【編者按】汽車零部件生產(chǎn)技術(shù)向更安全儡司、更舒適嘉竟、更經(jīng)濟(jì)和更環(huán)保的方向發(fā)展睦柴。熱處理是使產(chǎn)品獲得強(qiáng)韌性诽凌、耐磨性以及抗疲勞性能的主要手段，熱處理質(zhì)量是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)可靠性坦敌、耐久性和安全性的重要保證侣诵。市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)使企業(yè)更加重視產(chǎn)品的熱處理品質(zhì)，熱處理與表面改性的技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新使企業(yè)更具有活力和內(nèi)在動(dòng)力狱窘。

　　迄今為止杜顺，高檔乘用車和大型商用車零部件材料研發(fā)與制造技術(shù)仍有待于進(jìn)一步完善和發(fā)展，零部件熱處理后的抗拉強(qiáng)度要求700～1300MPa，屈服強(qiáng)度550～1150MPa卿才，斷后伸長(zhǎng)率8%～15%蝉丧，強(qiáng)塑積一般應(yīng)>104MPa·%，具有良好的綜合力學(xué)性能本博。因此就留，適合于汽車零部件的材料，它們通常要求強(qiáng)度及韌性有較好的匹配何大，即高的強(qiáng)韌性拭奖。為此，汽車零部件熱處理與表面改性技術(shù)是今后的關(guān)鍵和核心競(jìng)爭(zhēng)力删摸。以下簡(jiǎn)介四項(xiàng)具有代表性的技術(shù)莉紊。

　　不銹鋼低溫滲氮技術(shù)

　　
　　不銹鋼是發(fā)動(dòng)機(jī)中的主要零部件材料，如排氣系統(tǒng)根據(jù)工況條件攀誓，選擇鋼種（見(jiàn)表1）幼潮。奧氏體不銹鋼SUS304為經(jīng)典傳統(tǒng)鋼。鐵素體不銹鋼與奧氏體不銹鋼相比坏榜，生產(chǎn)成本低坯苹，線膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱系數(shù)大摇天。汽車排氣系統(tǒng)零部件用不銹鋼中粹湃，近60%為是奧氏體不銹鋼。

　　表1 排氣系統(tǒng)應(yīng)用不銹鋼種類

　　
　　許多表面改性技術(shù)泉坐，包括常規(guī)等離子體滲氮为鳄、激光滲氮等，都用于提高奧氏體不銹鋼的耐磨性腕让。但是在提高耐磨性的同時(shí)耐腐蝕性卻下降孤钦。為此，等離子體源滲氮技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生纯丸，這種技術(shù)將低能離子束注入技術(shù)引入到等離子體基離子注入（即全方位離子注入）技術(shù)中偏形。一方面利用低能離子注入的低能優(yōu)勢(shì)，另一方面利用等離子體基離子注入的全方位優(yōu)勢(shì)觉鼻，采用高密度俊扭、高電子溫度和高離化率的等離子體，結(jié)合施加脈沖負(fù)偏壓和輔助外熱源坠陈，通過(guò)0.4～3keV的低能離子注入結(jié)合同步擴(kuò)散傳質(zhì)贝泞，實(shí)現(xiàn)在超低溫下高傳質(zhì)效率的表面處理各種汽車零部件。等離子體源滲氮技術(shù)是低溫蘸错、低壓表面改性金屬材料的新方法肚浴，與等離子體滲氮對(duì)比實(shí)驗(yàn)（在相同的等離子體參數(shù)掷佑、工藝條件下），證明了等離子體源滲氮技術(shù)具有“低能離子注入—同步熱擴(kuò)散”的主要傳質(zhì)機(jī)制淡碟，等離子體熱化學(xué)吸收僅起到一種補(bǔ)充的傳質(zhì)作用。

　　
　　低能離子注入是不依賴于工藝溫度的工藝過(guò)程供窝，根據(jù)離子在固體中傳輸理論計(jì)算一步，可以在數(shù)十微米深度范圍內(nèi)形成注入改性層。由于表面溫度場(chǎng)的存在百涕，在表面高濃度注入的粒子隨后發(fā)生相應(yīng)的擴(kuò)散率满，達(dá)到一定的深度。

　　將等離子體源滲氮技術(shù)應(yīng)用于奧氏體不銹鋼氣門斩角，獲得了高硬度夷呐、高耐磨性和高承載能力，以及完全不發(fā)生孔蝕且抗均勻腐蝕的滲氮表面伶丐；將等離子體源滲氮技術(shù)應(yīng)用于馬氏體不銹鋼螺栓悼做，同樣實(shí)現(xiàn)了這類不銹鋼耐磨抗蝕的復(fù)合改性，應(yīng)用前景明確哗魂。

　　代替電鍍的表面涂層技術(shù)

　　目前肛走，我國(guó)部分引進(jìn)車型的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體、氣門录别、活塞環(huán)朽色、操控桿、液壓桿以及緊固件等表面耐磨抗蝕防保護(hù)涂層采用傳統(tǒng)的鉻電鍍層组题，鉻的鈍性可以安全地用于汽車零部件葫男。鍍鉻層硬度高、耐磨抗蝕并能長(zhǎng)期保持表面光潔崔列，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單梢褐，成本較低。盡管電鍍鉻是一種傳統(tǒng)的表面處理技術(shù)峻呕。然而利职，電鍍工藝的三廢排放對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。

　　從涂層特性與技術(shù)應(yīng)用方面分析瘦癌，電鍍鉻涂層仍然存在硬度較低等問(wèn)題撼盈，盡管汽車零部件鍍鉻層硬度要求為60～64HRC，但是遠(yuǎn)不及一些金屬氧化物填丢、氮化物陶瓷涂層硬度高和耐磨性好节讹。代替電鍍硬鉻的涂層工藝，已經(jīng)有不同涂層技術(shù)的使用效果證明敞灸，比電鍍硬鉻層更清潔漾肩、更有效贫介，甚至成本更低。這些涂層技術(shù)包括物理氣相沉積（PVD）掘鱼、化學(xué)氣相沉積（CVD）翠蓄、激光涂層技術(shù)，以及冷鸣拦、熱噴涂和等離子體噴涂技術(shù)等抢纹。另外，金屬鉻離子注入技術(shù)同樣成為部分關(guān)鍵零部件代替電鍍硬鉻的一種有效途徑葱妒。

　　超硬涂層與功能涂層技術(shù)

　　根據(jù)對(duì)汽車的服役失效分析谚剿，約40%的故障來(lái)自機(jī)械密封。正常工況下连锯，汽車變速器密封處于油膜支撐的油潤(rùn)滑摩擦狀態(tài)归苍，但汽車行駛中加減速不定，要求密封環(huán)运怖、軸承固定處材料有足夠的強(qiáng)度和剛度以及良好的摩擦性能拼弃，同時(shí)緊固件也要求減摩潤(rùn)滑等功能涂層的保護(hù)。

　　目前驳规，超硬涂層是指顯微硬度超過(guò)40GPa的涂層材料肴敛，可分為本征超硬涂層和納米復(fù)合超涂層兩類。前者主要有金剛石吗购、無(wú)氫類金剛石医男、CBN、BC4和三元化合物BCN等單一結(jié)構(gòu)涂層捻勉，CVD是制備此類涂層的主要方法镀梭。納米復(fù)合超硬涂層是指由完全分離的兩相或兩相以上納米晶和非晶，在三維方向調(diào)制混合組成的多元涂層踱启。納米晶通常為過(guò)渡族金屬氮化物报账、碳化物、硼化物或氧化物庵恨，晶粒尺寸約為3～10μm迄帘，鑲嵌于基于1?2個(gè)原子層厚的網(wǎng)狀非晶相（如Si3N4，BN诀烫，C等）或軟金屬（如Cu）基體中榔况，形成具有高硬度、高韌性的多功能涂層勃拢。目前钩榄，納米復(fù)合超硬涂層是超硬涂層的發(fā)展方向。

　　等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）和PVD的磁控濺射是制備nc-TiN/a- Si3N4等納米復(fù)合超硬涂層的兩種主要方法后涛，前者的硬度可高達(dá)80～100GPa武也，遠(yuǎn)高于磁控濺射沉積涂層依播，而磁控濺射技術(shù)具有無(wú)污染、低溫和低損傷等優(yōu)點(diǎn)耿逐，適合汽車工業(yè)生產(chǎn)娱必。磁控濺射沉積超硬涂層的硬度為30～50GPa，低基體溫度和高氧含量是導(dǎo)致其硬度低于PECVD的主要原因醇舶。磁控濺射靶材原子離子化可提高沉積原子的擴(kuò)散速度和形核率窿侈，促進(jìn)納米晶和非晶兩相完全分離，可調(diào)控納米晶和非晶的組成秋茫、尺寸、數(shù)量和分布形態(tài)乃秀，進(jìn)而控制涂層的硬度和殘余應(yīng)力狀態(tài)肛著。同時(shí)，高束流金屬離子轟擊可改變涂層與基體界面結(jié)構(gòu)跺讯，產(chǎn)生化學(xué)鍵合界面枢贿，改善涂層的膜基結(jié)合性能。

　　高功率脈沖磁控濺射技術(shù)作為最新的離子化磁控濺射技術(shù)刀脏，在調(diào)控納米復(fù)合涂層成分局荚、結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力狀態(tài)方面具有綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是設(shè)計(jì)和發(fā)展汽車零部件關(guān)鍵件超硬涂層的一種新思路和新技術(shù)愈污。

　　離子束表面強(qiáng)化技術(shù)

　　強(qiáng)流脈沖離子束從20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始耀态，由核聚變技術(shù)領(lǐng)域逐步拓展，并迅速發(fā)展成為一種新的表面工程技術(shù)暂雹。強(qiáng)流脈沖離子束具有超高溫首装、超高壓磁場(chǎng)等工藝特性，強(qiáng)流脈沖離子束輻射固體材料衔耕，可在小于1μs的時(shí)間內(nèi)在輻射表面層實(shí)現(xiàn)1～100J/cm2高能量密度沉積赊偿，輻照表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的遠(yuǎn)離平衡態(tài)的熱效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)，109～1010K/s的急劇升溫和冷卻悬鲜，發(fā)生顯著的熔化绅鉴、蒸發(fā)和劇烈燒蝕，物質(zhì)噴射的反沖作用和熱沖擊在輻射照表面形成由表及里的應(yīng)力波厉源，造成表面成分既蛙、組織及性能顯著變化。與激光束毕亲、電子束處理相比农帝，強(qiáng)流脈沖離子束具有能量轉(zhuǎn)換效率高、加工面積大项蝉、改性層較深等突出優(yōu)點(diǎn)舆飒。

　　硬質(zhì)合金是機(jī)械密封中最常用的硬質(zhì)摩擦副材料轴私，也是冷作模具核心材料，具有很好的抗氧化性能真、抗蝕性和強(qiáng)韌性赁严，利用強(qiáng)流脈沖離子束對(duì)WC－Ni硬質(zhì)合金密封環(huán)進(jìn)行輻照處理，導(dǎo)致WC－Ni硬質(zhì)合金發(fā)生由六方碳化物WC硬質(zhì)相向面心立方碳化物β－WC1－x轉(zhuǎn)變粉铐，且表層中的β－WC1－x相隨輻照次數(shù)的增加而增加疼约。在輻照應(yīng)力波的作用下，輻照后硬質(zhì)合金表層深度硬化蝙泼，隨著輻照次數(shù)的增加程剥，硬化層深度顯著增加，10次輻照硬化層深度可達(dá)160μm汤踏。隨著輻照次數(shù)的增加织鲸，硬質(zhì)合金表面摩擦系數(shù)顯著降低，表面耐磨性提高溪胶，改善了模具和密封環(huán)工作可靠性搂擦。

　　結(jié)語(yǔ)

　　總之，汽車制造技術(shù)的發(fā)展哗脖，與熱處理及表面改性技術(shù)的進(jìn)步緊密相關(guān)瀑踢。汽車零部件熱處理與表面改性技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于改變我國(guó)熱處理的落后面貌才避，提升汽車制造自主創(chuàng)新能力有重大作用咱茂，并推動(dòng)材料科學(xué)與工程學(xué)科和其它學(xué)科的交叉、集成囤乎，對(duì)汽車制造業(yè)有深遠(yuǎn)意義靡黑。

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