表面处理的目的及优化方案

零件的表面处理是表面工程技术学科中极为重要的内容之一，根据零件的材料特性及其失效机理，为改善零件的使用性能、提高其工作可靠性和精度寿命，经相应的表面处理，赋予零件具备防锈、耐蚀、耐磨、装饰性，以及获得特殊使用要求下的物理、化学性能，诸如抗高温氧化、冲蚀、侵蚀、气蚀等。

其中尤以耐蚀、防锈、耐磨、装饰性最为常用。

显然，生锈和腐蚀对材料及其制品造成严重破坏作用，全世界因锈蚀而不能使用的金属材料与制品重量，约相当于当年金属材料生产量的1/3，这些材料和制品只得回炉重炼，而重炼过程中金属净损耗约为其年产量的1/10。

成品零件材料每锈蚀掉其重量的1%，零件的强度损失就达5%～10%。因制品锈蚀所造成的损失，远远超过所用材料的价值，如精密仪器和精密机械的尺寸精度一般以千分之几毫米计量，只要轻微锈蚀，就影响到其使用性能，甚至只得报废。

各国都十分重视这方面的研究，美国曾几度进行全国普查，历次普查结果为1949年全国因锈蚀损失达55亿美元，1984年为1680亿美元，1989为2000亿美元，占当年国民经济总产值（GNP）4.2%；英国1970年的普查结果因材料锈蚀而造成的损失达13.65亿英镑，占国民经济总产值的3.5%。

我国于1995年也进行了调查，结果发现因材料锈蚀而造成的经济损失高达1500亿元，约占当年国民经济总产值的4%。历年来因材料锈蚀所造成的经济损失，比因火灾、风灾、水灾、地震等自然灾害的损失总和还大。在航天航空、船舶、舰艇及机械结构方面因锈蚀造成的事故屡屡发生，由此造成的人员伤亡或贻误战机的后果不堪设想又不可弥补，国内外有不少事例，如国内某类船舶曾存在严重局部腐蚀，经研究系异种壳板钢的接触腐蚀所致，由此问题而促使研究成了一种船用钢板新钢种。(www.xing528.com)

全世界每年因锈蚀而损失掉约7000亿美元以上，可是，磨损的损失更为惊人，全世界所用的能源1/3～1/2最终表现为摩擦损耗。苏联于20世纪80年代后期的统计得出，每年因磨损而损失约120亿卢布。我国曾对国内12个行业进行调查，约80%的零件因磨损而失效，其中尤以矿山机械、工程机械和农业机械最为严重。正如统计所得出，机器失效的主要原因，不是强度问题和整体损坏，大多为磨损所致。设计时，对重要构件一般都做强度计算，可是，实际上没有一个运动构件做过耐磨性校核。使用时，也常常未按具体工况，运用各种有效措施防止磨损。正因这样，每年得用大量资金和材料在维修上，维修时，又不得不使机器停下来，所造成的停产损失也极为可观，在许多工业部门常常是每五个生产工人就有一个修理工。活塞式机器如压缩机、内燃机、柴油机等活塞和缸套间的摩擦损耗竟达整机能量的1/10，且所造成的磨损也极为严重。水力联合采煤成套设备由于泵和管道的严重磨损，使这一新技术的使用受到制约；传统采矿法打眼用的钻头，因磨损严重，即使把原用的高碳钢钻头改为合金钢钻头，仍未解决使用寿命问题。石油钻井装置钻头主轴承，即使选用YG类硬质合金轴承，在温度、压力、泥浆等作用下，磨损严重，尽管在井下数千米，仍不得不频繁调换。一台中型石油泵，因磨损而造成的泄漏约使每年达10m3的原油浪费掉。高精度机床和仪器导轨因摩擦自振（爬行现象）直接影响了运动精度和调整精度，造成了定位误差和表面周期性加工误差，消除这一现象的有效且可行的方法之一是在零件表面上建立防爬镀层。

对锅炉管道的事故分析表明，这类事故中，1/3是因侵蚀磨损造成的。

机械加工过程中，大量消耗掉的各类切削工具，均是磨损造成的，据统计美国每年约有1600亿美元花费在各类刀具的磨耗上；英国每年用掉2亿英镑的各类刀具。

美国海军飞机每飞行一小时因雨滴、尘埃等造成的磨损损失约为243美元。

零件必须具有满足设计要求的整体性能，以及与磨损和环境介质锈蚀相适应的表面性质，当前用固体强度理论的传统方法，设计、制造机器已不能取得最佳结果，且难以解决磨损、腐蚀等方面的问题，无论是生锈、腐蚀、摩擦和磨损都是零件表面材料的损伤过程，正确认识零件的表面，从而改善表面性能，就显得十分重要。表面处理方法为这些技术要求提供了能多方面兼顾的解决方法。