大学工程训练：零件表面处理技巧

直至今日为止，从感性认识和传统的物理、数学知识所给予我们的认识而论，所谓表面仅简单地看作是物质的界面，即不同物质的分界面。为了简化实际问题研究上的复杂性，还认为界面以内的材料无论是表层或是内部都是均质且各向同性的，按这一传统认识，那机械零件的表面就是零件材料与环境介质如空气的分界面而已。

从工程观点而言，零件的表面是和内层材料有机联系着的，但在组织、性能上又与零件本体材料显著不同的一个表面层。如图3-1所示，即为零件表面层的结构。最外层为吸附层，是浮尘、各种气体分子的吸附膜，即使是洁净表面，其厚度也达0.5nm左右；第二层为氧化层，在常温常压的大气环境下，其厚度约在10nm左右。就普通钢材零件而言，在机加工过程中，当切削出新鲜金属表面时，瞬间即形成了这一层，氧化层的结构如图3-2：其外层是三氧化二铁（Fe2O3）；中间层为四氧化三铁（Fe3O4），组织致密，无孔隙，无裂纹，机械性能好，摩擦系数低，抗擦伤能力强的磁性氧化物；靠近基体的内层是氧化亚铁（FeO），组织疏松，多孔隙，因而与基体金属结合松弛，易脱落。但因外侧背靠高机械性能的磁性氧化铁层，所以铁锈是成片剥落的，不像铝的氧化物那样呈粉末状脱落下来。

图3-1　零件的表面

绝大多数零件均由切削加工过程制成。在切削过程中，被加工表面会发生微熔和塑流，下面又是金属内层，迅速导热而冷却，形成了细晶组织，夹杂有氧化物、杂质等，构成了这一层的组织特点。(www.xing528.com)

从工件上切下一层加工余量，在切削力作用下，必然会产生严重的塑性变形，残留在零件表面上，这一变形了的金属层愈靠近内层其变形程度也愈轻，如图3-1所示。

此外，零件的表面并不是平滑的，而是由一连串起伏不平的微凸体所组成。微凸体的高度和分布状态，取决于获得该表面的加工工艺方法，车削、刨削、铣削加工后的表面按其加工精度不同，微凸体的高度也不一，且都呈定向分布；珩磨、研磨、抛光加工后的表面最为光洁，且呈各向同性分布。零件的这种表面形貌会直接影响其使用性能。

图3-2　氧化层的结构
1—三氧化二铁层；2—四氧化三铁层；
3—一氧化铁层；4—基体材料

由此可见，正确认识零件的表面层和改善表面层的性能，就显得十分重要。