技能培训 材料表面工程学 表面改性方法2

第六章 表面改性技术 6.3 金属表面化学热处理
（六）渗层形成基本过程
①活性原子的供给。
②活性原子在基体金属表面上吸附，并被基体金属 吸收。 ③已溶入的渗剂原子在渗镀的高温下向基体金属内 部扩散。
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（七）影响渗层形成厚度因素
影响扩散速度的参数主要有两个，即扩散系 数D和浓度梯度，而许多因素都会影响这两个参数， 从而影响扩散速度，几个主要的影响因素为：
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（一）化学热处理原理 将工件置于含有欲渗元素的活性介质中加热到
一定温度，使活性介质分解出欲渗元素的活性原子， 活性原子被工件表面吸附并向工件内部扩散，以改 变工件表层的化学成分。通常，在工件表层获得高 硬度、耐磨损和高强度的同时，心部仍保持良好的 韧性，使被处理工件具有抗冲击载荷的能力。
1 固体渗-----粉末渗 粉末渗就是把工件埋入装有粉末渗剂的容器
中，然后密封容器高温加热即可。 这种方法很简单，是固渗中最普通的方法，也
是历史最为悠久的渗镀法。
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2 液体渗------盐浴法 将工件直接浸入含有欲渗元素的熔盐槽内，
经扩散形成渗层。
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二、渗硼
渗硼是使硼原子渗入工件表层的化学热处理工艺。 硼在钢中的溶解度很小，主要是与铁和钢中某些合 金元素形成硼化物。渗硼件的耐磨性高于渗氮和渗 碳层，而且有较高的热稳定性和耐蚀性。渗硼层脆 性较大，难以变形和加工，故工件应在渗硼前精加 工。这种工艺主要用于中碳钢、中碳合金结构钢零 件，也用于钛等有色金属和合金的表面强化。
（4）脆性 渗硼层硬度很高，但脆性较大。尤其 FeB，脆性大，一般希望得到单层的Fe2B层。厚度 在0.07-0.15mm .
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二、渗硼
钢经过渗硼以后、表面具有很高的硬度（1300 2300HV)和耐磨性、良好的抗蚀性、抗氧化性和热硬 性。已在承受磨损的磨具、受到磨粒磨损的石油钻 机的钻头、煤水泵零件、拖拉机履带板、在腐蚀介 质或较高温度条件下工作的阀杆、阀座等石油化工 机械、汽车拖拉机、纺织机械、工模具(如拉丝模、 冲压模）、钻杆等耐磨零件上得到广泛应用。
能保持高硬度。
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3、渗硼层性能 （3）良好的高温抗氧化性能及抗蚀性
在高温下,工件表面的铁硼化合物与氧反应，生 成B2O3, 使工件受到保护。
渗硼层对盐酸、硫酸、磷酸、醋酸、氢氧化纳 水溶液、氯化钠水溶液，都具有较高的抗蚀性，和 不锈钢耐蚀性相当。但不耐硝酸腐蚀。
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（四）化学热处理渗层基本组织类型
渗层的相组织和各相化学成分取决于组成该合 金系的相图。
在二元合金系统中，只有单相区、无两相共存 区，渗层的浓度分布呈阶梯跳跃式分布，并且有相 互毗邻单相区所构成。
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（四）化学热处 理渗层基本组织类 型
第六章 表面改性技术 6.百度文库 金属表面化学热处理
第六章 表面改性技术 6.3 金属表面化学热处理
3、渗硼层性能 （1）高硬度和高耐磨性 Fe2B和FeB具有高的硬度，其显微硬度分别为
1300-1800HV和1600-2200HV。钢铁材料渗硼后的 表面硬度也很高．可达1300-2300HV。
（2）高的热硬性 Fe2B和FeB化合物稳定性好，渗硼层在800℃
3 气体渗 首先把工件加热到扩散的温度，然后把含有
欲渗元素的气体介质通入，气体介质发生反应，生 成活性原子渗入工件表面。
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4 离子渗 离子渗是利用物质的第四态——等离子体进
行渗镀。因为等离子体离子活性比原子高，加上电 场的作用，因此渗速较高，质量较好
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每一种化学热处理工艺都各有其特点，如果需 要分别或同时提高耐磨、减摩、抗咬死、耐蚀、抗 高温氧化和耐疲劳性能，则根据工件的材质和工作 条件选择相应的化学热处理工艺。
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（四）化学热处理渗层基本组织类型
组织：单相固溶体；化合物。
渗层的形成主要依靠加热扩散的作用，所得 渗层与基体金属之间是靠形成合金来结合的，即 形成冶金结合，因而结合非常牢固，渗层不宜脱 落。
①温度：扩散系数D与温度之间的关系为：D ＝D0exp(-Q/RT)，可见扩散系数随温度升高而急剧 增大。
②晶体结构：原子排列越紧密，扩散时点阵畸 变大，所需扩散激活能升高，扩散越困难。
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（七）影响渗层形成厚度因素
③晶体缺陷：基体中的位错、空位和晶界等缺 陷都是有利于扩散的。
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2.渗硼层组织：
FeB→Fe2B→扩散 层→心部组织
钢件渗硼后，渗硼层 由单一的Fe2B化合物 层或由Fe2B+FeB构成 的两相化合物。Fe2B 和FeB通常为指状(或 梳齿状)，且垂直于表 面楔入基体。
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（四）化学热处理渗层基本组织类型
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（五）化学热处理渗层形成的条件
①渗入元素与基体金属必须能形成固溶体或金属 间化合物。 ②渗入元素与基体金属必须保持直接的紧密接触。 ③保持一定的温度，即保证一定的渗镀速度。 ④生成活性原子的化学反应必须满足热力学条 件。
④基体合金成分。 ⑤渗剂金属原子浓度的影响：在其他条件相同 时，基体金属表面渗剂金属原子的起始浓度愈高， 扩散速度增大。
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（八）化学热处理种类
根据渗入元素的介质所处状态的不同，金属 表面化学热处理可分为:固体渗、液体渗、气体渗、 等离子渗。
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（二） 化学热处理方法 主要包括：渗碳、渗氮、渗硼、渗硫、渗硅、渗 铝、渗铬、渗锌（钛、铌、钽、钒、钨），以及其 他多元共渗工艺，例如铝硅共渗、硼铬共渗、碳氮 和氮碳共渗、硫氮和硫氮碳共渗等。
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（三） 化学热处理目的