金属表面化学热处理

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4．离子轰击渗镀法
离子轰击渗镀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。
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热渗镀→化学热处理
用加热扩散的方法把一种或几种元素渗入基 体金属的表面，可得到一扩散合金层，但有 时表面上还会残留一薄的覆层。因此被称为 热渗镀。
突出特点：表面强化层的形成主要依靠加热扩散的 作用，因而不存在结合力不足的问题。 热渗镀材料的选择范围很宽，渗入不同元素可得到 不同组织和性能的表面，这些性能包括耐腐蚀性、 耐磨性、耐高温氧化性等。
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3．气渗法
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，然后把含有渗镀金属卤化 物（MCl2）的氢气通入，气体和表面接触时， 工件表面的金属A和氢本身与MCl2发生反应。
反应生成的活性原子［M］渗入工件表面。
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实现气渗工艺的具体方法很多，大致可分为两大 类： 一类是渗镀金属同工件不在同一空间，用氢气做 载体把欲渗金属的卤化物运载到工件表面； 另一类是渗镀金属同工件在同一空间，使 HCl 气 体先流过被加热了的渗剂金属产生金属氯化物气 体，随后使氯化物气体流经金属表面，置换出活 性原子［M」，进行渗镀。。 优点：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。
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（三）化学热处理渗层的基本组织类型
（ 1 ）形成单相固溶体。如渗碳层中的 α 铁素体相等。
（2）形成化合物。如渗氮层中的ε相 （F2-3N），渗硼层中Fe2B等。 （3）化学热处理后，一般可同时存在固 溶体、化合物的多相渗层。
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（四）化学热处理种类
根据渗入元素的介质所处状态不同，化学热处 理可分以下几类： （ 1 ）固体法：包括粉末填充法、膏剂涂覆法、电 热旋流法、覆盖层（电镀层、喷镀层等）扩散法等。 （ 2 ）液体法：包括盐浴法、电解盐浴法、水溶液 电解法等。 （ 3 ）气体法：包括固体气体法、间接气体法、流 动粒子炉法等。 （4）等离子法：
一、概述
（一）金属表面化学热处理过程 金属表面化学热处理是利用元素扩散性能，使合金 元素渗入金属表层的一种热处理工艺。 其基本工艺过程是： 首先将工件置于含有渗入元素的活性介质中加热到 一定温度， 使活性介质通过分解，并释放出欲渗入元素的活性 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属表层扩散渗入形成一定厚度 的扩散层，从而改变表层的成分、组织和性能。
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按复合手段划分有 电泳渗、 料浆渗（或膏剂渗）、 喷涂渗、 电镀渗、 化学镀渗等。
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热渗镀---化学热处理
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1．固渗法
①粉末包渗法
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 NH4CI ， NH4Br ， NH4I 等。包渗 示意图见图4-2。
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②熔烧法
熔烧法是把渗镀金属或合金粉末加粘结 剂后制成料浆，再将料浆均匀涂敷于工 件表面上，干燥后在惰性气体或真空环 境中以稍高于料浆熔点的温度加热烧 结．通过液固界面扩散而形成合金层。 与热浸法相比，该法能获得成分和厚度 都很均匀的渗层，同时具有热传递性好、 渗速快等特点。
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5．复合渗
复合渗实际上是固渗的发展，即采用各种镀 层手段先在工件表面制造一固相涂层，然后 把工件连同涂层一起加热。 加热的方法很多，诸如普通加热炉加热、高 频感应加热、通电加热、辉光放电加热，以 及电子束、离子束加热等。 ①电泳渗 、②料浆渗（或称膏剂渗） 、③ 喷镀渗 、④电镀渗 、⑤化学镀渗 、⑥真空 渗镀
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③盐浴法
盐浴法是目前世界上采用的较新的热 渗镀技术，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。
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2．液渗法
①热浸法 将工件直接浸入某一液态金属中，经较短 时间即形成合金镀层。 当浸渍时间极短时，所形成的镀层只是附着层 而不是扩散层，因而与基体金属结合不牢固， 因此一般在热浸后还要加热使镀层进行扩散， 以形成合金层。 优点：设备简单，操作容易，因而被广泛采用。 这种方法多用于钢铁制品的镀锌、镀铝、镀锡 等。
以NHபைடு நூலகம்Cl为例，加热时发生下 列反应：
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粉末包渗法的优点: 设备简单，操作容易，适用于形 状复杂的工件的渗镀； 缺点: 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。
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②流化床法
与粉末包渗法相似，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，同时通入卤气和运载气体（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。 特点：传热性好，渗速快，渗层质量高 并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。
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（二）金属表面化学热处理的目的
（1）提高金属表面的强度、硬度和耐磨 性。
如渗氮可使金属表面硬度达到950HV～ 1200HV； 渗硼可使金属表面硬度达到1400HV～ 2000HV等，因而工件表面具有极高的耐 磨性。
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（2）提高材料疲劳强度。 如渗碳、渗氮、渗铬等渗层中由于相 变使体积发生变化，导致表层产生很大的残 余压应力，从而提高疲劳强度。 （ 3 ）使金属表面具有良好的抗粘着、抗咬 合的能力和降低摩擦系数，如渗硫等。 （ 4 ）提高金属表面的耐蚀性，如渗氮、渗 铝等。