体润滑的有力补充,一般用于高温、高负荷、超低温、超高真空、强氧化和强辐射等特殊工况。固体润滑不仅可用于无油润滑的干摩擦场合,也可以广泛用于有油润滑的情况,形成润滑效果更好的“流体+固体”的混合润滑。对黑色金属材料进行低温离子渗硫处理,可在材料表面得到厚度不超过10微米,并具有纳米结构特征的FeS固体润滑涂层。摩擦学试验表明,该涂层的摩擦学性能非常优异,其摩擦因数明显低于原始钢表面和普通电解渗硫FeS涂层。纳米固体润滑技术已用于发动机缸套一活塞环、喷油嘴针阀及滚动轴承等精密偶件的减摩,寿命延长均在1倍以上。

纳米薄膜气相沉积技术

纳米薄膜气相沉积技术是指通过气相沉积的方法在材料表面沉积具有特殊性能的纳米薄膜,以实现其功能要求的表面工程技术。薄膜包括纳米多层膜和纳米复合膜。纳米多层膜一般是由两种以上厚度在纳米尺度上的不同材料层交替排列而构成的涂层体系。纳米复合膜是由两相或两相以上的固态物质组成的薄膜材料,其中至少有一相是纳米晶,其他相可以是纳米晶, 也可以是非晶态。纳米超硬膜已在刀具上获得应用。俄罗斯工程院院士切赫伏依教授采用纳米结构强化处理法,将普通硬质合金刀片经纳米结构强化处理后,刀片耐磨性提高l倍以上。

金属表面自身纳米化技术

金属表面纳米晶化可以通过不同方法实现。例如,应用超声冲子冲击工艺,可在Fe或不锈钢表面获得晶粒平均尺寸为10-20nm的表面层。超声冲子冲击450s后纯Fe表面层的显微组织形成了结晶位向为任意取向的纳米晶相,晶粒平均尺寸为10nm,而Fe的原始晶粒尺寸约为50μm。该技术的优点之一是可以在复杂形状零部件表面获得纳米晶表面层。该技术将为整体材料的纳米晶化处理提供一个基本途径,此项工作具有重大的意义。

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