常用表面渗硫方法

1、常用表面渗硫方法目前，材料的表面渗硫方法主要有4种，分别是:液体渗硫、固体渗硫、气体渗硫、 低温等离子渗硫等。1.1液体渗硫电解渗硫是目前应用较多的渗硫方法，法国的低温盐浴电解法（即Sulf -BT法）及 其改进后的各种方法已被法、英、德、美、意、日等国广泛采用。一般摩擦系数是未处 理试样的30%50% ,也有报导20号钢在室温电解渗硫时摩擦系数约为非渗硫10% 20%。中温渗硫是以硫酸钠作为含硫源，外加一些化学腐蚀剂，处理温度为550C左右， 保温时间取决于渗层的深度；低温渗硫常以（NH2）2CS为主要试剂，辅助试剂有 KSCN （NH2）2CO等物质，处理温度低于200C，由于温度低，所需

2、时间较长。渗硫层 易产生FeSO3，导致工件表面锈蚀，产生氤盐试剂有毒，介质易老化，造成环境污染， 且工件的后道处理很麻烦，难以较好解决。总之，液体渗硫由于盐浴存在污染严重、易老化变质、成分和活性难以控制等问题 处理后工件的质量尚不够稳定。近年来在改进渗硫盐浴成分，减少环境污染方面已有较 大的进展，有的盐浴成分基本无毒性，为盐浴渗硫的广泛应用创造了有利条件。1.2固体渗硫又称粉末渗硫，一般以FeS粉为供硫剂，与适量的催化剂防粘接剂等制成50100 目的细粉状混合物，在500C900C高温炉中向工件表面渗硫，工艺类似于固体渗碳， 加热温度和保温时间随工件材料不同而选择。其优点是简便易行，投资少，

3、成本低，通 用性好。缺点是劳动条件差，温度高，工艺时间长，质量不稳定，目前在生产上已应用 不多。1.3气体渗硫即离子渗硫，是将含硫气体（如h2s，cs2等）通入密闭炉中，加热使之分解出活性 原子（离子）进行工件表面渗硫。离子渗硫是一个广义的工艺概念。实际应用中，它包含了单纯的离子渗硫、离子硫氮共渗和离子硫氮碳共渗等多种工艺，（一）离子渗硫工艺离子渗硫通常是在160300C的低温下进行的，常用的离子渗硫温度为 180 200C。供硫剂可采用二硫化碳（负压吸入，与丙酮的加入方式相似），也可采用硫化 氢气体。其中采用硫化氢作供渗硫源时，一般以H2S-Ar-H2作为渗硫气氛，高纯度 （99.999%）

4、的Ar和H2 （比例为1:1）作为载体气，H2S的用量为总气体量的3%。混合气的流量约为80120L/h （对LDMC-75炉型而言）。保温时间依据不同渗层的要求，可选用十几分钟至二小时，所得到的渗层深度从几 微米至几十微米。渗层组织是以FeS为主的化合物层，无明显的扩散层。（二）离子硫氮共渗工艺离子渗氮气氛中加入适量的含硫气氛即可实现离子硫氮共渗。高硬度渗氮层的外表 面的硫化物层能提高工件的减磨、抗咬合能力。离子硫氮共渗工艺中可使用硫化氢或二硫化碳作为供硫剂。在实际使用过程中，二 硫化碳不是直接通入炉内使用，而是使用二硫化碳与水蒸汽的反应气，因此，操作起来 有一定的难度，故使用较少。渗氮气氛

5、中通入适量的硫可以提高氮势，降低s相的形成温度，加速渗氮过程，因 而强烈影响渗层特征。随着气氛中含硫量的逐步提高，渗层表面的含硫量开始也随之增 高，总渗层也曾厚，但气氛中含硫量增至一定值时，渗层反而开始减薄，尤其在共渗温 度高、共渗时间长的条件下，气氛中硫含量过高，工件表面易出现灰黑色粉末状沉积物， 渗层脆性高，易剥落。反之，若气氛中含硫量太低，则渗硫效果不明显且硫化物层结合 不好。基于以上分析和试验，当以硫化氢为共渗剂时，NH3:H2S以1030:1较适宜。硫氮共渗的温度依据材料的不同，可在480570C范围内选用。硫氮共渗的时间依 据对渗层的不同要求，多在两个小时之内。离子硫氮共渗层的组织

6、为多层结构，最表层为硫化物层（硬度低），次表层为氮的 化合物层（高硬度区），里层为扩散层。（三）离子硫氮碳共渗工艺在离子氮碳共渗气氛中加入含硫气体，即可实现离子硫氮三元共渗。研究认为，在 离子氮碳共渗气氛中加入少量含硫气体，可提高氮和碳的活性，在低温下（如500C） 也易形成相（S、N、C的化合物），而且可提高相中的含氮量。因此，三元共渗的 渗速更高，渗层质量相对更好，同样可提高工件的耐磨性、抗咬合能力和疲劳强度。常用的作为硫氮碳共渗的气体配比有以下两种：（1）CH4:H2S:NH3=3:2:20；（2）（C2H5OH: CS2=2: 1）:NH3=1: 20离子硫氮碳共渗有两种操作方式：先进

7、行氮碳共渗后再渗硫；通入混合气氛同时进 行三元共渗。离子硫氮碳共渗的温度可参照离子氮碳共渗的温度选择，通常在550580C范围 内。离子硫氮碳共渗的时间依据材料的不同而异，普通钢可选用570C，23小时共渗； 高速钢则采用低温（480540C ）短时（15120分钟）共渗工艺。离子硫氮碳共渗层的组织为多层结构，自表及里依次为黑色多孔质地较软的FeS薄 层、含硫的+y化合物层以及含碳和氮的扩散层可进行离子渗硫的材料种类较多，碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、合金工 具钢以及各类硬质合金等均可实施离子渗硫处理6。根据工艺温度可分中温气体渗硫和高温气体渗硫。中温气体渗硫一般指520C620C，包括

8、有硫碳共渗，硫碳氧，硫氮碳，硫氮氧共 渗等，其渗硫气源为混合汽化气体。现已开发的典型工艺包括滴注式，离子共渗两大类， 诸如滴注式气体硫氮共渗在热锻模、压铸模上的应用已取得良好的使用效果。离子硫氮 共渗具有节省能源、渗速快、无污染、变形小、质量高等优点，用于处理高铭高镍不锈 钢时，无须去除钝化膜即可达到良好的渗入效果。低温气体渗硫操作比较安全，劳动条件较液体渗硫好,渗后清洗容易；设备简单，投资 小、成本低。其缺点是渗速较低工艺时间长，一般需要11.5h才能达到所要求的渗层 深度。可用于硬度要求较高的经淬火、低温回火的碳素钢、合金钢零件和切削刀具，以 提高其耐磨、减摩性能。此外，真空蒸发渗硫也正在

9、开发之中。所谓真空蒸发渗硫是在真空度可达660 X10 - 4 Pa的真空炉罐中，于150500C下，使硫蒸发并附于零件表面而进行渗硫的一种工艺方 法。该工艺具有渗入速度快、渗层质量好、无公害等突出优点;其缺点是设备投资较大， 操作技术要求高。目前尚未推广应用囹。1.4低温等离子渗硫等离子态指电离化的气体，是物质的第4种状态。利用低温状态下加压使含硫气体 电离在工件表面渗硫是我国独立发展起来的一门新技术。国内最早报道的是华南工学院 （1979年），采用将H2S和NH3通入离子渗氮炉，炉压500Pa1000Pa,于480C550C 下对高速钢离子渗硫，通过对渗硫层的X射线分析证实了 FeS的存在

10、。自此以后，各种 渗硫工艺相继被开发出来，各不相同，但渗硫温度逐步降低，保证了工件渗硫前后粗糙 度基本上不发生变化。低温离子渗硫的最大好处就是整个工艺在低温中进行，这样渗硫 后，工件的表面变形会很小，甚至不变形，尤其是一些细小的零件，对其自身的加工外 型要求较高，加工成型后，只适合于进行低温的后道处理。低温真空等离子体渗硫的工艺方法原理是利用离子轰击，使工件表面形成FeS，达 到渗硫目的，具体方法是将工件放在低真空容器的阴极板上，将真空容器外壳接阳极， 加入少量硫。在阴阳极两端加一直流电压，当电压达到某一数值时，此时硫在电场作用 下直接电离成硫离子，气体电离后所得正离子，在向阴极运动时，在阴极附近受到急剧 的阴极压降作用而加速，这种高速运动的离子轰击金属表面，进入金属基体内，形成渗 硫层。该方法具有真空度要求低、渗硫工艺温度低，节省能源、工作可靠性强等优点。 低温真空等离子体渗硫工艺方法，其特征在于包括下列步骤：待渗硫工件首先进行前处 理，即清洗工作，采用汽油和煤油清洗及超声波清洗的方法以去掉待渗硫面的油污及杂 质，非渗硫面要进行覆