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1、,,级第卷第期车新矿业学院学报年月上〕热力学在化学热处理中应用及意义李智超热处理教研室本,文通过不同催渗剂参与的化学反应自由能变计算说明热力学分析对探讨化学热处理过程的化学、改革调整工艺具有指导作用并指出热力学在化学热处理研究中应用有广阔前景机理、、、、近二十年来随着火箭宇航超声速飞机高参数锅炉和汽轮机原子能动力工业的迅,、、、速发展从础技术向超高温超低温超高压超真空等新领域开发随之要求金属材料具、、、,有耐高温抗氧化抗介质腐蚀耐磨损和耐疲劳等优异性能化学热处理作为材料的表面,,强化手段具有重要的地位廉价材料经化学热处理将成为一种新的复合材料
2、大幅度改善,。。目或提高性能几倍或几十倍延长使用寿命这种卓越的成效是其它热处理所无法比拟的,,,。前化学热处理正在飞速的发展新工艺层出不穷应用越加广泛显示出旺盛的生命力,由于试验测试手段不断完善金属及合金相变理论研究趋向更加细致更加精确热处理,,、、学科趋向跨学科发展一些基础理论已渗透到热处理领域中诸如晶体学热力学晶休、,缺陷理论强度理论力学理论等大大促进了热处理学科的发展七十年代以来人们逐渐开,,始用热力学理论分析相变过程从能量角度研究相变过程能量转换关系分析变化的方向和〔兀〕,限度其中热力学分析在化学热处理过程应用较多并取得了可喜的成果一
3、、化学热处理过程的复杂性、、才夏,化学热处理是在一定的固体液体体介质中进行的借助一系列化学反应获得活性,。,原子并进行相界面反应化学热处理过程是一个复杂的物理化学过程也是一个原子扩散的冶金过程。生产中广泛应用的工艺有气体渗、液体渗、胶体渗、固体渗、液体电解渗等多种渗入,方法不论何种渗入工艺一般认为化学热处理由分解一吸收一扩散三个基木过程组成三、个基木过程相互配合相互交叉又相互制约其中化学渗剂分解过程最为复杂渗剂是多种,、,多样的如渗硼时采用的渗剂由供硼剂活化剂和填充剂组成而在多元复合共渗时渗剂、,组成则更为复杂加之工艺的多样性工艺参数的变化使
4、化学渗剂的分解过程包含有可逆、,反应连续反应或平行反应等多种复杂化学反应除化学渗剂的基本热分解反应外炉内渗剂与活化剂、中性介质或稀释气氛及金属材料之间尚进行一系列反应,炉内主要化学反应本文年月日收到第期热力学在化学热处理中应用及意义。一一,下可归结为置换反应如粉未渗硅时介〔〕还原反应如电解渗硼。斗一一李一分解反应如氮化时氨气分解、一、、于而气体渗碳常用的有机滴剂醇类醚类酮类等分解更为复杂任一化学热处理工艺过程都包含着相当复杂的化学反应过程有人估计在一种气体渗碳过程中可同时多”〕、、〔达种化学反应文献〔〕通过气相色谱原子吸收火焰光度和氟离子电极
5、等方法通、、、、、、。测得渗硼时形成的气态产物含有和等八种、。,气体和混入气体中微量的和微粒可见渗硼时化学反应的多样性而我们对化学热处理实际过程认识远为不够材料及热处理工作者主要通过对一系列化学反应,、所形成的渗层组织结构及相应的性能的分析测定推断化学渗剂的作用相互间可能发,生的化学反应及外界因素的影响由于研究方法试验手段限制人们无法清楚了解炉内化学,反应的全部真实过程如何为化学热处理工艺发展提供理论指导即将化学热处理置于更科,,学的理论丛础上保证充分发挥所采用工艺的优越性并使所处理工件获得稳定良好质量是一个重要问题重视化学热处理基本理论研究
6、是当代化学热处理发展的一个重要方向研究化学热处理的热力学问题正是基于这样一个目的二、自由能判据分析原理,零件进行化学热处理时炉内气氛的交互作用是在等温等压下的化学反应同时由于炉一一可,内压力近似地看作一个夕气压所以炉内气体可认为是理想气体因此可以应用热力学最小自由能原理对化学反应白发进行的方向和限度进行判断。化学反应过程的自由能变化根据‘一·。··“,‘·,壬‘‘“方程丈刁,、在标准状态,温度为,‘,””〔默」」子一」子一」子式中」毛一任意温度下白由能变」今一任意温度下姑变」子一任意温度下嫡变一绝对温度」于和冬与温度关系为一,。。、一」二几卜
7、‘“少二一」一一望。。、且勺,,按上述公式计算时比较繁琐在作近似计算时假定反应前后克分子恒压热容量差为零即‘,。、,,、,’。。」一。则」二」二可分另取代」今」于此甘」一」几一少」」,。一刀」。。一,式二产物刃」刃反应物」,,,。召二一刃二产物一刃二反应物。,上述为绝对嫡法求化学反应的自由能值变化如采已知某反应中各物质标准自由能值则亦可用标准自由能法计算」今即享新矿业学院学报乏弓年」子一刃」冬产物一刃」于反应物」,以千卡为界限若根据于即可对反应的可能性进行估计根据经验确定」子,」,千卡克分子反应实际上可以发生若子千卡克分子则反应实际上不能发生
8、、、渗三氮化硼过程热力学分析及实用意义,、近些年来热力学在研究金属材料及热处理过程中已开始有所应用如相图热力学相、、、、、变凝固增幅分解脱溶分解共析转变⋯⋯热力学热
