金屬表面化學(xué)熱處理

金屬表面化學(xué)熱處理2023/6/71第一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二一、概述

（一）金屬表面化學(xué)熱處理過程

金屬表面化學(xué)熱處理是利用元素擴(kuò)散性能，使合金元素滲入金屬表層的一種熱處理工藝。其基本工藝過程是：首先將工件置于含有滲入元素的活性介質(zhì)中加熱到一定溫度，使活性介質(zhì)通過分解，并釋放出欲滲入元素的活性原子，活性原子被表面吸附并溶入表面、溶入表面的原子向金屬表層擴(kuò)散滲入形成一定厚度的擴(kuò)散層，從而改變表層的成分、組織和性能。

2023/6/72第二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二熱滲鍍→化學(xué)熱處理用加熱擴(kuò)散的方法把一種或幾種元素滲入基體金屬的表面，可得到一擴(kuò)散合金層，但有時表面上還會殘留一薄的覆層。因此被稱為熱滲鍍。突出特點：表面強化層的形成主要依靠加熱擴(kuò)散的作用，因而不存在結(jié)合力不足的問題。

熱滲鍍材料的選擇范圍很寬，滲入不同元素可得到不同組織和性能的表面，這些性能包括耐腐蝕性、耐磨性、耐高溫氧化性等。

2023/6/73第三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（二）金屬表面化學(xué)熱處理的目的（1）提高金屬表面的強度、硬度和耐磨性。如滲氮可使金屬表面硬度達(dá)到950HV～1200HV；滲硼可使金屬表面硬度達(dá)到1400HV～2000HV等，因而工件表面具有極高的耐磨性。

2023/6/74第四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（2）提高材料疲勞強度。如滲碳、滲氮、滲鉻等滲層中由于相變使體積發(fā)生變化，導(dǎo)致表層產(chǎn)生很大的殘余壓應(yīng)力，從而提高疲勞強度。（3）使金屬表面具有良好的抗粘著、抗咬合的能力和降低摩擦系數(shù)，如滲硫等。（4）提高金屬表面的耐蝕性，如滲氮、滲鋁等。2023/6/75第五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（三）化學(xué)熱處理滲層的基本組織類型（1）形成單相固溶體。如滲碳層中的α鐵素體相等。（2）形成化合物。如滲氮層中的ε相（F2-3N），滲硼層中Fe2B等。（3）化學(xué)熱處理后，一般可同時存在固溶體、化合物的多相滲層。2023/6/76第六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（四）化學(xué)熱處理種類

根據(jù)滲入元素的介質(zhì)所處狀態(tài)不同，化學(xué)熱處理可分以下幾類：（1）固體法：包括粉末填充法、膏劑涂覆法、電熱旋流法、覆蓋層（電鍍層、噴鍍層等）擴(kuò)散法等。（2）液體法：包括鹽浴法、電解鹽浴法、水溶液電解法等。（3）氣體法：包括固體氣體法、間接氣體法、流動粒子爐法等。（4）等離子法：2023/6/77第七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二按復(fù)合手段劃分有電泳滲、料漿滲（或膏劑滲）、噴涂滲、電鍍滲、化學(xué)鍍滲等。2023/6/78第八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二熱滲鍍---化學(xué)熱處理2023/6/79第九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二1．固滲法①粉末包滲法在粉末中加入了防粘結(jié)粉末（如Al2O3）和活化劑（助滲劑）。活化劑一般為鹵化物，如NH4CI，NH4Br，NH4I等。包滲示意圖見圖4-2。以NH4Cl為例，加熱時發(fā)生下列反應(yīng)：

2023/6/710第十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二粉末包滲法的優(yōu)點:

設(shè)備簡單，操作容易，適用于形狀復(fù)雜的工件的滲鍍；缺點:

效率低，尺寸受限制，溫度高，時間長，基體金屬的強度有一定降低。

2023/6/711第十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二②流化床法

與粉末包滲法相似，不同之處是將工件放于帶有固體滲劑的流化床內(nèi)，然后加熱，同時通入鹵氣和運載氣體（H2

，Ar），使之與流體粒子反應(yīng)產(chǎn)生欲滲金屬的活性原子滲入工件。特點：傳熱性好，滲速快，滲層質(zhì)量高并有利于機械化和自動化；缺點：流化床設(shè)備裝置成本極高，運轉(zhuǎn)費用大，因此這種方法尚未推廣使用。

2023/6/712第十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二2．液滲法

①熱浸法將工件直接浸入某一液態(tài)金屬中，經(jīng)較短時間即形成合金鍍層。當(dāng)浸漬時間極短時，所形成的鍍層只是附著層而不是擴(kuò)散層，因而與基體金屬結(jié)合不牢固，因此一般在熱浸后還要加熱使鍍層進(jìn)行擴(kuò)散，以形成合金層。優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作容易，因而被廣泛采用。這種方法多用于鋼鐵制品的鍍鋅、鍍鋁、鍍錫等。

2023/6/713第十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二②熔燒法熔燒法是把滲鍍金屬或合金粉末加粘結(jié)劑后制成料漿，再將料漿均勻涂敷于工件表面上，干燥后在惰性氣體或真空環(huán)境中以稍高于料漿熔點的溫度加熱燒結(jié)．通過液固界面擴(kuò)散而形成合金層。與熱浸法相比，該法能獲得成分和厚度都很均勻的滲層，同時具有熱傳遞性好、滲速快等特點。2023/6/714第十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二③鹽浴法

鹽浴法是目前世界上采用的較新的熱滲鍍技術(shù)，其基本原理是在金屬鹽熔融液體中加入V，Nb，Cr，Ti，Ta等鐵合金粉末，然后把含有較高C，N的鋼件浸入（可預(yù)先進(jìn)行滲碳、氮化或碳、氮共滲），在800—1250℃溫度下，經(jīng)過0.5—10h的時間后，可在表面上形成一極硬的金屬的碳氮化合物薄層，從而賦予工件表面高的耐磨性。

2023/6/715第十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二3．氣滲法

氣滲首先把工件加熱到滲劑原子在基體中能產(chǎn)生顯著擴(kuò)散的溫度，然后把含有滲鍍金屬鹵化物（MCl2）的氫氣通入，氣體和表面接觸時，工件表面的金屬A和氫本身與MCl2發(fā)生反應(yīng)。

反應(yīng)生成的活性原子［M］滲入工件表面。2023/6/716第十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二實現(xiàn)氣滲工藝的具體方法很多，大致可分為兩大類：一類是滲鍍金屬同工件不在同一空間，用氫氣做載體把欲滲金屬的鹵化物運載到工件表面；另一類是滲鍍金屬同工件在同一空間，使HCl氣體先流過被加熱了的滲劑金屬產(chǎn)生金屬氯化物氣體，隨后使氯化物氣體流經(jīng)金屬表面，置換出活性原子［M」，進(jìn)行滲鍍。。優(yōu)點：滲層厚度均勻，易控制，對異形件和小孔結(jié)構(gòu)的滲鍍效果好，且無粉塵，勞動條件好。2023/6/717第十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二4．離子轟擊滲鍍法離子轟擊滲鍍法是利用物質(zhì)的第四態(tài)——等離子體進(jìn)行滲鍍。等離子體是利用低真空下氣體輝光放電獲得的，因為離子活性比原子高，加上電場的作用，因此滲速較高，質(zhì)量較好。但是該法除離子氮化已經(jīng)成熟，包括滲碳在內(nèi)的離子滲金屬尚在開發(fā)之中。2023/6/718第十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二5．復(fù)合滲

復(fù)合滲實際上是固滲的發(fā)展，即采用各種鍍層手段先在工件表面制造一固相涂層，然后把工件連同涂層一起加熱。加熱的方法很多，諸如普通加熱爐加熱、高頻感應(yīng)加熱、通電加熱、輝光放電加熱，以及電子束、離子束加熱等。

①電泳滲、②料漿滲（或稱膏劑滲）、③噴鍍滲、④電鍍滲、⑤化學(xué)鍍滲、⑥真空滲鍍

2023/6/719第十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二熱滲鍍原理熱滲鍍的基本過程應(yīng)包括四個步驟，即：①介質(zhì)中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以提供界面反應(yīng)所需要的反應(yīng)物；②反應(yīng)物通過擴(kuò)散輸運至金屬表面，此稱為外擴(kuò)散；③反應(yīng)物中的某些粒子被金屬表面吸附，并發(fā)生界面反應(yīng)；④界面反應(yīng)產(chǎn)生的活性原子為金屬表面層吸收并向縱深遷移，達(dá)到一定的深度，此稱內(nèi)擴(kuò)散。

2023/6/720第二十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二在這四個步驟中，最值得注意的是進(jìn)行最慢的步驟，或者說是控制步驟。一般說來步驟①速度快，不會對整個過程產(chǎn)生阻礙作用。步驟②雖然是一個擴(kuò)散過程，但此擴(kuò)散是在氣態(tài)或液態(tài)下進(jìn)行，擴(kuò)散速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于元素在固態(tài)內(nèi)的擴(kuò)散，因而也不可能成為控制步驟。實踐證明后兩個步驟都有可能成為過程中的控制步驟。

實踐中可根據(jù)滲層深度和時間的關(guān)系來判定究竟是步驟③還是④是控制步驟。

2023/6/721第二十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二滲碳過程以水煤氣的滲碳過程為例，其四個過程可示意性地表示于圖中

2023/6/722第二十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二滲層的形成條件

滲層是基體金屬和滲入元素原子混合或化合組成的薄合金層，所以，滲鍍的條件是：1）滲入元素必須能與基體金屬形成固溶體或金屬間化合物；2）滲入元素與基體金屬必須保持緊密的接觸，或者說滲入元素可以在界面被吸附；3）必須保持一定的溫度，即使原子獲得足夠的擴(kuò)散動力；4）生成活性原子的化學(xué)反應(yīng)必須滿足一定的熱力學(xué)條件。

2023/6/723第二十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二TRD滲鍍法

TRD（SurfaceCoatingbyThermo-ReactiveDepositionandDiffusion）稱為熱反應(yīng)沉積和擴(kuò)散的表面覆層法，簡稱為TRD滲鍍法或TD法。該工藝是日本豐田中央研究所開發(fā)的。具體工藝有熔鹽浸鍍法、電解法及粉末法。應(yīng)用最廣泛的是用熔鹽浸鍍法在工件表面上涂覆VC，NbC，CrxCy等碳化物。該工藝于1971年開始投入應(yīng)用。。

2023/6/724第二十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二處理方法

將70％～90％的硼砂放入耐熱鋼坩堝中熔融后，向坩堝中加入可形成欲鍍覆的碳化物的物質(zhì)。例如欲鍍VC時，加入Fe－V的合金粉末或V2O5粉末，將含碳的鋼件浸入此鹽浴中，在800～1200℃保溫1～10h，便得到了僅由碳化物鍍覆的表面層。2023/6/725第二十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二處理方法如需鍍覆NbC、CrxCy,則在鹽浴中加入Fe－Nb，Nb2O5，F(xiàn)e-Cr，Cr2O3合金粉末或金屬氧化物粉末。若采用金屬氧化物，還需在鹽浴中添加Al，Ca，Ti，F(xiàn)e-Ti，F(xiàn)e-Al等物質(zhì)，以保持鹽浴的活性，使金屬原子得以在鹽浴中被還原出來。碳的來源完全依靠鋼中自身的碳向外擴(kuò)散。2023/6/726第二十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二2023/6/727第二十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二影響鍍層厚度的因素

影響鍍層厚度的主要因素是鹽浴溫度、處理時間和鋼中的含碳量。鍍層成長的速率主要取決于碳原子的擴(kuò)散速率。

按A的不同，若要在鋼的表面形成5～10μm厚的碳化物，約需30分鐘到數(shù)小時。顯然鋼中的含碳量越高，溫度越高，鍍層增厚越快。2023/6/728第二十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二鍍層性能

X射線分析發(fā)現(xiàn)，TD法所得鍍層幾乎全由純碳化物組成，碳化物層的成分不受基體金屬的影響，不存在Fe，O，P，S等成分。典型的VC鍍層無微孔，在顯微鏡下呈白亮色，基體金屬與碳化物層之間有清晰的界面。不過，如在1050℃處理，則碳化物形成元素將擴(kuò)散到基體金屬中，這對改善鍍層與基體之間的粘結(jié)強度十分有利。

2023/6/729第二十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二1．硬度

TD法所得鍍層硬度大大高于淬火、鍍鉻或氮化的硬度；VC和TiC的硬度約為HV3000，NbC約為HV2500，VC，CrxCy，NbC在800℃以上仍有HV800以上的高硬度。

2023/6/730第三十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二2023/6/731第三十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二2．耐磨性快速磨損試驗機研究了以SCM15為配對材料、幾種鋼經(jīng)TD處理或其它處理的磨損量，發(fā)現(xiàn):鍍覆VC，NbC，TiC的耐磨性顯然比氮化、滲硼、鍍鉻、放電硬化等其它表面處理優(yōu)越，而與硬質(zhì)合金的耐磨性相同或更好，與用CVD和PVD法鍍覆的TiC層耐磨性相同。2023/6/732第三十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二3．抗熱粘結(jié)性

研究表明：以鋼、銅及鉛為配對材料的抗熱粘結(jié)性，發(fā)現(xiàn)鍍覆VC，NbC，TiC的材料與未作鍍覆處理的或作其它表面處理的材料相比，前者卻不易發(fā)生熱粘結(jié)。跟易于發(fā)生熱粘結(jié)的不銹鋼進(jìn)行環(huán)壓試驗時發(fā)現(xiàn)，鍍覆碳化物也具有良好的抗熱粘結(jié)性。

2023/6/733第三十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二4．抗剝離性

用鋼球反復(fù)撞擊試樣的同一部位，研究鍍層的開裂或剝離情況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)TD處理的

VC，NbC及

CrxCy鍍層即使撞擊20萬次也不發(fā)生裂紋或剝離；而用CVD和PVD處理的TiC鍍層撞擊5～10萬次鍍層即剝離。

2023/6/734第三十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二5．抗氧化及耐蝕性

抗氧化性的好壞隨鍍覆的碳化物種類的不同而不同。VC，NbC在500℃的大氣中幾乎不氧化，不過若在600℃下保溫1h會有幾微米的碳化物層被氧化。

鍍覆VC，NbC，CrxCy的鋼對于鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、苛性鈉都有良好的耐蝕性，但要避免微孔等缺陷。

2023/6/735第三十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二6．韌脆性

軟氮化或滲碳處理會使材料的韌性降低，而TD處理的材料進(jìn)行艾氏沖擊試驗或缺口三點彎曲試驗，發(fā)現(xiàn)其韌性與淬火回火鋼大體處于同一水平。

2023/6/736第三十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二TRD處理的應(yīng)用及與PVD和CVD鍍層性能的比較

TD處理已經(jīng)在幾乎所有需要耐磨的領(lǐng)域中得到成功的應(yīng)用。在沖壓模、冷鍛模、鑄模等方面的應(yīng)用也是比較多的。

用CVD，PVD和TD法都可以得到薄的碳化物層，但比較起來TD法有許多優(yōu)點。諸如：

2023/6/737第三十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二TD法的優(yōu)點①設(shè)備簡單，價格便宜；②操作簡便；③工件冷卻方法任意選擇；④鍍層成分、性能不受處理溫度的影響；⑤易于作局部鍍覆；③可作重復(fù)處理，便于返修。

2023/6/738第三十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二二、滲硼

滲硼主要是為了提高金屬表面的硬度、耐磨性和耐蝕性。可用于鋼鐵材料、金屬陶瓷和某些有色金屬材料，如鈦、鉭和鎳基合金。這種方法成本較高。

2023/6/739第三十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（一）滲硼原理

滲硼就是把工件置于含有硼原子的介質(zhì)中加熱到一定溫度，保溫一段時間后，在工件表面形成一層堅硬的滲硼層。在高溫下，供硼劑硼砂與介質(zhì)中SiC發(fā)生反應(yīng)：2023/6/740第四十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二若供硼劑為B4C，活性劑為KBF4，則有以下反應(yīng)：

2023/6/741第四十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二滲硼氣體為BCl3，載氣為H2，比例為BCl3

／H2

＝（0.05～0.10）／l，在滲硼溫度下通入密封爐內(nèi)，發(fā)生如下反應(yīng)：活性「B」?jié)B入鋼內(nèi)與Fe形成Fe2B或FeB。該法滲層均勻致密，表面質(zhì)量好。

2023/6/742第四十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（二）滲硼層的組織

硼原子在γ相或α相的溶解度很小，當(dāng)硼含量超過其溶解度時，就會產(chǎn)生硼的化合物Fe2B(ε)。當(dāng)硼含量大于質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.83％時，會產(chǎn)生FeB（η’）。當(dāng)硼含量在6％－16％時，會產(chǎn)生FeB與Fe2B白色針狀的混合物。一般希望得到單相的Fe2B。

2023/6/743第四十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二鐵一硼狀態(tài)圖

2023/6/744第四十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二2023/6/745第四十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（三）滲硼層的性能(1）滲硼層的硬度很高。如Fe2B的硬度為1300HV－1800HV；

FeB的硬度為1600－2200HV。由于FeB脆性大，一般希望得到單相的、厚度為0.07mm～0.15mm的Fe2B層。（2）在鹽酸、硫酸、磷酸和堿中具有良好的耐蝕性，但不耐硝酸。（3）熱硬性高，在800℃時仍保持高的硬度。（4）在600℃以下抗氧化性能較好。2023/6/746第四十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二滲硼層具有十分優(yōu)異的耐磨性能。試驗表明，滲硼試樣的耐磨性能比其它任何處理（如滲碳、碳氮共滲等）都高。此外，滲硼處理還有比較高的耐腐蝕磨損和泥漿磨損能力。

2023/6/747第四十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二40鋼電解滲硼的硼濃度分布和顯微硬度曲線見圖。第一個臺階時，B含量為16％左右，HV為2000左右，對應(yīng)著FeB（η）相；第二個臺階B含量為9％左右，HV為1400左右，對應(yīng)著Fe2B（ε）相；第三個臺階濃度和硬度均較低，對應(yīng)著擴(kuò)散層與基體。FeB很脆，如果工藝得當(dāng)，可以在表面上只保留Fe2B，這是理想的滲層。

2023/6/748第四十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（四）滲硼方法

1．固體滲硼

固體滲硼是將工件置于含硼的粉末或膏劑中，裝箱密封，放入加熱爐中加熱到950℃～1050℃保溫一定時間后，工件表面上獲得一定厚度的滲硼層方法。這種方法設(shè)備簡單，操作方便，適應(yīng)性強，但勞動強度大，成本高。歐美國家多采用固體滲硼。2023/6/749第四十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二2023/6/750第五十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二2．氣體滲硼

與固體滲硼的區(qū)別是供硼劑為氣體。氣體滲硼需用易爆的乙硼烷或有毒的氯化硼，故沒有用于工業(yè)生產(chǎn)。3．液體滲硼

也叫鹽浴滲硼。這種方法應(yīng)用廣泛。它主要是由供硼劑硼砂+還原劑（碳酸鈉、碳酸鉀、氟硅酸鈉等）組成的鹽浴。

4．等離子滲硼

等離子滲硼可以用與氣體滲硼類似的介質(zhì)。這一領(lǐng)域已進(jìn)行了研究，但還沒有工業(yè)應(yīng)用的處理工藝。2023/6/751第五十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二五）鋼鐵材料滲硼

最合適的鋼種為中碳鋼及中碳合金鋼。滲硼后為了改善基體的力學(xué)性質(zhì)，應(yīng)進(jìn)行淬火+回火處理，但應(yīng)注意以下幾點：

（1）滲硼件應(yīng)盡量減少加熱次數(shù)并用緩冷。（2）滲硼溫度高于鋼的淬火溫度時，滲硼后應(yīng)降溫到淬火溫度后再進(jìn)行淬火。（3）滲硼溫度低于鋼的淬火溫度時，滲硼后應(yīng)升溫到淬火溫度后再進(jìn)行淬火。（4）淬火介質(zhì)仍使用原淬火介質(zhì)，但不宜用硝鹽分級與等溫處理。（5）滲硼粉中B4C含量對不同鋼種的硼化物層中FeB相影響較大。2023/6/752第五十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二滲硼在生產(chǎn)中的應(yīng)用實例2023/6/753第五十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二目前滲硼主要用于耐磨并且兼有一定的耐蝕性方面，例如鉆井用的泥漿泵零件、滾壓模具、熱鍛模具及某些工夾具。近年來，滲硼還逐漸擴(kuò)大到硬質(zhì)合金、有色金屬和難熔金屬，例如難熔金屬的滲硼已經(jīng)在宇航設(shè)備中獲得應(yīng)用。滲硼還可用于印刷機凸輪、止推板、各種活塞、離合器軸、壓鑄機料筒與噴嘴、軋鋼機導(dǎo)輥、油封滑動軸、塊規(guī)、閘閥和各種拔絲模等。

2023/6/754第五十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（六）有色金屬滲硼

有色金屬滲硼通常是在非晶態(tài)硼中進(jìn)行的。某些有色金屬如鈦及其合金必須在高純氬或高真空中進(jìn)行，且必須在滲硼前對非晶硼進(jìn)行除氧。大多數(shù)難熔金屬都能滲硼。

2023/6/755第五十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二三、滲碳、滲氮、碳氮共滲

滲碳、滲氮、碳氮共滲等可提高材料表面硬度、耐磨性和疲勞強度，在工業(yè)中有十分廣泛的應(yīng)用。（一）滲碳、碳氮共滲

1．結(jié)構(gòu)鋼的滲碳

結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)滲碳后，能使零件工作表面獲得高的硬度、耐磨性、耐侵蝕、磨損性、接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度，而心部具有一定強度、塑性、韌性的性能。常用的滲碳方法有三種：

2023/6/756第五十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（1）氣體滲碳

氣體滲碳是目前生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種滲碳方法，它是在含碳的氣體介質(zhì)中通過調(diào)節(jié)氣體滲碳?xì)夥諄韺崿F(xiàn)滲碳目的的。工業(yè)上一般有井式爐滴注式滲碳和貫通式氣體滲碳兩種。

2023/6/757第五十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（2）鹽浴滲碳

液體滲碳是將被處理的零件浸入鹽浴滲碳劑中，通過加熱使?jié)B碳劑分解出活性的碳原子來進(jìn)行滲碳。如Na2CO375％～85％、NaCl10％～15％、SiC8％～15％就是一種熔融的滲碳鹽浴配方。10鋼在950℃保溫3h后可獲得總厚度為1.2mm的滲碳層。

2023/6/758第五十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（3）固體滲碳固體滲碳是一種傳統(tǒng)的滲碳方法，它使用固體滲碳劑。在固體滲碳中，膏劑滲碳具有工藝簡單方便的特點，主要用于單件生產(chǎn)、局部滲碳或返修使用。為了提高滲碳速度而引進(jìn)了快速加熱滲碳法、真空、離子束滲碳等先進(jìn)的工藝方法，它們均能提高滲碳速度和滲碳質(zhì)量。

2023/6/759第五十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二2．高合金鋼的滲碳

工具鋼經(jīng)滲碳后，其表面具有高強度、高耐磨性和高熱硬性。與傳統(tǒng)的模具鋼制造的工具相比，壽命可得到提高。

2023/6/760第六十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二3．碳氮共滲

液體碳氮共滲以往稱氰化。碳氮共滲比滲碳溫度低（700℃－880℃），變形小，且由于氮的滲入提高了滲碳速度和耐磨性。

2023/6/761第六十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（二）滲氮、氮碳共滲

滲氮、氮碳共滲是在含有氮，或氮、碳原子的介質(zhì)中，將工件加熱到一定溫度，鋼的表面被氮或氮、碳原子滲入的一種工藝方法。滲氮工藝復(fù)雜，時間長，成本高，所以只用于耐磨、耐蝕和精度要求高的耐磨件，如發(fā)動機汽缸、排氣閥、閥門、精密絲桿等。2023/6/762第六十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二鋼經(jīng)滲氮后獲得高的表面硬度，在加熱到500℃時，硬度變化不大，具有低的劃傷傾向和高的耐磨性，可獲得500MPa～1000MPa的殘余壓應(yīng)力，使零件具有高的疲勞極限和高耐蝕性。在自來水、潮濕空氣、氣體燃燒物、過熱蒸汽、苯、不潔油、弱堿溶液、硫酸、醋酸。正磷酸等介質(zhì)中均有一定的耐蝕性。2023/6/763第六十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二1．滲氮的分類

（1）低溫滲氮低溫滲氮是指滲氮溫度低于600℃的各種滲氮方法,滲氮層的結(jié)構(gòu)主要決定于Fe-N相圖。其主要滲氮方法有氣體滲氮、液體滲氮、離子滲氮等。2023/6/764第六十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二低溫滲氮主要用于結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵。目前廣泛應(yīng)用的是氣體滲氮法。把需滲氮的零件放入密封滲氮爐內(nèi)，通入氨氣，加熱至500℃－600℃，氨發(fā)生以下反應(yīng)：

2NH3＝3H2＋2［N］生成的活性氮原子「N」?jié)B入鋼表面，形成一定深度的氮化層。2023/6/765第六十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二根據(jù)Fe—N相圖，氮溶入鐵素體和奧氏體中，與鐵形成γ’相（Fe4N）和ε相（Fe2-3N），也溶解一些碳。滲氮后，工件最外層是白色ε相或γ’相，次外層是暗色γ’＋α共析體層。

2023/6/766第六十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（2）高溫滲氮。高溫滲氮是指滲氮溫度高于共析轉(zhuǎn)變溫度（600℃～1200℃）下進(jìn)行的滲氮。主要用于鐵素體鋼、奧氏體鋼、難熔金屬（Ti、Mo、Nb、V等）的滲氮。

2023/6/767第六十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二2．各種材料滲氮

(1)結(jié)構(gòu)鋼滲氮任何珠光體類、鐵素體類、奧氏體類以及碳化物類的結(jié)構(gòu)鋼都可以滲氮。為了獲得具有高耐磨、高強度的零件，可采用滲氮專用鋼種（38CrMoAl）。近年來出現(xiàn)了不采用含鋁的結(jié)構(gòu)鋼的滲氮強化。結(jié)構(gòu)鋼滲氮溫度一般選在500℃～550℃左右，滲氮后可明顯提高疲勞強度。2