技能培训 材料表面工程学 表面改性方法原始.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。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主

2、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钢铁的化学热处理可按进行扩散时的基本组织，区分为铁素体化学热处理和奥氏体化学热处理。前者的扩散温度低于铁氮共析温度，如渗氮、渗硫、硫氮共渗、氧氮共渗等，这些工艺又可称为低温化学热处理；后者是在临界温度以上扩散，如渗碳、渗硼、渗铝、碳氮共渗等，这些工艺均属高温化学热处理范围。6.3金属表面化学热处理第

3、六章表面改性技术特点：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。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。6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术固体渗-----粉末渗粉末渗就是把工件埋入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固体渗-----粉末渗

4、6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术液体渗------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，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扩渗原理----渗层形成

5、的条件6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术扩渗原理----渗层形成的条件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。6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术扩渗原理----热渗镀的基本过程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。6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术扩渗原理

6、----渗层组织特征渗层的相组织和各相化学成分取决于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。6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术扩渗原理----渗层组织特征6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术渗镀原理----渗层组织特征6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术扩渗原理----扩渗速度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

7、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，所需扩散激活能升高，扩散越困难。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。6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术渗镀原理----多元共渗的特点多元共渗：指同时或顺序渗入两种或两种以上元素的渗镀过程。如：CN共渗，C

8、r-Al共渗，CNB三元共渗等。由于多元共渗可赋予金属表面以更高的的性能（如耐磨性，耐蚀性等），所以其工作目前正在扩大应用。由于多元共渗时渗入元素不止一种，所以他们之间在渗入时就可能相互影响，从而使多元共渗与单元共渗有一些不同的性质。6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术渗镀原理----多元共渗的特点1.多元共渗对渗剂活性的影响2.多元共渗时活性原子吸附速度的影响3.多元共渗对扩散速度的影响4.多元共渗时渗层的化学成分6.3金属表面化学热处理第六章表面改性技术渗鹏是使硼原子渗入