高性能金属功能材料表面质量及微观组织控制成形新技术

高性能金属功能材料表面质量及微观组织控制成形新技术

张誉川

四川远方高新装备零部件股份有限公司

摘要：当今社会的快速发展，各行业对金属材料的性能要求越来越高，而高性能金属功能材料由于表面质量及性能受微观组织形态的影响，具有非常良好的节能、降耗、高效以及优质的性能特点。因此高性能金属功能材料被广泛应用于电子信息、航空航天等多个领域，基于此，本文就高性能金属功能材料表面质量及微观组织控制成形的基础上进行深入的分析，有助于更好的提升高性能金属功能材料微观组织控制的水平，这对提升高性能金属功能材料的表面质量有着非常良好的推动效果，也能有效扩大高性能金属功能材料在各行各业中的应用范围。

关键词：高性能金属功能材料；表面质量；微观组织

引言：在各行业对金属材料的广泛应用过程中，这些金属材料的性能通常受到加工阶段微观组织控制的影响，为了更好地使金属材料适应于各行业所需，就需要对高性能金属功能材料表面质量及微观组织控制成本技术进行全新的研究，才能实现对高性能金属功能的完美发挥，以此满足各行业的需求。

1.

1. 高性能金属功能材料表面质量及微观组织控制之间的关系

在金属材料中，金属材料的微观组织通常对金属材料的功能性能具有很大的影响，同时这些金属材料的微观组织还会决定着金属材料表面的质量，因此在一定程度上，金属材料的表面质量很容易对制品的成型工艺产生决定性作用[1]。为了避免金属材料在凝固时因为这种情况发生的极端现象，采取系统化的控制金属材料的表面微观组织，能够实现对金属材料表面质量的精准控制，也能有效提高金属材料功能的整体性能，这对金属材料的高效成型而言具有十分重要的意义。然而当前受到热处理、塑性变形以及外加磁场热处理的影响下，想要更进一步的提高金属材料的功能，就需要对金属材料微观组织控制的形成质量和表面质量给予不断的成型技术创新支持，才能有效促使高性能金属功能材料在各行业中的应用。

2. 高性能金属功能材料微观组织控制成像的全新技术要求

2.1外加磁场热处理

在高性能金属功能材料微观组织控制成像的技术中，外加磁场热处理组织的控制方式需要借助超导材料的方式，从而获取强大的磁场所需。因此在这个过程中，将高性能金属功能材料微观组织作为自变量进行使用时，能够在得到状态图后，实现对指导组织控制和性能的有效控制，而在这种技术下对于高强磁场设备而言，还会产生较大的难度，所以必须对高性能金属功能材料微观组织控制成像进行深入的研究分析，才能满足其要求。

2.2外加电场热处理

通过利用外加电场热处理的方式，可以有效改变高性能金属功能材料技术微观组织的控制效果，从而实现对金属表面质量的有效提升。而在实际的热处理过程中，按照规范性的操作原则进行处理，还能有效实现对处理事件两端通入脉冲电流，最终进行有效的热处理目的[2]。一般情况下，对于高度密度的脉冲电流进行加热处理时，需要确保电流加速率保持在106~107/s之间，只有这样才能使工件的加热速度被加快，并且还能有效增加核率而导致的晶粒细化。在进行外加电场热处理技术中，将金属微观组织控制中的超细晶粒尺寸以及显微组织进行控制时，还可以有效提升对应的控制效果，也能更进一步的深化大功率脉冲电流的加热装置研究所需，这对扩大外加电场热处理技术的应用具有非常良好的效果。

2.3热处理

热处理是机械产品质量控制中非常常见的一种加工处理方式，而在高性能金属功能材料表面质量及微观组织控制成型技术中，热处理技术则通常是从显微组织的过程中实现对金属材料微观组织控制的目的。因此通过这种方式，可以有效提高金属材料的机械性能，基于热处理的工艺角度而言，变形热处理、复相化热处理以及Q-P控制组织技术的应用较多。首先在变形热处理的过程中，整个过程需要从处理前、处理中以及处理后三个阶段进行合金塑性变形，才能得到具有高韧性以及塑性的合金。但是在整个处理效果中，形变热处理可以有效减少零部件或者钢材的生产成本，并实现对高温形变热处理和低温形变的热处理，针对金属材料形变量在40%~60%之间的碳素钢和低合金钢而言，使用高温形变热处理技术给予处理后，钢材的冲击性能可以提升两倍有余，并且也能有效提升钢的淬透性、硬度和抗疲劳强度。而低温热形变的处理技术应用时，将其处理的原材料中，大部分以中、高合金钢为主，这些合金钢的形变度一般处于70%~90%之间，和高温形变的热处理相比，低温处理会使合金钢的金属材料具有更高的强度和持久度。对于形变热的有效处理过程中，注重符合形变热量处理技术的应用，并严格按照热变形、淬火、冷变形以及时效的流程进行金属材料的处理，有利于提高材料的耐磨性[3]。其次是在复相化热处理中，由于复相化热在复相组织中进行相互配合，能够有效解决单一相所带来的质量问题，因此可以解决金属高强度水平下韧性不足的问题，而除过高温奥氏体化处理工艺外，通常情况下的等温淬火以及临界淬火都属于复相化热处理中的重要形式之一。最后是Q-P控制组织技术所需的选择两相区或者弯曲奥氏体化的钢材中，对于Ms-Mf之间进行淬火处理时，针对不低于淬火温度下的条件，可以经过饱和马氏体中的碳分配到参与奥氏体中，并经过冷却处理后，实现增加奥氏体的稳定性目的。由于Q-P控制组织技术的处理工艺通常是增添碳浓度的基础上实现提高金属材料稳定性的目的，所以Q-P控制组织技术具有非常良好的热处理特性。

2.4塑性变形组织处理

在塑性变形组织处理中，塑性变形组织的控制方式呈现多样化的特点，因此主要的组织控制方式通常包括以下四种方式。首先是形变诱导铁素体相变形成晶粒细化的新技术中，该技术通常会考虑到化学的自由能、弹性自由能以及表面自由能这三个方面，并在克服体系和增加新相形成表面因素而产生的一种控制技术中，可以在快速和大变形的过程中降低系统的自由能，实现提升金属材料的整体品质目的[4]。其次是使用形变弛豫细化组织新技术可以有效提升金属材料的组织控制效果，并确保金属的性能满足要求，在处理该技术时，最为关键的部分使通过非再结晶区充分变形进行微合金钢组织结构控制的方式，实现对高位密度的有效提升。再次是等通道的挤压方法制成下，还有可能获得纳米级超细晶组织技术，并在高技术能不改变材料横截面积的情况下，实现对强烈塑性变形作用下而得到晶粒组织新材料，并使这些晶粒组织保持在纳米级以下[5]。最后是在超声的处理下，对金属表层进行处理后，还可以得到纳米级的超晶粒组织技术，依托与塑性变形组织控制表面纳米层的方式，有利于提升技术材料的耐腐蚀性和耐磨损性能，最终实现提升金属材料使用性能的目的。

2.5化学转化膜处理

此技术的发展已经经历了很长时间，现阶段其不仅可以对金属材料的表面实现成膜处理，甚至还可以实现对陶瓷等一些非金属的表面成膜处理，且其成膜的厚度在不断更加薄化发展。比如对铝及其相关合金来说，对其表面改性处理中，一般都是选择表面成膜进行处理，进而在其表面生成相应的具有耐磨性、耐蚀性、多孔型、结合性的一类高性能表面薄膜。现阶段，对高性能金属材料的表面所采用的化学转化膜处理手段也有很多，比较常见的有电化学氧化法、微弧氧化法、稀土转化膜法、化学转化法和等离子的表面注入法等，实现对其表面的有效改性，促进金属材料表面质量的提升。

2.6高能束表面改性处理

此处理方法主要是以高能束为载体，通过对其高能束的热源使用，或者结合需求适当进行一些化学元素的添加，从而实现对其金属材料的表面和亚表面有效重熔、熔覆等处理，这样就能够生成符合预期标准的高性能金属材料表层。如对金属材料的表面相变进行强化中，借助高能量的激光束以及离子束等进行金属材料表面的淬火处理，这样可以促进表面实现快速的加热和冷却效果，使金属材料的表面以及亚表面区域重新产生相应的相变区以及表面的强化区。对于高能束(HEDB )来说，主要是指高能量和高密度的一些束流，常见的有激光束和等离子束等，和传统的热源对比，其具有诸多的优势，包括能量集中、热效率高、方向性强、便于精确控制、绿色节能等。

结束语：在高性能金属功能材料表面质量以及微观组织控制形成的全新技术中，对于高性能金属功能材料表面的质量和整体性能而言，微观组织控制对其有着深刻的影响，而人们只有充分了解到金属功能材料的微观组织控制和整体性能之间的关系，才能实现深化微观组织控制技术的创新和应用目的，并最终提升高性能金属功能材料的整体能力和应用效果，实现满足当前人们对金属产品的需求目的。

参考文献：

[1]王敏. 高性能金属功能材料表面质量及微观组织控制成形新技术[J]. 数码设计（上）,2021,10(6):295.

[2]张立荣,孟祥海,张伟.机械加工过程中金属材料表面质量及精度控制方法[J].中国金属通报,2022(02):52-54.

[3]张立荣,孟祥海,张伟. 机械加工过程中金属材料表面质量及精度控制方法[J]. 中国金属通报,2022(3):52-54.

[4]王红雨. 机械加工过程中金属材料表面质量及精度控制研究[J]. 中国金属通报,2021(6):297-298.

[5]赵胜之, 舒乐, 彭逸飞,等. 金属功能材料在航天航空工业方面的应用[J]. 军民两用技术与产品, 2018(8):130.