第六章 表面改性方法ppt课件.ppt

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1、6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术（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。6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术（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

2、氮碳共渗等。6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术（三）化学热处理目的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。6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术组织：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。（四）化学热处理渗层基本组织类型6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术渗层的相组织和各相化学成分取决于

3、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。（四）化学热处理渗层基本组织类型6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术（四）化学热处理渗层基本组织类型6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术（四）化学热处理渗层基本组织类型6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术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。（五）

4、化学热处理渗层形成的条件6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术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。（六）渗层形成基本过程6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术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：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

5、活能升高，扩散越困难。（七）影响渗层形成厚度因素6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术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。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。（七）影响渗层形成厚度因素6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术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。（八）化学热处理种类6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术1固体渗-----粉末渗粉末渗就是把工件埋入

6、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。6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术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。6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术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。6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术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，

7、因此渗速较高，质量较好6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术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。二、渗硼6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术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

8、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。6.3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第六章表面改性技术6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术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