纳米金刚石微粉热浸渗技术的
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表 2 试样硬度值的比较（HRC）
材料
1 号试样
2 号试样
3 号试样
20Cr2Ni4A
43.0
63.1
67.8
40 钢
2Βιβλιοθήκη Baidu.7
58.6
65.1
6
处理区域的 可选择性
可渗透特定的区域， 其他部分不受影响
无
7
渗层深度
>20mm
<0.5mm
8 渗透后可加工性
可
无
9
渗层界面
无明显界面，过度区 可达几个毫米
清晰
引言
《结构力学》课程是土建类专业本科生的一门重要的专业基础课 程。本课程的目的是使学生通过该课程的学习，为学生在毕业后从事 结构设计、施工和科研工作打好基础。教学中使用的最为便利而又十 分有效的途径是教学反思。
0.前言 对金属材料表面改性的方法有很多种，比较传统的方法如渗碳、碳 氮、离子沉淀共渗、热喷涂技术、化学镀技术、激光表面改性技术等，虽 然材料表面处理的方法很多,但其实质大致相同，都是通过改变材料表 层的组织结构,以达到使用要求。简单说，化学热处理过程基本上都是 由介质中的化学反应、界面层中的扩散、表面吸附与界面反应及内扩散 四个独立的分过程组成的，但这四个过程彼此相互关联、相互制约、缺 一不可[1，2]。 虽然上面提到的这些技术均有很多优点，已经在生产和生活中得 到了广泛应用，并取得了很大的成果，但也存在工艺复杂或者渗透效果 局限在近表面等问题，效果达不到某些技术要求。如利用热喷涂技术 改变材料的表面性能，虽说该技术具有在各种基体材料进行喷涂、成本 比较低、经济效益显著等特点，但也存在涂层耐冲击性和耐腐蚀性不 高、喷涂过程中对环境和操作人员危害较大等缺点 。 [3,4] 再比如渗碳处 理，虽然工艺简单，但渗透深度比较浅，因而在实际生产中也有很大的 局限性。而纳米金刚石微分热浸渗技术工艺方便简单，设备要求不高、 对环境和操作人员无危害，渗透层深、淬硬性高、渗透时间短、渗透速度 超过 2mm/h，经处理后的表层具有较高的硬度和耐磨性[5]。 1.渗纳米金刚石技术的特点 金刚石微粉渗透技术具有非常显著的特点：渗透层深，渗透层和影 响层的厚度可达 20mm 以上；淬硬性高，普通合金钢如 40Cr 处理后的硬 度 可 达 HRC68 度 ，合 金 工 具 钢 Cr12MoV 可 达 HRC72 度 ；高 速 钢 W18Cr4V 可达 HRC76 度；616 装甲钢处理后正面硬度为 HRC72 度，背 面为 42 度；GY4 装甲钢处理后正面硬度为 HRC68 度；淬透性好，无淬火 裂纹倾向；材料处理近表面发生变性反应生成新物质；成本适中，仅比 碳氮共渗高 30%；渗透时间短，渗透速度超过 2mm/h；工艺简单可行，一 般工厂的井式炉、箱式炉均可进行，可进行工业化生产。 2.纳米金刚石微粉热浸渗技术与普通化学热处理的区别
3.纳米金刚石微粉热浸渗工艺简介 纳米金刚石微粉热浸渗工艺具有工艺简单，可操作性强，设备要求 低的特点。具体步骤如下：将试样按顺序放入容器中，在每两块试样之 间均匀撒上一层纳米金刚石微粉与添加剂、催化剂的混合物，在容器内 放置一些木炭（以防止氧化），然后密封容器。将装有试样的容器放入 电加热炉内，加热到 1030℃左右，保温数小时后随炉冷却到室温，取出 试样。将试样在电炉内加热到 970℃左右 ，保温 20 分钟，用 15%的盐水 淬火，然后 250℃回火 3 小时。（工艺流程见图 1）加热温度和保温时间视 具体材料而定。
图 1 纳米金刚石微粉渗透处理金属材料的工艺流程示意图 4.纳米金刚石微粉渗透技术处理金属材料 为了进一步测试材料经纳米金刚石微粉热浸渗处理后硬度和摩擦 磨损性能是否有较大的提高，特别选择两种金属材料进行处理，为了与 原材料及传统的渗碳技术作比较，特意将选择的材料分成三组，一组不 做任何处理，一组进行渗纳米金刚石处理，剩下的一组进行渗碳处理。 用 HBRVU－187.5 型布洛维光学硬度测量试样的表面洛氏硬度，实验 时主试验力为 1471N。其中 1 号试样为原材料,2 号试样做渗碳处理，3 号试样做渗纳米金刚石处理，实验结果如表 2 所示。
10
渗层附着力
好
差，易脱落
11
对处理区域晶界 的影响
强韧化晶界
影响很小
普通化学热处理如渗碳、渗氮、碳氮共渗等都是通过化学反应析出 活性原子，活性原子再通过溶解或化学反应进入金属表层，遵循菲克第
图 2 20Cr2Ni4A 钢摩擦深度的对比曲线 （下转第 520 页）
— 519 —
科技信息
谈结构力学教学中的反思
纳米金刚石微粉热浸渗技术的研究
科技信息
沈阳理工大学应用技术学院 李增荣
［摘 要］本文主要讨论了纳米金刚石微分热浸渗技术的特点以及渗透工艺，与渗碳技术作比较，分别选择了 20Cr2Ni4A 钢和 40 钢进 行了实验，主要从硬度和耐磨性方面做了比较，发现纳米金刚石微分热浸渗技术比渗碳技术对金属材料硬度和耐磨性的提高更显 著。 ［关键词］渗纳米金刚石 渗碳 表面改性
安徽建筑工业学院土木学院 吴 明
［摘 要］结构力学教学中教师首先应考虑的是要充分调动学生的主动性与积极性，使学生会从力学的角度去观察事物和思考问题， 产生学习力学的愿望和兴趣，从而使课堂成为和谐的课堂。这就要求结构力学教师的职业专业化，它的最为便利而又十分有效的途 径是教学反思。 ［关键词］力学 和谐 反思
菲克第二定律
二定律在金属内部扩散，最终形成渗透层。但是，这些处理方法也存在 一些缺点，如处理工艺复杂，设备要求较高等，处理后材料渗透层浅，一 般只有几十到几百微米，而且渗层界面结合力小，容易剥落等。纳米金 刚石粉渗透处理与上述过程有明显的区别，它利用纳米金刚石表面原 子的活性，在催化剂作用下，直接进入金属，随着渗透过程的进行，纳米 金刚石粉的粒度减小，会产生更多的表面活性原子，即活性原子的浓度 随着处理过程的进行而增加，金刚石作为自然界最硬的材料，其硬度和 耐磨性能已经得到广泛的认可。（见表 1）
表 1 纳米金刚石粉渗透处理与普通化学热处理的区别
序号
项目
纳米金刚石粉 渗透处理
普通化学 热处理
1
气氛的形成
不需要
需要
2
吸附
不需要
需要
3
活性原子的形成
纳米金刚石微粉表面 原子的特性
通过化学反应析出 单个活性原子
4
吸收
大量活性原子沿晶界 进入材料内部
通过溶解或化学反 应单个活性原子进
入金属表面
5
扩散
机理不清楚
材料
1 号试样
2 号试样
3 号试样
20Cr2Ni4A
43.0
63.1
67.8
40 钢
2Βιβλιοθήκη Baidu.7
58.6
65.1
6
处理区域的 可选择性
可渗透特定的区域， 其他部分不受影响
无
7
渗层深度
>20mm
<0.5mm
8 渗透后可加工性
可
无
9
渗层界面
无明显界面，过度区 可达几个毫米
清晰
引言
《结构力学》课程是土建类专业本科生的一门重要的专业基础课 程。本课程的目的是使学生通过该课程的学习，为学生在毕业后从事 结构设计、施工和科研工作打好基础。教学中使用的最为便利而又十 分有效的途径是教学反思。
0.前言 对金属材料表面改性的方法有很多种，比较传统的方法如渗碳、碳 氮、离子沉淀共渗、热喷涂技术、化学镀技术、激光表面改性技术等，虽 然材料表面处理的方法很多,但其实质大致相同，都是通过改变材料表 层的组织结构,以达到使用要求。简单说，化学热处理过程基本上都是 由介质中的化学反应、界面层中的扩散、表面吸附与界面反应及内扩散 四个独立的分过程组成的，但这四个过程彼此相互关联、相互制约、缺 一不可[1，2]。 虽然上面提到的这些技术均有很多优点，已经在生产和生活中得 到了广泛应用，并取得了很大的成果，但也存在工艺复杂或者渗透效果 局限在近表面等问题，效果达不到某些技术要求。如利用热喷涂技术 改变材料的表面性能，虽说该技术具有在各种基体材料进行喷涂、成本 比较低、经济效益显著等特点，但也存在涂层耐冲击性和耐腐蚀性不 高、喷涂过程中对环境和操作人员危害较大等缺点 。 [3,4] 再比如渗碳处 理，虽然工艺简单，但渗透深度比较浅，因而在实际生产中也有很大的 局限性。而纳米金刚石微分热浸渗技术工艺方便简单，设备要求不高、 对环境和操作人员无危害，渗透层深、淬硬性高、渗透时间短、渗透速度 超过 2mm/h，经处理后的表层具有较高的硬度和耐磨性[5]。 1.渗纳米金刚石技术的特点 金刚石微粉渗透技术具有非常显著的特点：渗透层深，渗透层和影 响层的厚度可达 20mm 以上；淬硬性高，普通合金钢如 40Cr 处理后的硬 度 可 达 HRC68 度 ，合 金 工 具 钢 Cr12MoV 可 达 HRC72 度 ；高 速 钢 W18Cr4V 可达 HRC76 度；616 装甲钢处理后正面硬度为 HRC72 度，背 面为 42 度；GY4 装甲钢处理后正面硬度为 HRC68 度；淬透性好，无淬火 裂纹倾向；材料处理近表面发生变性反应生成新物质；成本适中，仅比 碳氮共渗高 30%；渗透时间短，渗透速度超过 2mm/h；工艺简单可行，一 般工厂的井式炉、箱式炉均可进行，可进行工业化生产。 2.纳米金刚石微粉热浸渗技术与普通化学热处理的区别
3.纳米金刚石微粉热浸渗工艺简介 纳米金刚石微粉热浸渗工艺具有工艺简单，可操作性强，设备要求 低的特点。具体步骤如下：将试样按顺序放入容器中，在每两块试样之 间均匀撒上一层纳米金刚石微粉与添加剂、催化剂的混合物，在容器内 放置一些木炭（以防止氧化），然后密封容器。将装有试样的容器放入 电加热炉内，加热到 1030℃左右，保温数小时后随炉冷却到室温，取出 试样。将试样在电炉内加热到 970℃左右 ，保温 20 分钟，用 15%的盐水 淬火，然后 250℃回火 3 小时。（工艺流程见图 1）加热温度和保温时间视 具体材料而定。
图 1 纳米金刚石微粉渗透处理金属材料的工艺流程示意图 4.纳米金刚石微粉渗透技术处理金属材料 为了进一步测试材料经纳米金刚石微粉热浸渗处理后硬度和摩擦 磨损性能是否有较大的提高，特别选择两种金属材料进行处理，为了与 原材料及传统的渗碳技术作比较，特意将选择的材料分成三组，一组不 做任何处理，一组进行渗纳米金刚石处理，剩下的一组进行渗碳处理。 用 HBRVU－187.5 型布洛维光学硬度测量试样的表面洛氏硬度，实验 时主试验力为 1471N。其中 1 号试样为原材料,2 号试样做渗碳处理，3 号试样做渗纳米金刚石处理，实验结果如表 2 所示。
10
渗层附着力
好
差，易脱落
11
对处理区域晶界 的影响
强韧化晶界
影响很小
普通化学热处理如渗碳、渗氮、碳氮共渗等都是通过化学反应析出 活性原子，活性原子再通过溶解或化学反应进入金属表层，遵循菲克第
图 2 20Cr2Ni4A 钢摩擦深度的对比曲线 （下转第 520 页）
— 519 —
科技信息
谈结构力学教学中的反思
纳米金刚石微粉热浸渗技术的研究
科技信息
沈阳理工大学应用技术学院 李增荣
［摘 要］本文主要讨论了纳米金刚石微分热浸渗技术的特点以及渗透工艺，与渗碳技术作比较，分别选择了 20Cr2Ni4A 钢和 40 钢进 行了实验，主要从硬度和耐磨性方面做了比较，发现纳米金刚石微分热浸渗技术比渗碳技术对金属材料硬度和耐磨性的提高更显 著。 ［关键词］渗纳米金刚石 渗碳 表面改性
安徽建筑工业学院土木学院 吴 明
［摘 要］结构力学教学中教师首先应考虑的是要充分调动学生的主动性与积极性，使学生会从力学的角度去观察事物和思考问题， 产生学习力学的愿望和兴趣，从而使课堂成为和谐的课堂。这就要求结构力学教师的职业专业化，它的最为便利而又十分有效的途 径是教学反思。 ［关键词］力学 和谐 反思
菲克第二定律
二定律在金属内部扩散，最终形成渗透层。但是，这些处理方法也存在 一些缺点，如处理工艺复杂，设备要求较高等，处理后材料渗透层浅，一 般只有几十到几百微米，而且渗层界面结合力小，容易剥落等。纳米金 刚石粉渗透处理与上述过程有明显的区别，它利用纳米金刚石表面原 子的活性，在催化剂作用下，直接进入金属，随着渗透过程的进行，纳米 金刚石粉的粒度减小，会产生更多的表面活性原子，即活性原子的浓度 随着处理过程的进行而增加，金刚石作为自然界最硬的材料，其硬度和 耐磨性能已经得到广泛的认可。（见表 1）
表 1 纳米金刚石粉渗透处理与普通化学热处理的区别
序号
项目
纳米金刚石粉 渗透处理
普通化学 热处理
1
气氛的形成
不需要
需要
2
吸附
不需要
需要
3
活性原子的形成
纳米金刚石微粉表面 原子的特性
通过化学反应析出 单个活性原子
4
吸收
大量活性原子沿晶界 进入材料内部
通过溶解或化学反 应单个活性原子进
入金属表面
5
扩散
机理不清楚