化學(xué)工業(yè)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

李 鵬

（西京學(xué)院，陜西 西安 710123）

化學(xué)工業(yè)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

李 鵬

（西京學(xué)院，陜西 西安 710123）

機(jī)械制造是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，包括鍛造、機(jī)械加工、焊接、熱處理等很多工序，且每個(gè)工序都與化學(xué)工業(yè)有密切的關(guān)系，機(jī)械制造過(guò)程中需要依賴化學(xué)工藝提高機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，降低機(jī)械產(chǎn)品制造的難度，提高機(jī)械產(chǎn)品的使用效益。文章從機(jī)械制造的初級(jí)階段和焊接、表面處理3個(gè)方面分析了化學(xué)工業(yè)在機(jī)械制造中9682的應(yīng)用，闡述了化學(xué)工業(yè)發(fā)展對(duì)于機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的重要意義，目的是為了更準(zhǔn)確、更全面地研究化學(xué)工業(yè)在機(jī)械制造中的應(yīng)用，利用其新技術(shù)、新思路開(kāi)拓機(jī)械制造的新局面，使機(jī)械制造業(yè)有更好的發(fā)展。

化學(xué)工業(yè)；機(jī)械制造；加工初期；焊接；表面處理

化工業(yè)的發(fā)展迎來(lái)了機(jī)械制造的新時(shí)代，現(xiàn)代的機(jī)械制造行業(yè)已經(jīng)能夠利用化學(xué)工業(yè)技術(shù)更精確地制造機(jī)械零部件，提高了機(jī)械零部件的使用效益，也使機(jī)械的使用壽命得到了延長(zhǎng)。不管是車輛、船舶、礦山機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械等，其生產(chǎn)制造都離不開(kāi)化學(xué)，化學(xué)工業(yè)的發(fā)展使機(jī)械的零部件的使用壽命、耐磨性、抗腐蝕性等等得到了提升。人們?cè)趯?duì)化學(xué)工業(yè)不斷研究開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，必將推動(dòng)以化學(xué)工業(yè)為基礎(chǔ)的機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)還將迎來(lái)更好的發(fā)展前景。

1 機(jī)械加工初期化學(xué)工業(yè)的使用

機(jī)械加工就是將金屬及其合金等物質(zhì)鑄造成各種供人類生產(chǎn)、生活、建設(shè)、開(kāi)礦等使用的機(jī)械工具。機(jī)械加工的第一步就是將鐵、鐵合金等金屬極其合金融化，使其處于熔融狀態(tài)，然后利用其流動(dòng)性，使其成形，將其鑄造成設(shè)計(jì)好的機(jī)械零部件及半成品。接下來(lái)再將這些機(jī)械零部件及半成品進(jìn)行進(jìn)一步加工，運(yùn)用各種工具（例如鋸、切刀、電鉆等等）將其改變成為機(jī)械上使用的各種零部件。機(jī)械制造中將這一過(guò)程稱為鍛造，鍛造的原理就是利用金屬及合金的良好塑性，并使用物理方法和化學(xué)方法改變其形狀使其成為人們?cè)O(shè)計(jì)好的機(jī)械產(chǎn)品的零部件及半成品，這一過(guò)程需要應(yīng)用到很多化學(xué)工業(yè)方面的知識(shí)和工藝。首先，生產(chǎn)機(jī)械零部件及半成品的材料，需要用到化學(xué)工業(yè)。例如，生鐵中含有硅（Si）、錳（Mn）、磷（P）、硫（S）等多重元素，鍛造過(guò)程中，生鐵中含有的化學(xué)元素及其含量影響著鑄造產(chǎn)品的性能、用途。例如，鐵碳合金，就是鑄鐵過(guò)程中加入了碳（C）、鋁（AL）等物質(zhì)，也有可能需要去除生鐵中的一些化學(xué)物質(zhì)，以提高鑄鐵的某些方面性能。又如鋁合金，ZL101鋁合金氣密性好，容易熔煉和鑄造，但它的力學(xué)性能不是很好，大多數(shù)用來(lái)鑄造儀表殼。如果給鋁合金中加入一定量的鈦（T），就可以起到細(xì)化晶體的作用，產(chǎn)品的力學(xué)性能和抗腐蝕性都有所提高，這樣的材料就可以應(yīng)用在機(jī)械一般載荷結(jié)構(gòu)件。如加入錳（Mn），還可以抵消材料中一些物質(zhì)的有害作用，提高材料的鑄造性能，這樣的材料在焊接和切削方面都有較突出的優(yōu)勢(shì)，而且這樣的材料氣密性好、耐腐蝕強(qiáng)，常被用來(lái)制造氣缸蓋、殼體等。也正是因?yàn)殍T造的這一特點(diǎn)，在金屬原料中加入不同的化學(xué)物質(zhì)，可以鍛造出不同性能的合金材料，這些材料在機(jī)械制造方面發(fā)揮了重要作用。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)工藝越來(lái)越講究、越來(lái)越復(fù)雜，在機(jī)械加工的初級(jí)階段，選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)方法生產(chǎn)高質(zhì)量而且穩(wěn)定性好的鑄件，是確保機(jī)械制造效益的關(guān)鍵，關(guān)乎著機(jī)械的各項(xiàng)性能和使用壽命的。因此機(jī)械制造中選擇合適的金屬及其合金進(jìn)行機(jī)械零部件及其半成品的鑄造，一定要重視對(duì)化學(xué)工業(yè)的研究和開(kāi)發(fā)，盡可能的提高鑄造的水平，在確保鑄造產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)盡可能的簡(jiǎn)化工藝過(guò)程縮短生產(chǎn)周期，以促進(jìn)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。此外，鑄件的硬化過(guò)程中，需調(diào)混合化學(xué)試劑才能達(dá)到印花效果。例如，氣霧硬化，混砂時(shí)不用加入硬化劑，而是在產(chǎn)品成型后，吹入氣態(tài)硬化劑或霧化了的液態(tài)硬化劑，以達(dá)到逐漸的硬化效果?？梢?jiàn)，化學(xué)工業(yè)在機(jī)械制造的初期工序中是無(wú)所不在的，其應(yīng)用非常廣泛。

2 機(jī)械制造中焊接工序與化學(xué)工業(yè)的關(guān)系

焊接是機(jī)械制造中關(guān)鍵的步驟，就是將需要連接的材料連在一起，實(shí)際上是一個(gè)氧化還原的過(guò)程，大多數(shù)的焊接都以鋁或氧化鐵（Fe2O3）、氧化銅（CuO）為還原劑進(jìn)行鑄造件的焊接。焊接的工藝是非常講究的，例如，當(dāng)鑄造件受力的情況復(fù)雜時(shí)，選擇的焊條一定要比母材強(qiáng)度低一些，這樣才能保證焊縫的強(qiáng)度。在母材中，碳、磷、硫等元素含量偏高，在焊接時(shí)高溫環(huán)境下，焊條與母材發(fā)生反應(yīng)的生成物比較復(fù)雜。此時(shí)就應(yīng)該選用抗裂性較好的低氫型焊條?？傊瑱C(jī)械制造中，焊接工序也是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。焊條的選擇、焊接前焊接口的處理都需要用到化學(xué)技術(shù)。例如，常規(guī)的焊接反應(yīng)應(yīng)該是：2Al+Fe2O3=2Fe+Al2O3，這一反應(yīng)被稱為鋁熱反應(yīng)。但如果焊接口處有較多的鐵銹（鐵銹的化學(xué)成分比較復(fù)雜，除三氧化二鐵外，還有一定的水合氧化鐵、氧化亞鐵等）、油污和氧化皮等。因此焊接時(shí)應(yīng)先對(duì)焊接口處進(jìn)行必要的處理，處理中也會(huì)應(yīng)用到一些化學(xué)工藝，比如“酸洗”。對(duì)于無(wú)法處理的焊接口，可選用酸性焊條，以確保旱接口的牢固，確保焊接處的性能。此外，有的焊接還會(huì)加入一些焊劑，以確保焊點(diǎn)的強(qiáng)度高，使焊接工藝更完美。因此，機(jī)械制造中的焊接工藝也是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工序。焊接過(guò)程中溫度的掌控、氣體的分解溶解、金屬的氧化還原性質(zhì)，等等，都需要進(jìn)行系統(tǒng)的、全面的研究，才能不斷提高焊接工藝，使機(jī)械制造的性能更加完美。

3 機(jī)械制造的表面處理與化學(xué)工業(yè)的應(yīng)用研究

機(jī)械制造的表面處理的目的是多方面的，其一，利用化學(xué)性質(zhì)及物理方法改變鑄件表面的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)及性能，這些改變都是以機(jī)械部件及半成品使用的目的為基礎(chǔ)的。其二，提高鑄件表面的抗腐性、抗疲勞度等，以此延長(zhǎng)逐漸的使用壽命，使機(jī)械設(shè)備在使用過(guò)程中能夠發(fā)揮更好的經(jīng)濟(jì)效益。其三，表面處理可以達(dá)到更好的修飾美化作用，使機(jī)械設(shè)備看著美觀、安全、耐用。首先，研究實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，機(jī)械部件的老化、失效等大多發(fā)生在機(jī)械設(shè)備的表面，因此對(duì)鑄件的表面進(jìn)行處理，可以有效保護(hù)機(jī)械部件，延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命。這是因?yàn)闄C(jī)械制造中，會(huì)利用熱處理使鑄件的表面發(fā)生化學(xué)變化，從而形成一種特殊的復(fù)合材料，這種材料的性能優(yōu)良，具有很好的抗磨損性、抗老化性、抗腐蝕性等。而鑄件內(nèi)部則不會(huì)發(fā)生變化，而且還能與鑄件表層緊密結(jié)合。例如，碳化處理，就是將碳原子滲入到鑄件的表面，提高鑄件的耐磨性和耐熱性。又如，氮化處理，就是將氮原子滲入到鑄件的表面，使其表面形成特殊的化合物，鑄件的表面硬度、抗疲勞度、抗腐蝕性等都會(huì)有所提升。因此，表面處理在機(jī)械制造中也是至關(guān)重要的步驟，需要利用化學(xué)技術(shù)，依照其實(shí)用需求，對(duì)其進(jìn)行必要的加工處理。其次，機(jī)械表面的處理方式很多，除熱處理外還可以利用噴漆、鍍鋅、拋光等手段進(jìn)行處理，以達(dá)到更好的使用目的。在這些處理方式中也會(huì)廣泛的應(yīng)用到化學(xué)技術(shù)。例如，機(jī)械部件的拋光，會(huì)應(yīng)用到化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)適用于不同構(gòu)造的機(jī)械部件，因?yàn)樗悄壳笆澜缟衔ㄒ灰豁?xiàng)能夠進(jìn)行全面整體拋光的技術(shù)，拋光過(guò)程中先利用化學(xué)原理將機(jī)械部件的表面進(jìn)行處理，使其易于加工，然后再用一些手段、技術(shù)等對(duì)其表面進(jìn)行加工，除去加工痕跡等，這是目前機(jī)械制造業(yè)普遍應(yīng)用的拋光手段，對(duì)提高機(jī)械制造的綜合水平起到了積極意義。再次，機(jī)械設(shè)備的表面處理還可以利用清洗法完成，這種清洗不是指普通的水洗，而是化學(xué)清洗，清洗液中含有一些化學(xué)成分，根據(jù)需求還可配置，清洗的主要目的是作用于鑄件及機(jī)械半成品的表面，使其表面的污物層被分解、乳化，然后被剝離，這樣能達(dá)到較好的清洗效果，而且不會(huì)傷及機(jī)械設(shè)備及其零部件。可見(jiàn)，機(jī)械設(shè)備的表面處理也是一項(xiàng)及其復(fù)雜的過(guò)程，其中會(huì)應(yīng)用到大量的化學(xué)工藝，因此，機(jī)械設(shè)備制造的發(fā)展和進(jìn)步必須依靠化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，化學(xué)工業(yè)在機(jī)械制造中的應(yīng)用非常的廣泛，且隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，需要更多的化學(xué)工藝為之提供支持，這樣才能制造出更精準(zhǔn)、更復(fù)雜、性能更好的機(jī)械部件，才能制造出更好性能的機(jī)械設(shè)備。且隨著化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)?；?、綠色化工等理念的提出，化學(xué)工業(yè)與環(huán)境保護(hù)的矛盾會(huì)得到很好的解決，未來(lái)工業(yè)、制造業(yè)的發(fā)展還是要以化學(xué)為基礎(chǔ)的。因此，研究機(jī)械制造要更多地關(guān)注化學(xué)工業(yè)發(fā)展的前沿工藝，以便與時(shí)俱進(jìn)，使機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展能夠更上一層樓。

［1］董川東.論機(jī)械工程材料的表面處理方法［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2017，（10）:83-84.

［2］董姍，程佳瑞,等.氧化熱處理對(duì)不銹鋼積碳納米管結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)檢測(cè)性能的影響［J］.武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2017，（2）.

李鵬（1995—），男，陜西榆林人,大學(xué)本科，主要從事應(yīng)用化學(xué)方面的學(xué)習(xí)與研究工作。