表面处理第七讲热扩渗

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1、第六讲热扩渗表面工程学第六讲热扩渗一、本课的基本要求1.掌握热渗镀的机理与渗层形成的条件。2.掌握几种热扩渗的工艺方法。二、本课的重点、难点：重点：1.热扩渗的机理与渗层形成条件。2.深层的组织特征。3.气体渗碳与渗氮、热浸锌、热浸铝、固态渗硼、离子氮化的原理与工艺。难点：1.热扩渗的机理与渗层形成的条件。2.渗层的组织特征。重点：1.热扩渗的机理与渗层形成条件。2.深层的组织特征。3.气体渗碳与渗氮的原理与工艺。4.热浸锌、热浸铝的原理与工艺5.固态渗硼的原理与工艺。6.离子氮化的原理与工艺。难点：1.热扩渗的机理与渗层形成的条件。2.渗层的组织特征。基本要求：1.掌握热渗镀的机理与渗层

2、形成的条件。2.掌握几种热扩渗的工艺方法。引言将工件放在特殊介质中加热，使介质中某一种或几种元素渗入工件表面，形成合金层(或掺杂层)的工艺，就称为热扩渗技术，或化学热处理技术。所形成的合金层称为热扩渗层，简称渗层。特点是：渗层与基本金属之间是冶金结合，结合强度很高，渗层不易脱落或者剥落。●通过渗入不同合金元素，或者采用不同渗入工艺，可以使工件表面获得不同组织和性能的扩散层。从而极大提高工件的耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化性能等。●能进行热扩渗的元素包括C，N，B，Zr，Al，Cr,V,Nb,Ti,Si,S等和多元共渗。第一节熱扩渗技术的基本原理一、热扩渗层形成的基本条件∵渗入元素的原子存在于扩

3、渗层的形式为二种：固熔体和金属化合物∴1、渗入元素必须能够与基体金属形成固熔体或金属间化合物。原子直径，结构，电负性等必须满足要求。2、欲渗元素与基材之间必须有直接接触；3、被渗元素在基体金属中要有一定的渗入速度；加热第一节熱扩渗技术的基本原理4、对靠化学反应提供活性原子的热扩渗工艺而言，反应必须满足热力学条件。置换反应：A+BCl2(气)ACl+[B]还原反应：BCl2(气)+H2→2HCl(气)+[B]分解反应：BCl2(气)→Cl2(气)+[B]第一节熱扩渗技术的基本原理二、渗层形成机理3个过程：①产生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面。热激活能法和化学反应法热激活能法：用于热浸

4、渗(镀)、电镀渗、化学镀渗、喷镀渗和无活化剂的金属粉末的热扩渗；②渗剂元素的活性原子吸附在基体金属表面上，随后被基体金属所吸收．形成最初的表面固溶体或金属间化合物．建立热扩渗所必须的浓度梯度；③渗剂元素原子向基体金属内部扩散，基体金属原子也同时向渗层中扩散，使渗层增厚。第一节熱扩渗技术的基本原理三、热扩渗速度的影响因素1.热扩渗层的形成速度总是由上述三个过程中最慢的一个来制约。初始阶段：受供给渗剂活性原子的化学反应速度控制；反应物浓度；反应温度；活化剂形成渗层后：主要取决于扩散速度：温度；时间；晶体结构；晶体缺陷等。第一节熱扩渗技术的基本原理四、扩渗层的组织特征1.纯扩散形成连续固溶体2.

5、反应扩散随浓度增加而生成新相。例：渗剂元素B向基体金属A中扩渗并形成渗层的过程第二节热扩渗工艺的分类按温度：高温、中温和低温热扩渗高温：T＞910ºC，渗速快，渗层厚，有相变，变形大；低温：T＜720ºC，渗层薄，无相变，变形小；第二节热扩渗工艺的分类按化学成分：渗入非金属元素渗入金属元素渗入金属-非金属元素扩散消除某元素单元多元单元多元CNSBOSiN+CN+SN+ON+C+SN+C+ON+C+BAlZnCrTiVNbAl+CrAl+ZnAl+TiTi+CTi+NCr+CAl+SiAl+Cr+SiHOC热扩渗技术按渗入元素分类第二节热扩渗工艺的分类按渗剂的状态：气体；固体；液体；等离子体

6、，复合热扩渗5种；热扩渗技术按工艺特点分类第三节气体热扩渗工艺一、气体热扩渗技术的基本工艺特点气体热扩渗是把工件置于含有渗剂原子的气体介质中加热到渗剂原子能在基体中产生显著扩散的温度，使工件表面获得该渗剂元素的工艺过程。常规气体法、低压气体法和流态床法。第三节气体热扩渗工艺工艺特点：1．产生活性原子气体的渗剂可以是气体、液体、固体，但在扩渗炉内都成为气体；2．在气体热扩渗过程中，渗剂可以不断补充更新，使活性原子的供给、吸收和向内部扩散的过程持续维持；3．可以随时调整炉内气氛，实现可控热扩渗。第三节气体热扩渗工艺二、气体渗碳1.基本特点在增碳的活性气氛中，将低碳钢或低碳合金钢加热到高温(一般

7、为900ºC--950ºC)，使活性碳原子进入钢的表面，以获得高碳渗层的工艺方法称为气体渗碳。钢件渗碳后，表面为高碳钢。内部仍保持低碳状态。再通过淬火及低温回火可使渗碳工件具有表面硬度高、耐磨损，心部硬度低、塑性和韧性好的特点，能够满足那些工作时许多易磨损件的工况需求，或者需要同时承受较高的表面接触应力，弯曲力矩及冲击负荷作用的零件的性能要求。与气体渗碳相比,固体渗碳的劳动强度差,生产效率低;液体渗碳稳定性差,工件质量波