第10章 材料表面处理技术

含铝共渗及复合渗
钢铁和镍基、钴基等合金渗铝后，能提高抗高温 氧化能力，提高在硫化氢、含硫和氧化钒的高温 燃气介质中的抗腐蚀能力。为了改善铜合金和钛 合金的表面性能，有时也采用渗铝工艺 。 渗铝的方法很多。冶金工业中主要采用粉末法、 热浸、静电喷涂或电泳沉积后再进行热扩散的方 法。
含铬共渗及复合渗
1. 高频淬火:100-1000kHz; 2. 中频淬火:1-10kHz; 3. 工频淬火:50Hz;
激光表面淬火
工件表面被激光束瞬间快速加热发生奥氏体转变， 激光扫描后，加热层由于基体冷却发生自淬火马
氏体相变并利用余热自回火的过程。
常用表面热处理方法主要应用特性
化学表面热处理
化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质 中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变 其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技 术要求的热处理过程。 渗金属的方法主要有固体法（如粉末包装法、 膏剂涂渗法等）、液体法（如熔盐浸渍法、熔盐 电解法、热浸法等）和气体法。
含磞共渗及复合渗
提高耐磨和耐蚀性为目的。
以硼铁（Fe—B）为供硼剂，氟硼酸钾(KBF4) 和碳酸氢铵(NH4HCO3)为催渗剂，工业纯氧化铝 (AI2O3)为填充剂，实践证明，这种渗剂具有渗硼速 度快，硼化层组织基本为单相的Fe2B或(FeM2)B， 以40Cr、45#，GCr15等钢种为例，硼化层深0.080.12mm，渗后工件寿命可提高6-10倍，硼化层硬 度可达到HV1600-2100 。
使用方法： （1）渗硼温度：800℃-950℃(加热温度按工艺要求而定) (2)保温时间：3-5小时，一般为850℃保温4小时(保温时间 不包括渗箱透热时间)。
操作过程： 工件用汽油或酒精去油后晾干，在渗箱底部撒 5毫米厚的渗剂，垂直放置工件，以减少弯曲变形， 然后填满渗剂(非工作面可用旧渗剂填充，以减少 渗剂用量)，用水玻璃调粘土封箱。出炉或随炉冷 至室温开箱，渗硼后开箱直接淬火即可。渗剂可重 复使用，一般用旧渗剂和硝酸酒精溶液腐蚀后，检 查硼化层厚度及硬度。
第10章 材料表面处理技术
1.表面改性
（1）扩散渗入（化学热处理） 非金属元素表面渗入，金属元素渗入，复 合元素渗入。 （2）离子注入 非金属元素表面注入，金属元素注入，复合 元素注入。 （3）转化膜技术 电化学转化膜，化学转化膜，金属着色技 术
2.表面处理
（1）表面变形处理 喷丸，碾压，挤孔。 （2）表面淬火热处理 感应加热表面淬火，光加热表面淬火，电子 束加热表面淬火。 （3）表面纳米化加工
碳素钢和合金钢（包括耐热钢和高温合金）在 渗铬后，可提高耐蚀、耐磨和抗高温氧化性 能 。
渗铬主要有粉末法、气体法和熔盐法，其中以 粉末法在工温度1000～1100℃， 保温时间一般为4～8小时。
熔盐法
硼砂熔盐渗铬
渗铬工艺：1000±50℃，常用950±10℃；保温3-6小时。 渗铬剂的熔化温度约为740℃左右。在连续生产过程中由于工 件带出和熔盐本身的消耗使熔盐变浅，需不断补充新盐。 （1）仅要求表面耐磨、抗介质腐蚀而对基体无强度要求的 零件为渗铬→空冷→沸水清除粘附残盐。 （2）对基体有一定强度要求的本质细晶粒钢件：渗铬→淬火 (水或油)→在加有缓蚀剂的沸腾的5％硫酸水溶液(以下简称含 酸沸水)中煮去未脱落的残盐→回火。 （3）淬火温度高于渗铬温度的高合金钢：渗铬后随炉升温→ 淬火→含酸沸水煮去残盐→回火。 （4）对基体强度有严格要求的本质粗晶粒钢件，渗铬后要重 新加热淬火，加热淬火最好在无氧化气氛中进行。 工序为：渗铬→空冷→含酸沸水清洗→升温→淬火(水或 油)→回火。
电镀和化学镀
化学镀
气相沉积技术
离子注入
堆焊
熔覆技术
火焰加热表面淬火
火焰加热表面淬火是用乙炔－氧或煤气－氧等火 焰加热工件表面，进行淬火。 优点：设备简单，成本低等 。 缺点：生产率低，零件表面存在不同程度的过热， 质量控制也比较困难。因此主要适用于单件、小 批量生产及大型零件（如大型齿轮、轴、轧辊等） 的表面淬火。
感应加热 感应加热多数用于工业金属零件表面淬火， 是使工件表面产生一定的感应电流，迅速 加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属 热处理方法。
3.表面涂覆
表面涂覆是在基质表面上形成一种膜层， 以改善表面性能的技术。 ，如电镀（或 化学镀）、喷漆（或上涂料）、热喷涂和 气相沉积技术等等。
4.复合表面工程技术
5.纳米表面工程技术
纳米涂覆层分析技术, 纳米颗粒表面改性技 术, 纳米硬膜技术, 纳米热喷涂技术, 纳米复 合镀技术等
表面淬火
表面淬火一般用于中碳钢和中碳低合金钢,如45、 40Cr、40MnB钢等。用于齿轮、轴类零件的表 面硬化，提高耐磨性。
渗碳：为了增加表层的碳含量和获得一定碳浓度梯 度,钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入 表面的工艺称为渗碳。加热到900℃～950℃，向炉 内滴入煤油、苯、甲醇等有机液体，通过化学反应 产生活性碳原子，使钢件表面渗碳。
气体渗碳炉
气体渗碳装置示意图
液体渗碳
（1）由氯化钠(NaCl)40～50％、氯化钾(KCl)40～ 50％、碳酸钠(NaC03)4～10％组成基盐，各种原料 盐中的S04应小于0.5％。 （2）先将基盐放入坩埚内熔化，升温至900℃左右。 再分批(每批少量)加入渗碳剂，加毕后升温至 920±10℃。先用Φ 15-20mm的钢棒试渗15分钟并直 接淬火，若硬度达到HRA79以上，说明盐浴已处于正 常渗碳状态，否则继续补充本渗剂。 （3）渗碳过程中要经常补充渗碳剂与碳酸钠,其比 例约为4:1。盐浴变浅时按氯化纳与氯化钾各一半混 合补加。盐浴表面必须保持结盖状态。每天或2～3 天捞渣一次。盐浴中含碳量应保持4～10%,碳含量低 时几乎无渗碳作用