表面強化技術在改善化工機械使用壽命中的應用

賀竟雄（陜西陜化煤化工集團有限公司， 陜西 華縣 714100）

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表面強化技術在改善化工機械使用壽命中的應用

賀竟雄（陜西陜化煤化工集團有限公司， 陜西 華縣 714100）

摘要：化工機械在使用過程中往往會因為疲勞、磨損或化學物質的腐蝕等原因導致使用壽命變短。表面強化技術能夠有效延長化工機械的使用壽命，為化工企業節約成本。本文對表面強化技術的原理和常見的幾種技術進行介紹，并詳細說明了表面強化技術在化工機械中的應用。

關鍵詞：化工機械；表面強化技術；使用壽命；原理應用

隨著化工企業的迅速發展，對化工機械的耐久性能和安全性能也有了更高的要求?；C械和化工原料是化工企業的主要生產成本，有效延長化工機械的使用壽命能夠為化工企業節約生產成本，為企業增值。化工機械的運作環境比較苛刻，因此很容易在生產過程中造成損傷，使用壽命縮短。影響化工機械使用壽命的主要因素如下：1）高溫、低溫環境下的溫度應力，高溫低溫交替的運作對機械損傷最大；2）生產的化學用品可能存在腐蝕性，對機械產生腐蝕；3）高壓環境對機械的不利影響；4）動力機械設備在轉動、傳動過程中存在磨損，也對使用壽命不利。表面強化技術的應用能夠減少上述不利因素的影響，有效的延長化工機械的使用壽命。

1 表面強化技術的原理

表面強化技術是指對機械表面進行預處理，通過表面涂覆、表面改性或者是表面復合處理的手段，使固體金屬表面或者是非金屬表面的化學成分、組織結構、形態和應力狀態發生改變，從而獲得想要的表面性能。表面強化技術的應用能夠延長零件的使用壽命，節約稀有昂貴材料，促進高新技術的發展。

2 表面強化技術的分類

表面強化技術一般可分為表面熱處理、表面化學處理和表面機械處理等方法。

（1）表面熱處理 表面熱處理技術是通過對鋼件表面的加熱、冷卻，從而改變鋼件表層的力學性能。表面熱處理的目的是使機械獲得高硬度的表面層和所需的內應力分布，從而提高機械的耐磨性能和抗疲勞性能，延長機械的使用壽命。在實際應用中表面熱技術主要應用于機械表層需要有較高的耐磨性和抗疲勞強度或是長期承受較大的沖擊載荷，又要求整體具有良好的塑性和韌性的部件，如曲軸、凸輪軸、傳動齒輪等。表面熱處理可以分為表面淬火和化學熱處理。

①表面淬火。表面淬火是指用不同的熱源對表面強化構件進行快速加熱，當構件的表面溫度達到臨界點后迅速冷卻，此時由于構件內部的溫度仍然低于臨界點，這樣就得到了表層淬硬而內部仍然保持原來的性質的構件，達到了表面強化的效果。應當注意的是，為了只讓構件表面強化不影響內部構件的性質，因此要求所用熱源具有較高的能量密度，能夠集中對構件表面淬硬。根據加熱方法的不同，表面淬火還可以分為感應加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火、電解液加熱表面淬火、激光加熱表面淬火、電子束表面淬火等。目前應用最多的是感應加熱和火焰加熱表面淬火。

②化學熱處理。化學熱處理是指將機械構件放入含有活性元素的介質中進行加熱和保溫，這樣介質中的活性原子能夠滲入構件表層或是形成某種化合物的覆蓋層。通過改變機械構件表面的組織和化學成分，從而使構件的表面達到想要的機械或物理化學性能。在進行化學熱處理的前后可以輔以其他合適的熱處理，這樣可以最大限度地發揮化學熱處理的效果，使構件內部與表層在組織結構和性能達到最佳比例。根據滲入的活性原子的不同，可以將化學熱處理分為：滲碳、滲氮、滲硼、滲硅、滲硫、滲鋁、滲鉻、滲鋅、碳氮共滲、鋁鉻共滲等。

（2）表面形變強化處理 表面形變強化處理是指利用通過機械手段在機械構件表面進行壓縮，從而在構件表面形成形變硬化層，達到表面強化的目的。在實際操作中形變硬化層的深度可以達到0.5mm～1.5mm。硬化層在性能上面有了全面的提高，主要體現在兩個方面：一是組織結構發生變化，在經過壓縮后內部組織的亞晶粒極大地細化，位錯密度增加，晶格畸變度增大，表面的強度硬度得到了很大提高；二是在硬化層內部形成了高的宏觀殘余壓應力，殘余應力的存在可以平衡因為疲勞荷載產生的疲勞應力，避免疲勞破壞，從而達到延長機械使用壽命的目的。根據機械手段的不同，形變強化處理可以分為：滾壓表面強化、內擠壓表面強化和噴丸表面強化等。在實際應用中使用最廣泛的是噴丸表面強化，噴丸強化根據操作工藝的不同還可以分為：機械噴丸、激光噴丸、高壓水射流噴丸、微粒沖擊和超聲噴丸等。實際應用表明表面形變強化技術能夠有效對機械表面進行強化，提高機械的表面硬度和強度以及抗疲勞能力，延長機械的使用壽命。

（3）表面涂層處理 表面涂層處理是指在機械構件表面人為的形成與原材料表面各種性能不同的表層。在表面涂層使用的方法有：化學沉積和物理沉積兩種。具體的涂層材料需要根據實際需要機械表面具有的性能來決定涂層材料。采用表面涂層技術對機械表面強化時由于表層的化學物質發生了變化，因此表面的主要性能表現為涂層材料的性能，使用耐腐蝕和抗磨損的涂層材料可以使機械的抗腐蝕性能和耐磨性能變強，延長機械使用壽命，另外利用涂層還可以使機械表面看起來更美觀，具有裝飾性。表面涂層技術由于表面性能取決于涂層材料的選擇，因此具有很大的靈活性和適用范圍，可以滿足各種性能的要求。這種方法的弊端在于對涂層和機械構件表面的要求很高，具體操作流程復雜，必須保證涂層和機械表面有效粘結，防止新涂層與機械表層脫離的現象，否則就失去了表面強化的效果。

3 表面強化技術在化工機械的應用

表面強化技術已經在航空航天、航海、化工機械及電子等行業廣泛應用，也取得了良好的效果，對于改善構件表面性能，延長構件使用壽命效果明顯。本文主要對于化工機械方面的表面強化技術的應用進行介紹。

在化工機械的生產過程中，不同用途不同的機械部件對表層的要求也不同，需要根據不同的需求選擇合適的表面強化技術進行強化。在化工機械中常見的可以用于表面強化技術的設備有以下幾種。

（1）化工鍋爐 影響化工鍋爐的使用壽命的重要因素是應力破壞。首先機械設備在生產制造過程中，由于是鋼材主要采取的是焊接技術進行連接，在機械連接處存在著殘余的焊接應力。在生產過程中鍋爐往往需要循環加熱，在加熱的過程中會形成溫度應力，對機械構件產生破壞，循環加熱的過程中還會產生疲勞損傷，也對機械本身不利。當鍋爐中的化工液體具有腐蝕性時還會使鍋爐腐蝕，造成化工液體滲出的現象，對安全生產不利。對化工鍋爐進行表面強化時應該主要滿足鍋爐表面的耐腐蝕性和抗疲勞性能，主要對鍋爐的內表面進行強化，可以采用化學熱處理方法或者涂層方法，進行強化。

（2）壓縮機 壓縮機是化工企業使用率最高的器械之一，是生產過程中的動力設備。影響壓縮機使用壽命的主要因素是機械零件的磨損。在實際的生產工作中，需要機械構件的不斷運轉來提供動力，齒輪、軸承等構件往往會承擔很大的摩擦力，很容易因為零件磨損而破壞，而導致整個機械無法運行。在對壓縮機進行表面強化時應該以提高零件耐磨損能力為主要目標，提高表面的硬度和強度，從而延長機械使用壽命。

（3）承壓設備 承壓設備由于常常處于高壓環境下，因此對構件的強度要求較高。在進行承壓設備表面強化時應該主要針對提高機械表面的抗壓強度為目標進行表面強化設計。

4 結語

在化工產業生產過程中，化工機械經常處于高壓、高溫、高磨損和強腐蝕的環境中，機械不能達到設計的正常使用壽命。我們應該采取適當的表面強化技術對機械表面強化，從而延長機械使用壽命，節約企業生產成本，提高經濟效益。

參考文獻：

［1］姚世林，表面強化技術改善機械零部件使用壽命的重要作用分析［J］.工業技術.2015：109.

［2］王雷.表面強化技術在改善化工機械使用壽命中的應用［J］，化工機械，2013，04：699-702.