1、1表面擴滲新技術(shù)表面擴滲新技術(shù) 材料表面熱擴滲處理是將工件放入一定的材料表面熱擴滲處理是將工件放入一定的活性介質(zhì)中，使金屬元素或非金屬元素擴散到活性介質(zhì)中，使金屬元素或非金屬元素擴散到工件表層中，改變表層化學(xué)成分，可得到一擴工件表層中，改變表層化學(xué)成分，可得到一擴散合金層，有時表面上還會形成化合物層，從散合金層，有時表面上還會形成化合物層，從而獲得所需的組織和性能。該技術(shù)的突出特點而獲得所需的組織和性能。該技術(shù)的突出特點是表面強化層的形成主要依靠加熱擴散的作是表面強化層的形成主要依靠加熱擴散的作用，滲層與金屬基體的結(jié)合是冶金結(jié)合，它用，滲層與金屬基體的結(jié)合是冶金結(jié)合，它們之間無明顯的分界面，它

2、們的成分、組織和們之間無明顯的分界面，它們的成分、組織和性能是逐漸變化的。性能是逐漸變化的。2 按接觸介質(zhì)劃分有固體法、液體法、氣體法按接觸介質(zhì)劃分有固體法、液體法、氣體法和等離子法。和等離子法。 按滲入元素的種類進(jìn)行分類，滲碳、滲氮、按滲入元素的種類進(jìn)行分類，滲碳、滲氮、如滲硼、氮碳共滲、硼鋁共滲等。如滲硼、氮碳共滲、硼鋁共滲等。 1固體法固體法 1）粉末法）粉末法 粉末法是固體法中最普通的方法，歷史最為粉末法是固體法中最普通的方法，歷史最為悠久，至今世界各國仍以此法應(yīng)用最多。悠久，至今世界各國仍以此法應(yīng)用最多。3 這種方法的早期應(yīng)用是把工件埋入裝有滲層這種方法的早期應(yīng)用是把工件埋入裝有滲層

3、金屬粉末的容器里進(jìn)行加熱擴散，但由于燒結(jié)金屬粉末的容器里進(jìn)行加熱擴散，但由于燒結(jié)使得表面難以清理，后來便進(jìn)行了改進(jìn)，在粉使得表面難以清理，后來便進(jìn)行了改進(jìn)，在粉末中加入了防粘結(jié)粉末（如末中加入了防粘結(jié)粉末（如Al2O3）和活化劑）和活化劑（助滲劑）。活化劑一般為鹵化物，如（助滲劑）?；罨瘎┮话銥辂u化物，如NH4Cl，NH4I等。等。 粉末法的優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作容易，適用粉末法的優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作容易，適用于形狀復(fù)雜的工件的滲鍍；缺點是效率低，尺于形狀復(fù)雜的工件的滲鍍；缺點是效率低，尺寸受限制，溫度高，時間長，基體金屬的強度寸受限制，溫度高，時間長，基體金屬的強度有一定降低。有一定降低。42

4、）流化床法）流化床法 這種方法與粉末法相似，不同之處是將工件這種方法與粉末法相似，不同之處是將工件放于帶有固體滲劑的流化床內(nèi)，然后加熱，同放于帶有固體滲劑的流化床內(nèi)，然后加熱，同時通入運載氣體（時通入運載氣體（H2，Ar），使之與流體粒），使之與流體粒子反應(yīng)產(chǎn)生欲滲金屬的活性原子滲入工件。子反應(yīng)產(chǎn)生欲滲金屬的活性原子滲入工件。 優(yōu)點優(yōu)點:傳熱性好，滲速快，滲層質(zhì)量高傳熱性好，滲速快，滲層質(zhì)量高,有利有利于機械化和自動化；于機械化和自動化； 缺點缺點:流化床設(shè)備裝置成本極高，運轉(zhuǎn)費用流化床設(shè)備裝置成本極高，運轉(zhuǎn)費用大，因此這種方法尚未推廣使用。大，因此這種方法尚未推廣使用。52液體法液體法 目前

5、世界上采用的較新的液體法熱擴滲技術(shù)目前世界上采用的較新的液體法熱擴滲技術(shù)是鹽浴法，其基本原理是在金屬鹽熔融液體中是鹽浴法，其基本原理是在金屬鹽熔融液體中加入加入V、Nb、Cr、Ti、Ta等鐵合金粉末，然等鐵合金粉末，然后把含有較高后把含有較高C，N的鋼件浸入（可預(yù)先進(jìn)行的鋼件浸入（可預(yù)先進(jìn)行滲碳、氮化或碳氮共滲），在滲碳、氮化或碳氮共滲），在8001250溫溫度下，經(jīng)過度下，經(jīng)過0.510h的時間后；可在表面上形的時間后；可在表面上形成一極硬的金屬的碳氮化合物薄層，從而賦予成一極硬的金屬的碳氮化合物薄層，從而賦予工件表面高的耐磨性。工件表面高的耐磨性。63氣體法氣體法 氣滲首先把工件加熱到滲劑

6、原子在基體中能氣滲首先把工件加熱到滲劑原子在基體中能產(chǎn)生顯著擴散的溫度，然后把含有滲入金屬鹵產(chǎn)生顯著擴散的溫度，然后把含有滲入金屬鹵化物（化物（MCl2）的氫氣通人，氣體和表面接觸）的氫氣通人，氣體和表面接觸時，工件表面的金屬和氫本身與時，工件表面的金屬和氫本身與MCl2發(fā)生反發(fā)生反應(yīng)。應(yīng)。 氣體滲的優(yōu)點是滲層厚度均勻，易控制，對氣體滲的優(yōu)點是滲層厚度均勻，易控制，對異形件和小孔結(jié)構(gòu)的滲鍍效果好，且無粉塵，異形件和小孔結(jié)構(gòu)的滲鍍效果好，且無粉塵，勞動條件好。勞動條件好。74等離子法等離子法 等離子法是利用物質(zhì)的第四態(tài)等離子法是利用物質(zhì)的第四態(tài)等離子體進(jìn)等離子體進(jìn)行滲鍍。等離子體是利用低真空下氣

7、體輝光放行滲鍍。等離子體是利用低真空下氣體輝光放電獲得的，因為離子活性比原子高，加上電場電獲得的，因為離子活性比原子高，加上電場的作用，因此滲速較高，質(zhì)量較好。但是該法的作用，因此滲速較高，質(zhì)量較好。但是該法除離子氮化已經(jīng)成熟，包括滲碳在內(nèi)的離子滲除離子氮化已經(jīng)成熟，包括滲碳在內(nèi)的離子滲金屬尚在開發(fā)之中。金屬尚在開發(fā)之中。84.1 滲硼技術(shù)滲硼技術(shù) 滲硼是將工件置于含硼的介質(zhì)中，經(jīng)過加熱滲硼是將工件置于含硼的介質(zhì)中，經(jīng)過加熱和保溫，使硼原子滲入其表面，形成硼化物的和保溫，使硼原子滲入其表面，形成硼化物的工藝過程。工藝過程。 硼原子半徑為硼原子半徑為0.82，與過渡元素原子半徑，與過渡元素原子半

8、徑之比大都大于之比大都大于0.59，因而，硼與過渡族元素形，因而，硼與過渡族元素形成的化合物，具有遠(yuǎn)比正常的間隙相要復(fù)雜得成的化合物，具有遠(yuǎn)比正常的間隙相要復(fù)雜得多的晶體結(jié)構(gòu)，如多的晶體結(jié)構(gòu)，如FeB、Fe2B、TiB2、ZrB2等，硬度極大，熱穩(wěn)定性好，幾乎比相應(yīng)的碳等，硬度極大，熱穩(wěn)定性好，幾乎比相應(yīng)的碳化物、氮化物的硬度和熱穩(wěn)定性都要高?；?、氮化物的硬度和熱穩(wěn)定性都要高。94.1 滲硼技術(shù)滲硼技術(shù) 鋼的滲硼層的硬度、耐磨性、耐腐蝕性、耐熱鋼的滲硼層的硬度、耐磨性、耐腐蝕性、耐熱性能均比滲碳層和氨化層高。此外，微量的硼還性能均比滲碳層和氨化層高。此外，微量的硼還能增加鋼的淬透性。能增加鋼

9、的淬透性。 4.1.1滲硼原理滲硼原理 在滲硼過程中，含硼介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成在滲硼過程中，含硼介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成流體含硼組元，流體含硼組元通過鄰接金屬表面流體含硼組元，流體含硼組元通過鄰接金屬表面的的“邊界層邊界層”進(jìn)行外擴散，擴散到金屬表面并被進(jìn)行外擴散，擴散到金屬表面并被吸吸附，然后發(fā)生各種界面反應(yīng)，生成活性硼原子、附，然后發(fā)生各種界面反應(yīng)，生成活性硼原子、活性硼原子由金屬界面向縱深遷移，從而形成有活性硼原子由金屬界面向縱深遷移，從而形成有一定深度的滲硼層。一定深度的滲硼層。104.1.1滲硼原理滲硼原理 由圖由圖Fe-B相圖可知，在相圖可知，在、相中溶解硼相中溶解硼的能力極微，在

10、的能力極微，在1149時，時，相中具有最大溶相中具有最大溶硼量為硼量為0.02%，而溶碳量大于，而溶碳量大于2%，氮的溶解，氮的溶解度更大。隨著硼在鐵中滲入量的增加，硼與鐵度更大。隨著硼在鐵中滲入量的增加，硼與鐵依次形成穩(wěn)定的化合物依次形成穩(wěn)定的化合物Fe2B和和FeB，這些鐵的，這些鐵的硼化物，在高溫時也具有較高的穩(wěn)定性。硼化物，在高溫時也具有較高的穩(wěn)定性。 硼在硼在Fe中只能以置換固溶體的形式存中只能以置換固溶體的形式存在，而在在，而在Fe中既可以置換固溶體的形式存中既可以置換固溶體的形式存在，又可以間隙固溶體的形式存在。在，又可以間隙固溶體的形式存在。114.1.1滲硼原理滲硼原理 因置

11、換固溶體形式的擴散比間隙固溶體形式因置換固溶體形式的擴散比間隙固溶體形式困難得多，因此，硼在困難得多，因此，硼在Fe中擴散速度遠(yuǎn)大中擴散速度遠(yuǎn)大于硼在于硼在Fe中的擴散速度，因此，滲硼溫度中的擴散速度，因此，滲硼溫度大多選在鋼處于奧氏體狀態(tài)的溫度范圍內(nèi)。大多選在鋼處于奧氏體狀態(tài)的溫度范圍內(nèi)。4.1.2 滲硼工藝方法滲硼工藝方法 滲硼的方法有固體法、液體法和氣體法。比滲硼的方法有固體法、液體法和氣體法。比較常用的是固體法和液體法。較常用的是固體法和液體法。124.1.2 滲硼工藝方法滲硼工藝方法 (1) 固體滲硼固體滲硼 滲劑：供硼劑、活化劑、填充劑組成。滲劑：供硼劑、活化劑、填充劑組成。 供硼

12、劑：提供硼源，它在活化劑的催化作用供硼劑：提供硼源，它在活化劑的催化作用下提供硼原子，硼鐵和碳化硼在目前是使用得下提供硼原子，硼鐵和碳化硼在目前是使用得較多的供硼劑。較多的供硼劑。 活化劑：提高滲劑的活性，理想的活化劑不活化劑：提高滲劑的活性，理想的活化劑不僅可降低滲劑成本，而且可提高滲速，增加滲僅可降低滲劑成本，而且可提高滲速，增加滲層深度，改善滲層組織性能。層深度，改善滲層組織性能。134.1.2 滲硼工藝方法滲硼工藝方法 (1) 固體滲硼固體滲硼 填充劑：滲硼介質(zhì)的分散劑和載體，一般由填充劑：滲硼介質(zhì)的分散劑和載體，一般由惰性物質(zhì)組成。惰性物質(zhì)組成。 三方面的作用：三方面的作用：1）使復(fù)

13、合滲劑均勻分布其中，以便工件和滲）使復(fù)合滲劑均勻分布其中，以便工件和滲劑均勻接觸，使?jié)B劑保持適當(dāng)?shù)臐舛龋ＷC劑均勻接觸，使?jié)B劑保持適當(dāng)?shù)臐舛龋ＷC滲層的均勻性；滲層的均勻性；2）產(chǎn)生或保持還原氣氛，以保持滲硼件表面）產(chǎn)生或保持還原氣氛，以保持滲硼件表面的活性；的活性；3）防止?jié)B劑的燒結(jié)，提高滲劑的松散性。）防止?jié)B劑的燒結(jié)，提高滲劑的松散性。144.1.2 滲硼工藝方法滲硼工藝方法 (1) 固體滲硼固體滲硼固體法滲硼又分為粉末滲硼和膏劑滲硼。固體法滲硼又分為粉末滲硼和膏劑滲硼。1) 粉末滲硼粉末滲硼 粉末滲硼是將工件埋入含硼粉末中裝箱密粉末滲硼是將工件埋入含硼粉末中裝箱密封，并在箱式或井式電爐中

14、加熱保溫。它具有封，并在箱式或井式電爐中加熱保溫。它具有設(shè)備簡單、清洗容易的優(yōu)點，適合批量處理。設(shè)備簡單、清洗容易的優(yōu)點，適合批量處理。生產(chǎn)上常用的滲硼劑多由硼鐵、碳化硼、無水生產(chǎn)上常用的滲硼劑多由硼鐵、碳化硼、無水硼砂和適量的氧化鋁及鹵化物組成。處理溫度硼砂和適量的氧化鋁及鹵化物組成。處理溫度在在9001000，時間為，時間為15h。154.1.2 滲硼工藝方法滲硼工藝方法 (1) 固體滲硼固體滲硼1) 粉末滲硼粉末滲硼 適當(dāng)調(diào)整滲硼劑的成分可獲得耐磨而又不脫適當(dāng)調(diào)整滲硼劑的成分可獲得耐磨而又不脫落的落的FeB相表面層。該法質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡相表面層。該法質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡便，已在生產(chǎn)中應(yīng)用。便

15、，已在生產(chǎn)中應(yīng)用。2) 膏劑滲硼膏劑滲硼 在粉末滲硼劑的基礎(chǔ)上加入一定量的粘結(jié)在粉末滲硼劑的基礎(chǔ)上加入一定量的粘結(jié)劑，形成膏狀滲劑，然后涂在工件表面進(jìn)行滲劑，形成膏狀滲劑，然后涂在工件表面進(jìn)行滲硼，膏劑滲硼尤其適合大件局部處理。硼，膏劑滲硼尤其適合大件局部處理。164.1.2 滲硼工藝方法滲硼工藝方法 (1) 固體滲硼固體滲硼2) 膏劑滲硼膏劑滲硼 在膏劑法滲硼劑中，加入粘結(jié)劑的作用是使在膏劑法滲硼劑中，加入粘結(jié)劑的作用是使?jié)B劑能涂附于金屬表面。常用的粘結(jié)劑有甲基滲劑能涂附于金屬表面。常用的粘結(jié)劑有甲基纖維素、水解硅酸乙酯、松香酒精、可溶性淀纖維素、水解硅酸乙酯、松香酒精、可溶性淀粉、水玻璃加

16、漿糊等。粘結(jié)劑的選擇對滲硼后粉、水玻璃加漿糊等。粘結(jié)劑的選擇對滲硼后滲劑的脫落性有重要影響。該法滲層均勻致滲劑的脫落性有重要影響。該法滲層均勻致密，表面質(zhì)量好。密，表面質(zhì)量好。174.1.2 滲硼工藝方法滲硼工藝方法 (2) 液體滲硼液體滲硼 液體滲硼包括電解鹽浴滲硼和非電解鹽浴滲液體滲硼包括電解鹽浴滲硼和非電解鹽浴滲硼。硼。 1）電解鹽浴滲硼是日本豐田汽車公司和美國）電解鹽浴滲硼是日本豐田汽車公司和美國通用電器公司以及前蘇聯(lián)的一些工廠在生產(chǎn)上已通用電器公司以及前蘇聯(lián)的一些工廠在生產(chǎn)上已經(jīng)采用的方法。電解時浸在熔融硼砂中的工件作經(jīng)采用的方法。電解時浸在熔融硼砂中的工件作陰極，容器或石墨棒為陽極

17、進(jìn)行電解滲硼。電解陰極，容器或石墨棒為陽極進(jìn)行電解滲硼。電解滲硼速度快、滲劑便宜。滲層深、易調(diào)節(jié)；但也滲硼速度快、滲劑便宜。滲層深、易調(diào)節(jié)；但也有滲層欠均勻、坩堝壽命較短等缺點。有滲層欠均勻、坩堝壽命較短等缺點。184.1.2 滲硼工藝方法滲硼工藝方法 (2) 液體滲硼液體滲硼 2）非電解鹽浴滲硼是目前國內(nèi)應(yīng)用較多的）非電解鹽浴滲硼是目前國內(nèi)應(yīng)用較多的一種方法，該法是在硼砂和硼酸的混合熔鹽中一種方法，該法是在硼砂和硼酸的混合熔鹽中加入滲硼劑（如加入滲硼劑（如B4C）進(jìn)行滲硼。）進(jìn)行滲硼。4.1.3 滲硼層的組織與性能滲硼層的組織與性能 滲硼后的滲層組織由表向里依次為滲硼后的滲層組織由表向里依次

18、為FeB、Fe2B、過渡層、心部組織，即由化合物、過、過渡層、心部組織，即由化合物、過渡層和基體組織三部分組成。渡層和基體組織三部分組成。194.1.3 滲硼層的組織與性能滲硼層的組織與性能 滲硼層具有如下性能：滲硼層具有如下性能：（1）高硬度和耐磨性。碳鋼滲硼后表面硬度）高硬度和耐磨性。碳鋼滲硼后表面硬度可達(dá)可達(dá)14002000HV，具有極高的耐磨性。試，具有極高的耐磨性。試驗表明，滲硼試樣的耐磨性能比其它任何處理驗表明，滲硼試樣的耐磨性能比其它任何處理（如滲碳、碳氮共滲等）的都高。此外，滲硼（如滲碳、碳氮共滲等）的都高。此外，滲硼處理還有比較高的耐腐蝕磨損和泥漿磨損能處理還有比較高的耐腐蝕

19、磨損和泥漿磨損能力。力。204.1.3 滲硼層的組織與性能滲硼層的組織與性能（2）高的紅硬性。鋼鐵滲硼后形成的鐵硼化）高的紅硬性。鋼鐵滲硼后形成的鐵硼化合物（合物（FeB、Fe2B）是一種十分穩(wěn)定的金屬化）是一種十分穩(wěn)定的金屬化合物，它具有良好的紅硬性，經(jīng)滲硼處理的工合物，它具有良好的紅硬性，經(jīng)滲硼處理的工件一般可在件一般可在600下可靠地工作。下可靠地工作。（3）良好的耐腐蝕性和抗氧化性。滲硼層對）良好的耐腐蝕性和抗氧化性。滲硼層對鹽酸、硫酸、磷酸及堿具有良好的抗蝕性，在鹽酸、硫酸、磷酸及堿具有良好的抗蝕性，在600下硼化物層抗氧化性良好。例如下硼化物層抗氧化性良好。例如45鋼滲鋼滲硼后在鹽

20、酸、硫酸水溶液中的耐腐蝕性比滲硼硼后在鹽酸、硫酸水溶液中的耐腐蝕性比滲硼前提高前提高514倍。倍。214.1.4 滲硼的應(yīng)用滲硼的應(yīng)用 近年來，在滲硼領(lǐng)域里，人們在滲硼的基礎(chǔ)理近年來，在滲硼領(lǐng)域里，人們在滲硼的基礎(chǔ)理論、工藝過程和工業(yè)應(yīng)用等方面進(jìn)行了大量的研論、工藝過程和工業(yè)應(yīng)用等方面進(jìn)行了大量的研究，取得了重要的進(jìn)展，該工藝已逐漸成為廣泛究，取得了重要的進(jìn)展，該工藝已逐漸成為廣泛應(yīng)用的表面擴滲處理工藝。應(yīng)用的表面擴滲處理工藝。 目前，滲硼主要用于耐磨并且兼有一定的耐蝕目前，滲硼主要用于耐磨并且兼有一定的耐蝕性方面，例如鉆井用的泥漿泵零件，滾壓模具、性方面，例如鉆井用的泥漿泵零件，滾壓模具、熱

21、鍛模具及某些工夾具等。近年來，滲硼還逐漸熱鍛模具及某些工夾具等。近年來，滲硼還逐漸擴大到硬質(zhì)合金、有色金屬和難熔金屬，例如難擴大到硬質(zhì)合金、有色金屬和難熔金屬，例如難熔屬的滲硼已經(jīng)在宇航設(shè)備中獲得應(yīng)用。熔屬的滲硼已經(jīng)在宇航設(shè)備中獲得應(yīng)用。224.1.4 滲硼的應(yīng)用滲硼的應(yīng)用 滲硼還可用于印刷機凸輪、止推板、各種活滲硼還可用于印刷機凸輪、止推板、各種活塞、離合器軸、壓鑄機料筒與噴嘴、軋鋼機導(dǎo)塞、離合器軸、壓鑄機料筒與噴嘴、軋鋼機導(dǎo)輥、油封滑動軸、塊規(guī)、閘閥和各種拔絲模輥、油封滑動軸、塊規(guī)、閘閥和各種拔絲模等。等。234.2 滲金屬滲金屬 滲金屬工藝（滲金屬工藝（Diffusion Metalli

22、zing）就是采用）就是采用加熱的方法，使一種或多種金屬擴散滲入零件表加熱的方法，使一種或多種金屬擴散滲入零件表面形成表面合金層的方法。這一表面層被稱為滲面形成表面合金層的方法。這一表面層被稱為滲層或擴散滲層。滲金屬的特點是：滲層是靠加熱層或擴散滲層。滲金屬的特點是：滲層是靠加熱擴散形成的，所滲元素與基體金屬常發(fā)生反應(yīng)而擴散形成的，所滲元素與基體金屬常發(fā)生反應(yīng)而形成化合物相，使?jié)B層與基體結(jié)合牢固，其結(jié)合形成化合物相，使?jié)B層與基體結(jié)合牢固，其結(jié)合強度是電鍍、化學(xué)鍍等機械結(jié)合所難以達(dá)到的。強度是電鍍、化學(xué)鍍等機械結(jié)合所難以達(dá)到的。滲層具有不同于基體金屬的成分和組織，因而可滲層具有不同于基體金屬的成

23、分和組織，因而可以使零件表面獲得特殊的性能，如抗高溫氧化、以使零件表面獲得特殊的性能，如抗高溫氧化、耐腐蝕、耐磨損等性能。耐腐蝕、耐磨損等性能。244.2.1 滲鉻滲鉻 滲鉻（滲鉻（Chromizing）的目的主要有兩個：）的目的主要有兩個：一是為了提高鋼和耐熱合金的耐蝕性和抗氧化一是為了提高鋼和耐熱合金的耐蝕性和抗氧化性，提高持久強度和疲勞強度；二是為了用普性，提高持久強度和疲勞強度；二是為了用普通鋼材代替昂貴的不銹鋼、耐熱鋼和高鉻合金通鋼材代替昂貴的不銹鋼、耐熱鋼和高鉻合金鋼。鋼。（1）滲鉻的方法）滲鉻的方法1）固體粉末滲鉻）固體粉末滲鉻 目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的方法。目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較

24、多的方法。25(1) 滲鉻的方法滲鉻的方法1) 固體粉末滲鉻固體粉末滲鉻 該法是將工件埋入滲鉻劑中，放在高溫的密封該法是將工件埋入滲鉻劑中，放在高溫的密封容器中保溫一定的時間進(jìn)行滲鉻。滲劑一般由金容器中保溫一定的時間進(jìn)行滲鉻。滲劑一般由金屬鉻粉（或鉻鐵粉）、適量的屬鉻粉（或鉻鐵粉）、適量的Al2O3（或（或SiO2）和鹵化銨配成。滲鉻一般為和鹵化銨配成。滲鉻一般為9501100，時間，時間為為410小時。小時。 固體粉末滲鉻工藝雖然簡單，但由于其加熱固體粉末滲鉻工藝雖然簡單，但由于其加熱溫度高、保溫時間長、滲層薄、鉻耗量大，因溫度高、保溫時間長、滲層薄、鉻耗量大，因此限制了此工藝的推廣應(yīng)用，近

25、年又發(fā)展了多此限制了此工藝的推廣應(yīng)用，近年又發(fā)展了多種固體粉末滲鉻法。種固體粉末滲鉻法。26(1) 滲鉻的方法滲鉻的方法1) 固體粉末滲鉻固體粉末滲鉻（a）固體粉末通氫滲鉻法）固體粉末通氫滲鉻法 氫氣促進(jìn)了化學(xué)還氫氣促進(jìn)了化學(xué)還原反應(yīng)的進(jìn)行，使之產(chǎn)生更多的活性原反應(yīng)的進(jìn)行，使之產(chǎn)生更多的活性Cr，加，加快了滲速。例如低碳鋼在快了滲速。例如低碳鋼在1000、保溫、保溫6h后，后，可滲可滲55m。（b）不含鹵化物的滲鉻法）不含鹵化物的滲鉻法 主要用于粉末冶金主要用于粉末冶金件滲鉻，可防止殘留鹵化物的腐蝕。件滲鉻，可防止殘留鹵化物的腐蝕。27(1) 滲鉻的方法滲鉻的方法1) 固體粉末滲鉻固體粉末滲鉻

26、（c）快速滲鉻法）快速滲鉻法 利用高頻感應(yīng)加熱或直接通利用高頻感應(yīng)加熱或直接通電加熱，使零件迅速加熱到高溫，從而能在很電加熱，使零件迅速加熱到高溫，從而能在很短的時間內(nèi)得到一定厚度的滲鉻層。這種方法短的時間內(nèi)得到一定厚度的滲鉻層。這種方法大大縮短了工藝周期，并保持零件心部性能不大大縮短了工藝周期，并保持零件心部性能不變。快速滲鉻的方法很多，諸如在活性粉末滲變?？焖贊B鉻的方法很多，諸如在活性粉末滲鉻劑中的快速滲鉻，在真空中的快速滲鉻，用鉻劑中的快速滲鉻，在真空中的快速滲鉻，用鉻的電鍍層快速滲鉻等。鉻的電鍍層快速滲鉻等。28(1) 滲鉻的方法滲鉻的方法1) 固體粉末滲鉻固體粉末滲鉻（d）膏劑滲鉻法

27、）膏劑滲鉻法 將滲鉻劑調(diào)成糊狀涂敷在將滲鉻劑調(diào)成糊狀涂敷在零零件上，通過感應(yīng)加熱使件上，通過感應(yīng)加熱使Cr滲入工件表面。膏滲入工件表面。膏劑由滲鉻源、熔劑和粘結(jié)劑配成。滲鉻源是鉻劑由滲鉻源、熔劑和粘結(jié)劑配成。滲鉻源是鉻粉或鉻鐵粉，溶劑是冰晶石，粘結(jié)劑可用水玻粉或鉻鐵粉，溶劑是冰晶石，粘結(jié)劑可用水玻璃、干性油漆、清漆、硅酸鹽等。膏劑滲鉻可璃、干性油漆、清漆、硅酸鹽等。膏劑滲鉻可提高滲鋁劑的利用率，而且可大幅度加快滲鉻提高滲鋁劑的利用率，而且可大幅度加快滲鉻速度。速度。29(1) 滲鉻的方法滲鉻的方法2) 氣體滲鉻氣體滲鉻 氣體滲鉻的反應(yīng)機理與固體粉末法相似，在氣體滲鉻的反應(yīng)機理與固體粉末法相似，

28、在密封的電爐中進(jìn)行。氣體滲鉻的介質(zhì)多為鉻的密封的電爐中進(jìn)行。氣體滲鉻的介質(zhì)多為鉻的氟化物、氯化物。滲鉻氣氛（鹵化鉻）可在爐氟化物、氯化物。滲鉻氣氛（鹵化鉻）可在爐外制取，也可在爐內(nèi)放置鉻或鉻鐵粉末，通以外制取，也可在爐內(nèi)放置鉻或鉻鐵粉末，通以Cl2和和H2制取。鹵化鉻氣體在工件表面通過置制取。鹵化鉻氣體在工件表面通過置換、還原、熱分解等反應(yīng)，產(chǎn)生活性換、還原、熱分解等反應(yīng)，產(chǎn)生活性Cr原子原子而滲入工件表面。而滲入工件表面。30(1) 滲鉻的方法滲鉻的方法2) 氣體滲鉻氣體滲鉻 如在密封的爐子中通入如在密封的爐子中通入CrCl2、N2（或（或H2+N2）對）對42CrMo進(jìn)行進(jìn)行10004h氣

29、體滲氣體滲鉻，可獲得鉻，可獲得40m的滲層。的滲層。 氣體滲鉻具有滲速快、勞動強度小、滲層質(zhì)氣體滲鉻具有滲速快、勞動強度小、滲層質(zhì)量高、表面光潔、無粉塵危害等優(yōu)點，但氫氣量高、表面光潔、無粉塵危害等優(yōu)點，但氫氣易爆炸、氯氣有毒，要注意防護。易爆炸、氯氣有毒，要注意防護。31(1) 滲鉻的方法滲鉻的方法3) 液體滲鉻液體滲鉻 液體滲鉻是在含有活性鉻原子的鹽浴中進(jìn)行液體滲鉻是在含有活性鉻原子的鹽浴中進(jìn)行的，具有設(shè)備簡單、加熱均勻、生產(chǎn)周期短、的，具有設(shè)備簡單、加熱均勻、生產(chǎn)周期短、可直接淬火等特點。液體滲鉻主要有硼砂鹽浴可直接淬火等特點。液體滲鉻主要有硼砂鹽浴滲鉻和氯化物鹽浴滲鉻兩類。鹽浴滲鉻（即

30、滲鉻和氯化物鹽浴滲鉻兩類。鹽浴滲鉻（即TD法）是先將硼砂熔化（法）是先將硼砂熔化（740），然后將烘），然后將烘干（干（120150）的鉻粉或碳素鉻粉加人硼砂）的鉻粉或碳素鉻粉加人硼砂浴中，升溫到滲鉻溫度把（浴中，升溫到滲鉻溫度把（8501050）時，再將工件放入滲鉻。時，再將工件放入滲鉻。32(2) 滲鉻層的性能及應(yīng)用滲鉻層的性能及應(yīng)用1）抗氧化性能）抗氧化性能 滲鉻件具有良好的抗高溫氧化滲鉻件具有良好的抗高溫氧化和抗高溫腐蝕性能。工件經(jīng)滲鉻后可在和抗高溫腐蝕性能。工件經(jīng)滲鉻后可在800以上較長時間使用，在以上較長時間使用，在900仍有一定的抗氧仍有一定的抗氧化能力。滲鉻鋼的抗氧化性能較滲鋁

31、鋼更優(yōu)?；芰ΑB鉻鋼的抗氧化性能較滲鋁鋼更優(yōu)。低碳鋼滲鉻，在低碳鋼滲鉻，在700時其抗氧化能力可比不時其抗氧化能力可比不滲鉻鋼高滲鉻鋼高1000倍。奧氏作耐熱鋼、鎳基和鈷基倍。奧氏作耐熱鋼、鎳基和鈷基合金材料滲鉻后，抗高溫氧化性能可顯著提合金材料滲鉻后，抗高溫氧化性能可顯著提高。高。33(2) 滲鉻層的性能及應(yīng)用滲鉻層的性能及應(yīng)用2）耐腐蝕性能）耐腐蝕性能 工件經(jīng)滲鉻處理后具有良好的工件經(jīng)滲鉻處理后具有良好的耐蝕性，在潮濕空氣、水、強堿液、過熱蒸汽耐蝕性，在潮濕空氣、水、強堿液、過熱蒸汽和其他許多介質(zhì)中都有良好的耐蝕性；能耐硫和其他許多介質(zhì)中都有良好的耐蝕性；能耐硫酸和硝酸的浸蝕；但耐鹽酸腐

32、蝕性差。酸和硝酸的浸蝕；但耐鹽酸腐蝕性差。3）耐磨性能）耐磨性能 含含0.25%C的碳鋼滲鉻后表面硬的碳鋼滲鉻后表面硬度為度為13001600HV；而；而1.0%1.2%的碳鋼的碳鋼滲鉻后表面硬度達(dá)滲鉻后表面硬度達(dá)17501800HV。碳化鉻層。碳化鉻層具有高硬度、低摩擦系數(shù)（與金屬對摩），因具有高硬度、低摩擦系數(shù)（與金屬對摩），因此耐磨性很高。例如，滲鉻高碳鋼的耐磨性比此耐磨性很高。例如，滲鉻高碳鋼的耐磨性比GCr15鋼還高幾倍，與滲硼層耐磨性相近。鋼還高幾倍，與滲硼層耐磨性相近。34(2) 滲鉻層的性能及應(yīng)用滲鉻層的性能及應(yīng)用4）力學(xué)性能）力學(xué)性能 滲鉻后普通碳鋼晶粒粗大，靜拉滲鉻后普通碳

33、鋼晶粒粗大，靜拉伸強度和韌性下降，為此需進(jìn)行熱處理；滲鉻伸強度和韌性下降，為此需進(jìn)行熱處理；滲鉻可顯著提高鋼在高溫下的持久強度。可顯著提高鋼在高溫下的持久強度。 滲鉻可以代替不銹鋼和耐熱鋼用于制造機械滲鉻可以代替不銹鋼和耐熱鋼用于制造機械和工具。如：儀表中的葉輪、浮子、彈簧管等和工具。如：儀表中的葉輪、浮子、彈簧管等零件；還可用于飛機、船艦、電站的燃?xì)廨啓C零件；還可用于飛機、船艦、電站的燃?xì)廨啓C葉片等高溫部件。葉片等高溫部件。354.3共滲共滲 共滲是指將工件置于含有至少兩種欲滲元素共滲是指將工件置于含有至少兩種欲滲元素的滲劑中，經(jīng)過一次加熱擴散過程，使多種元的滲劑中，經(jīng)過一次加熱擴散過程，使

34、多種元素同時滲入工件表層的擴散滲入工藝。素同時滲入工件表層的擴散滲入工藝。4.3.1硫氮共滲硫氮共滲 （Sulphnitriding） 硫氮共滲的目的是為了兼顧滲硫、滲氮二者硫氮共滲的目的是為了兼顧滲硫、滲氮二者的優(yōu)點，其共滲層的組織、性能與滲氮后滲硫的優(yōu)點，其共滲層的組織、性能與滲氮后滲硫基本相同，但工藝簡單。滲層最外層的微孔組基本相同，但工藝簡單。滲層最外層的微孔組織可儲存潤滑油、降低摩擦系數(shù)，次層硬度較織可儲存潤滑油、降低摩擦系數(shù)，次層硬度較高，因而耐磨性尤其抗粘著、咬合性能顯著提高，因而耐磨性尤其抗粘著、咬合性能顯著提高。高。364.3共滲共滲4.3.1硫氮共滲硫氮共滲 （Sulphn

35、itriding） 硫氮共滲的工藝方法有鹽浴法，氣體法、離硫氮共滲的工藝方法有鹽浴法，氣體法、離子法等。子法等。 經(jīng)氣體硫氮共滲后的金相組織分為三層。最經(jīng)氣體硫氮共滲后的金相組織分為三層。最外層是外層是FeS，第二層是以，第二層是以Fe23N為主的氮化為主的氮化物白亮層，第三層是氮的擴散層。硬度峰值可物白亮層，第三層是氮的擴散層。硬度峰值可達(dá)達(dá)1000HV，由表及里的硬度變化較平緩。，由表及里的硬度變化較平緩。374.3共滲共滲4.3.1硫氮共滲硫氮共滲 （Sulphnitriding） 用高速鋼刀具進(jìn)行了硫氮共滲處理與不處理用高速鋼刀具進(jìn)行了硫氮共滲處理與不處理的對比試驗發(fā)現(xiàn)，在不潤滑條件下

36、前者使用壽的對比試驗發(fā)現(xiàn)，在不潤滑條件下前者使用壽命較后者提高命較后者提高2倍以上；在潤滑條件下，加工倍以上；在潤滑條件下，加工低硬度零件時可提高低硬度零件時可提高0.52倍，加工中硬度零倍，加工中硬度零件（件（310400 HB）時可提高）時可提高1.56倍。倍。384.3共滲共滲4.3.2 含硼共滲含硼共滲 滲硼層硬度高，耐磨性好，而且具有一定的滲硼層硬度高，耐磨性好，而且具有一定的耐熱性和對某些介質(zhì)的抗蝕能力，但亦存在脆耐熱性和對某些介質(zhì)的抗蝕能力，但亦存在脆性高等缺點，為了降低滲硼層的脆性，為進(jìn)一性高等缺點，為了降低滲硼層的脆性，為進(jìn)一步提高滲硼層的耐磨性、耐熱性和耐蝕性，改步提高滲硼

37、層的耐磨性、耐熱性和耐蝕性，改善其脆性，產(chǎn)生了硼和其他元素共滲的各種工善其脆性，產(chǎn)生了硼和其他元素共滲的各種工藝。藝。394.3共滲共滲4.3.2 含硼共滲含硼共滲(1) 硼鋁共滲硼鋁共滲 粉末法硼鋁共滲在鋁鐵合金（粉末法硼鋁共滲在鋁鐵合金（50%Al）、硼）、硼砂和氯化銨等混合物中進(jìn)行。如砂和氯化銨等混合物中進(jìn)行。如21%B4C4%Na2B4O73%NH4Cl72%鋁鐵合金；鋁鐵合金； 49%Al2O329.4%B2O319.6%Al2%NaF，將滲劑和工件同時裝入容器，用水，將滲劑和工件同時裝入容器，用水玻璃調(diào)耐火泥密封，干燥后裝入爐內(nèi)。共滲溫玻璃調(diào)耐火泥密封，干燥后裝入爐內(nèi)。共滲溫度為度

38、為800以上，以上，1050以下，時間為以下，時間為46h。404.3共滲共滲4.3.2 含硼共滲含硼共滲(1) 硼鋁共滲硼鋁共滲 膏劑法硼鋁共滲劑由硼的化合物、鋁的化合膏劑法硼鋁共滲劑由硼的化合物、鋁的化合物和粘結(jié)劑組成，如物和粘結(jié)劑組成，如50%B4C50%Na3AlF6粘結(jié)劑。粘結(jié)劑。 硼鋁共滲能明顯地提高疲勞強度，特別是腐硼鋁共滲能明顯地提高疲勞強度，特別是腐蝕疲勞強度，同時明顯降低鋼在空氣介質(zhì)和腐蝕疲勞強度，同時明顯降低鋼在空氣介質(zhì)和腐蝕介質(zhì)中循環(huán)受載的應(yīng)力敏感性。蝕介質(zhì)中循環(huán)受載的應(yīng)力敏感性。414.3共滲共滲4.3.2 含硼共滲含硼共滲(2) 硼氮共滲硼氮共滲 硼原子半徑為硼原子

39、半徑為0.82，氮原子半徑為，氮原子半徑為0.75。對硼而言，氮在鋼中的溶解量大得多，由于氮對硼而言，氮在鋼中的溶解量大得多，由于氮原子滲入能力強，所形成的滲層和過渡層深，原子滲入能力強，所形成的滲層和過渡層深，因此，硼氮共滲能降低硬度梯度，減小滲硼層因此，硼氮共滲能降低硬度梯度，減小滲硼層的脆性。的脆性。424.3共滲共滲4.3.2 含硼共滲含硼共滲(2) 硼氮共滲硼氮共滲 膏劑法硼氮共滲由供硼劑、供氮劑、催滲膏劑法硼氮共滲由供硼劑、供氮劑、催滲劑、填充劑組成。將原料用粘結(jié)劑調(diào)成糊狀涂劑、填充劑組成。將原料用粘結(jié)劑調(diào)成糊狀涂在潔凈的工件表面，涂層厚在潔凈的工件表面，涂層厚34mm，共滲溫，共

40、滲溫度度890。氮的滲入減少了滲層的脆性，提高。氮的滲入減少了滲層的脆性，提高了韌性。了韌性。5CrMnMo鋼柴油機連桿模具共滲處鋼柴油機連桿模具共滲處理后，壽命提高理后，壽命提高23倍。倍。434.4 等離子體擴散滲入方法等離子體擴散滲入方法 等離子體擴散滲入是利用低真空中氣體輝光放電產(chǎn)等離子體擴散滲入是利用低真空中氣體輝光放電產(chǎn)生的離子轟擊工件表面，使表面成分、組織結(jié)構(gòu)及性生的離子轟擊工件表面，使表面成分、組織結(jié)構(gòu)及性能發(fā)生改變的處理方法。能發(fā)生改變的處理方法。 通過輝光放電獲得的等離子體實際上是正離子、負(fù)通過輝光放電獲得的等離子體實際上是正離子、負(fù)離子、分子、中性原子、電子、光子等各種粒

41、子的復(fù)離子、分子、中性原子、電子、光子等各種粒子的復(fù)合體。其中的帶電粒子在電場的作用下作定向運動，合體。其中的帶電粒子在電場的作用下作定向運動，具有足夠能量的粒子與中性的氣體原子或分子相撞，具有足夠能量的粒子與中性的氣體原子或分子相撞，會使其處于激發(fā)態(tài)，成為活性原子或離子。這些活性會使其處于激發(fā)態(tài)，成為活性原子或離子。這些活性原子或離子，比較容易被金屬表面吸收，進(jìn)人金屬內(nèi)原子或離子，比較容易被金屬表面吸收，進(jìn)人金屬內(nèi)部。部。444.4 等離子體擴散滲入方法等離子體擴散滲入方法用等離子體方法進(jìn)行滲鍍有以下優(yōu)點：用等離子體方法進(jìn)行滲鍍有以下優(yōu)點：（1）由于離子對表面的轟擊可使表面高度活化，加）由于

42、離子對表面的轟擊可使表面高度活化，加之離子和隨離子一起沖擊表面的活性原子都易被表之離子和隨離子一起沖擊表面的活性原子都易被表面吸收，因而滲鍍速度快。例如，在指定的溫度和面吸收，因而滲鍍速度快。例如，在指定的溫度和氮化層深度時，離子滲氮比氣體滲氮的時間縮短氮化層深度時，離子滲氮比氣體滲氮的時間縮短1倍。倍。（2）可方便地通過調(diào)整滲劑氣成分、有關(guān)電參數(shù)和）可方便地通過調(diào)整滲劑氣成分、有關(guān)電參數(shù)和氣體參數(shù)控制滲層組織。氣體參數(shù)控制滲層組織。454.4 等離子體擴散滲入方法等離子體擴散滲入方法（3）由于離子的轟擊作用，可以去除氧化膜和鈍化）由于離子的轟擊作用，可以去除氧化膜和鈍化膜，對于那些易氧化或鈍

43、化的金屬，如不銹鋼等膜，對于那些易氧化或鈍化的金屬，如不銹鋼等特別適合。特別適合。（4）輝光放電可均勻地覆蓋于工件表面，因此比較）輝光放電可均勻地覆蓋于工件表面，因此比較適合形狀復(fù)雜及多溝槽和孔隙工件的處理。適合形狀復(fù)雜及多溝槽和孔隙工件的處理。（5）易實現(xiàn)工藝過程的計算機控制。）易實現(xiàn)工藝過程的計算機控制。464.4 等離子體擴散滲入方法等離子體擴散滲入方法4.4.1 離子氮化離子氮化 （Plasma Nitrizing） 輝光離子滲氮簡稱離子氮化，是把被處理的工件放輝光離子滲氮簡稱離子氮化，是把被處理的工件放在真空室，抽真空至在真空室，抽真空至13.31.33Pa，然后充以稀薄的含，然后充

44、以稀薄的含氮氣體，在陰陽極間加上直流高壓后，氣體被電離而氮氣體，在陰陽極間加上直流高壓后，氣體被電離而發(fā)生輝光放電，放電過程中氮離子在高壓電場的作用發(fā)生輝光放電，放電過程中氮離子在高壓電場的作用下，沖向陰極表面，產(chǎn)生大量的熱把工件加熱到所需下，沖向陰極表面，產(chǎn)生大量的熱把工件加熱到所需的溫度，同時氮的離子或原子為工件表面所吸附，并的溫度，同時氮的離子或原子為工件表面所吸附，并迅速擴散，形成了一定厚度的氮化層。迅速擴散，形成了一定厚度的氮化層。474.4 等離子體擴散滲入方法等離子體擴散滲入方法4.4.1離子氮化離子氮化 （Plasma Nitrizing）(1) 離子氮化機理離子氮化機理 普通

45、氣體氮化僅靠氮的分解提供活性氮原子，而普通氣體氮化僅靠氮的分解提供活性氮原子，而離子氮化是由多種方式提供氮原子。在輝光放電離子氮化是由多種方式提供氮原子。在輝光放電中，具有高能量的氮、氫離子轟擊作為陰極的工中，具有高能量的氮、氫離子轟擊作為陰極的工件，一部分離子直接為表面所吸附，滲入工件，另件，一部分離子直接為表面所吸附，滲入工件，另一部分通過陰極濺射轟擊出電子及鐵、氧等原子。一部分通過陰極濺射轟擊出電子及鐵、氧等原子。濺射出的鐵原子與附近的活性氮原子結(jié)合，形成濺射出的鐵原子與附近的活性氮原子結(jié)合，形成FeN，被工件吸收。，被工件吸收。484.4 等離子體擴散滲入方法等離子體擴散滲入方法4.4

46、.1離子氮化離子氮化 （Plasma Nitrizing）(1) 離子氮化機理離子氮化機理 FeN受到高溫作用和離子的轟擊會按照受到高溫作用和離子的轟擊會按照FeNFe2NFe3NFe4N的順序分解為低價氮化的順序分解為低價氮化鐵，同時析出原子氮。析出的原子氮會向工件內(nèi)部鐵，同時析出原子氮。析出的原子氮會向工件內(nèi)部滲入。離子的轟擊還可使材料生成晶格缺陷，促進(jìn)滲入。離子的轟擊還可使材料生成晶格缺陷，促進(jìn)氮的擴散。氮的擴散。494.4 等離子體擴散滲入方法等離子體擴散滲入方法4.4.1離子氮化離子氮化 （Plasma Nitrizing）(2) 離子氮化層的典型組織離子氮化層的典型組織 通常離子氮化層可能出現(xiàn)四種典型組織：通常離子氮化層可能出現(xiàn)四種典型組織：（a）只有擴散層；）只有擴散層；（b）（Fe4N）化合物擴散層；）化合物擴散層；（c）化合物（化合物（Fe3N）擴散層；）擴散層；（d）化合物化合物 化合物擴散層?；衔飻U散層。504.4 等離子體擴散滲入方法等離子體擴散滲入方法4.4.1離子氮化離子氮化 （Plasma Nitrizing）(2) 離子氮化層的典型組織離子氮化層的典型組織化合物韌性較好，強度較高，單相的