渗硅工艺及深层组织的研究

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1、渗硅工艺及渗层组织的研究姚彦桃（河北理工大学轻工学院07q轧钢135）摘要本文研究了渗硅，金属渗硅，气体渗硅，液体渗硅等工艺，各渗层组织的性能，介绍了个试验参数对渗硅层厚度和性能的影响。关键词渗硅渗层组织性能0前言渗硅是指以硅原子渗入钢的表面层的过程。它是使钢的表面层合金化，以使工件表面具有某些合金钢、特殊钢的特性，如耐热、耐磨、抗氧化、耐腐蚀等。将金属工件放在含有渗入金属元素硅的渗剂中,加热到一定温度，保持适当时间后,渗剂热分解所产生的渗入元素的活性原子便被吸附到工件表面，并扩散进入工件表层，从而改变工件表层的化学成分、组织和性能。1渗硅工艺渗硅工艺可用固体法、液体法和气

2、体法，应用较多的是固体粉末渗硅，此外还有真空渗硅、流动粒子炉渗硅、机械能助渗硅等。1.1固体渗硅固体渗硅常用粉末法，供硅剂是硅铁，活化剂是氯化铵，填充剂用石墨、耐火土、氯化铝。如：80%硅铁+12%氯化铵+8%氯化铝，渗层多孔，孔隙率46%~54%，有减摩作用。在固体渗剂中加入一定量的氯化镁、氯化钙或氧化铁可减少、甚至消除渗硅层的孔隙，如80%硅铁+12%氯化铵+4%氯化镁+4%氯化钙，于1000~1050℃，保温3～6h,渗硅层厚度为0.10～0.15mm,硬度为360HV,表面层致密无孔隙,抗蚀性明显提高，在10%HCl溶液中，比未渗硅的试样提高17倍。40%～60%硅

3、铁＋3%NHCl+38%石墨1050℃×4h，渗硅层厚度为0.9～1.1mm，渗剂不黏结。硅粉＋3%NHCl，；（900～1100）℃×4h，用于钛渗硅，形成0.05～0.127mmTiSi、TiSi渗硅层。1.1机械能助渗硅山东大学用自己研制的设备和渗剂进行机械能助渗硅，将渗硅温度由常规的1000℃左右，降低至480～600℃，45钢540℃×4h获得60um渗硅层，组织为FeSi相无孔的白亮层，含Si18%，硬度为700HV。机械能助渗硅温度低、时间短、节能效果显著，很有应用前途。1.2液体渗硅液体渗硅有电解法和非电解法。非电解法常用的盐浴成分为65%（2/3NaSiO

4、+1/3NaCl）混合盐+35%SiC，于950～1050℃保温4～6h，渗硅层厚度为80～140um。也可用渗硅的方法及性能方法渗剂（质量分数）及工艺渗层组织及性能粉末法75%～80%硅铁，15%～20%AlO；（1050～1200）℃×（6～10）h，渗层厚度：90～900um渗硅层组织通常为硅在铁中的固溶体。有时分为两层，外层为FeSi();内层为含硅的固溶体渗硅层往往多孔，在1700～200℃油中浸煮后，有较好的减磨性能，渗硅能提高钢的抗氧化性能，但较渗铬、渗铝差。渗硅层在海水、硝酸、硫酸及大多数盐及稀碱中有良好的耐蚀性，但由于渗硅层多孔，容易出现点蚀，甚至浓疮腐蚀

5、。低硅钢片渗硅后，含硅量可提高到7%（质量分数）左右，铁损明显降低80%硅铁，8%AlO，12%NHCl；950℃×（2～3）h，多孔渗硅层熔盐法80%～85%（50%BaCl～+50%NaCl），15%～80%硅铁；1000℃×2h，10号钢，渗层厚度：0.35mm65%（2/3NaSiO+1/3NaCl）35%SiC（950～1050）℃×（2～6）h，渗层厚度：0.05～0.44mm熔盐电解法100%NaSiO；（1050～1070）℃×（1.5～2）h，电流密度0.20～0.35A/cm，可获得无隙渗硅层气体法硅铁（或SiC），HCl（或NHCl）也可外加稀释气；9

6、50～1050℃SiCl，H（或N，Ar）950～1050℃SiH，H（或NH，Ar）950～1050℃表1.1渗硅的方法及性能钢铁渗硅层的性能渗硅是提高零件的耐蚀性，特别在硫酸、硝酸、海水及大数的盐、稀碱溶液中工件的耐蚀性的有效方法。但是渗硅层较脆，降低刚的强度及塑性，难以切削加工。由于抗蚀性提高，渗硅后材料的腐蚀疲劳强度有很大提高，渗硅也可提高抗高温氧化性，但不如渗铝和渗铬，可用于750℃以下工作的工件。渗硅层多孔，在170～200℃油中浸煮后，有较好的减摩性。低碳硅钢片渗硅后，硅含量达到6.0%～6.5%，显著降低铁损。具体表现为以下几个方面：（1）硬度。钢铁的渗硅层

7、硬度不高，下图为渗硅层的显微硬度及分布。（1）耐磨性能。钢的渗硅层硬度虽然不高，但耐磨性比较好。例如45钢渗硅后得到的是多孔渗硅层，经170～200℃油中浸煮后有着较好的自润滑作用，其耐磨性与未渗硅的相比提高了1～7倍。在磨损条件下工作的铸件进行气体渗硅后，耐磨性可提高2.5倍。（2）耐腐蚀性能。渗硅层在完整无孔的条件下，在海水、硝酸、硫酸以及大多数盐及稀碱液中都有良好的耐蚀性，特别对盐酸的抗蚀能力最强。这是因为渗硅层与介质作用后，在工件表面形成了一层SiO薄膜。这种氧化膜结构致密，具有高的电阻率和优良的化学稳定性