表面扩渗新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 材料表面热扩渗处理是将工件放入一定的 活性介质中使金属元素或非金属元素扩散到 工件表层中,改变表层化学成分,可得到一扩 天散合金层,有时表面上还会形成化合物层,从 而获得所需的组织和性能。该技术的突出特点 是表面强化层的形成主要依靠加热扩散的作 学用,渗层与金属基体的结合是冶金结合,它 与们之间无明显的分界面,它们的成分、组织和 程性能是逐渐变化的。 学 况
1 材料表面热扩渗处理是将工件放入一定的 活性介质中，使金属元素或非金属元素扩散到 工件表层中，改变表层化学成分，可得到一扩 散合金层，有时表面上还会形成化合物层，从 而获得所需的组织和性能。该技术的突出特点 是表面强化层的形成主要依靠加热扩散的作 用，渗层与金属基体的结合是冶金结合，它 们之间无明显的分界面，它们的成分、组织和 性能是逐渐变化的。 表面扩渗新技术
表面扩渗新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 按接触介质划分有固体法、液体法、气体法 和等离子法。 矿 业 按渗入元素的种类进行分类,渗碳、渗氮 如渗硼、氮碳共渗、硼铝共渗等。 学 材 1.固体法 1)粉末法 学粉末法是固体法中最普通的方法,历史最为 悠久,至今世界各国仍以此法应用最多。 程 学 2 况
2 按接触介质划分有固体法、液体法、气体法 和等离子法。 按渗入元素的种类进行分类，渗碳、渗氮、 如渗硼、氮碳共渗、硼铝共渗等。 1．固体法 1）粉末法 粉末法是固体法中最普通的方法，历史最为 悠久，至今世界各国仍以此法应用最多。 表面扩渗新技术
表面扩渗新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 这种方法的早期应用是把工件埋入装有渗层 金属粉末的容器里进行加热扩散,但由于烧结 使得表面难以清理,后来便进行了改进,在粉 大末中加入了防粘结粉末(如A2O3)和活化剂 (助渗剂)。活化剂一般为卤化物,如 NH4Cl,NH4等。 学粉末法的优点是设备简单,操作容易,适用 于形状复杂的工件的渗镀;缺点是效率低,尺 程寸受限制,温度高,时间长,基体金属的强度 死有一定降低
3 这种方法的早期应用是把工件埋入装有渗层 金属粉末的容器里进行加热扩散，但由于烧结 使得表面难以清理，后来便进行了改进，在粉 末中加入了防粘结粉末（如Al2O3）和活化剂 （助渗剂）。活化剂一般为卤化物，如 NH4Cl，NH4I等。 粉末法的优点是设备简单，操作容易，适用 于形状复杂的工件的渗镀；缺点是效率低，尺 寸受限制，温度高，时间长，基体金属的强度 有一定降低。 表面扩渗新技术
表面扩渗新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 2)流化床法 这种方法与粉末法相似,不同之处是将工件 矿放于带有固体渗剂的流化床内,然后加热,同 天时通入运载气体(H2,Ar),使之与流体粒 子反应产生欲渗金属的活性原子渗入工件。 优点:传热性好,渗速快,渗层质量高,有利 科 学 于机械化和自动化 缺点流化床设备装置成本极高,运转费用 程大,因此这种方法尚未推广使用。 学 况
4 2）流化床法 这种方法与粉末法相似，不同之处是将工件 放于带有固体渗剂的流化床内，然后加热，同 时通入运载气体（H2，Ar），使之与流体粒 子反应产生欲渗金属的活性原子渗入工件。 优点:传热性好，渗速快，渗层质量高,有利 于机械化和自动化； 缺点:流化床设备装置成本极高，运转费用 大，因此这种方法尚未推广使用。 表面扩渗新技术
表面扩渗新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 2.液体法 目前世界上采用的较新的液体法热扩渗技术 矿是盐浴法,其基本原理是在金属盐熔融液体中 类加入V、Nb、Cr、Ti、Ta等铁合金粉末,然 后把含有较高C,N的钢件浸入(可预先进行 渗碳、氮化或碳氮共渗),在800~1250℃温 度下,经过0.5~10h的时间后;可在表面上形 与成一极硬的金属的碳氮化合物薄层,从而赋予 程工件表面高的耐磨性。 学 况
5 2．液体法 目前世界上采用的较新的液体法热扩渗技术 是盐浴法，其基本原理是在金属盐熔融液体中 加入V、Nb、Cr、Ti、Ta等铁合金粉末，然 后把含有较高C，N的钢件浸入（可预先进行 渗碳、氮化或碳氮共渗），在800～1250℃温 度下，经过0.5～10h的时间后；可在表面上形 成一极硬的金属的碳氮化合物薄层，从而赋予 工件表面高的耐磨性。 表面扩渗新技术
表面扩渗新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 3.气体法 气渗首先把工件加热到渗剂原子在基体中能 矿产生显著扩散的温度,然后把含有渗入金属卤 天化物(MC)的氢气通人,气体和表面接触 时,工件表面的金属和氢本身与MC发生反 料应 科 学 气体渗的优点是渗层厚度均匀,易控制,对 与异形件和小孔结构的渗镀效果好,且无粉尘, 程劳动条件好。 学 况
6 3．气体法 气渗首先把工件加热到渗剂原子在基体中能 产生显著扩散的温度，然后把含有渗入金属卤 化物（MCl2）的氢气通人，气体和表面接触 时，工件表面的金属和氢本身与MCl2发生反 应。 气体渗的优点是渗层厚度均匀，易控制，对 异形件和小孔结构的渗镀效果好，且无粉尘， 劳动条件好。 表面扩渗新技术
表面扩渗新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 4.等离子法 =等离子法是利用物质的第四态等离子体进 矿行渗镀。等离子体是利用低真空下气体辉光放 业 天电获得的,因为离子活性比原子高,加上电场 的作用,因此渗速较高,质量较好。但是该法 除离子氮化已经成熟,包括渗碳在内的离子渗 金属尚在开发之中 与 程 学 况
7 4．等离子法 等离子法是利用物质的第四态—等离子体进 行渗镀。等离子体是利用低真空下气体辉光放 电获得的，因为离子活性比原子高，加上电场 的作用，因此渗速较高，质量较好。但是该法 除离子氮化已经成熟，包括渗碳在内的离子渗 金属尚在开发之中。 表面扩渗新技术
表面扩渗新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 4.1渗硼技术 渗硼是将工件置于含硼的介质中,经过加热 和保温,使硼原子渗入其表面,形成硼化物的 业 天工艺过程。 硼原子半径为082A,与过渡元素原子半径 料之比大都大于059,因而,硼与过渡族元素形 成的化合物,具有远比正常的间隙相要复杂得 与多的晶体结构,如FeB、Fe2B、TiB2、ZrB2 程等,硬度极大,热稳定性好,几乎比相应的碳 学化物、氮化物的硬度和热稳定性都要高。8
8 4.1 渗硼技术 渗硼是将工件置于含硼的介质中，经过加热 和保温，使硼原子渗入其表面，形成硼化物的 工艺过程。 硼原子半径为0.82Å，与过渡元素原子半径 之比大都大于0.59，因而，硼与过渡族元素形 成的化合物，具有远比正常的间隙相要复杂得 多的晶体结构，如FeB、Fe2B、TiB2、ZrB2 等，硬度极大，热稳定性好，几乎比相应的碳 化物、氮化物的硬度和热稳定性都要高。 表面扩渗新技术
表面扩渗新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 4.1渗硼技术 平钢的渗硼层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐热 矿性能均比渗碳层和氨化层高。此外,微量的硼还 能增加钢的淬透性。 米4.1渗硼原理 在渗硼过程中,含硼介质发生化学反应,生成 料流体含硼组元,流体含硼组元通过邻接金属表面 学的“边界层”进行外扩散,扩散到金属表面并被 与 吸 程附,然后发生各种界面反应,生成活性硼原子 学 况 活性硼原子由金属界面向纵深迁移,从而形成有
9 4.1 渗硼技术 钢的渗硼层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐热 性能均比渗碳层和氨化层高。此外，微量的硼还 能增加钢的淬透性。 4.1.1渗硼原理 在渗硼过程中，含硼介质发生化学反应，生成 流体含硼组元，流体含硼组元通过邻接金属表面 的“边界层”进行外扩散，扩散到金属表面并被 吸 附，然后发生各种界面反应，生成活性硼原子、 活性硼原子由金属界面向纵深迁移，从而形成有 一定深度的渗硼层。 表面扩渗新技术
表面扩渗新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 4.1.1渗硼原理 =由图FeB相图可知,在、?相中溶解硼 的能力极微,在11490℃时,γ相中具有最大溶 硼量为0.02%,而溶碳量大于2%,氮的溶解 度更大。随着硼在铁中渗入量的增加,硼与铁 料依次形成稳定的化合物Fe2B和FeB,这些铁的 科 学 硼化物,在高温时也具有较高的稳定性 与硼在a-Fe中只能以置换固溶体的形式存 程在,而在γ-Fe中既可以置换固溶体的形式存 学在,又可以间隙固溶体的形式存在 10
10 4.1.1渗硼原理 由图Fe-B相图可知，在α、γ相中溶解硼 的能力极微，在1149℃时，γ相中具有最大溶 硼量为0.02%，而溶碳量大于2%，氮的溶解 度更大。随着硼在铁中渗入量的增加，硼与铁 依次形成稳定的化合物Fe2B和FeB，这些铁的 硼化物，在高温时也具有较高的稳定性。 硼在α－Fe中只能以置换固溶体的形式存 在，而在γ－Fe中既可以置换固溶体的形式存 在，又可以间隙固溶体的形式存在。 表面扩渗新技术