表面扩渗新技术

表面扩渗新技术14115336陶国强科学11-2班绪论

表面扩渗是将置于一定的活性介质中加热到一定的温度，是预定的金属和非金属向工作表层扩散渗入，形成一定厚度的扩散层，以改变表层的成分、组织和性能，

分解渗剂通过一定温度下的化学反应或蒸发作用，形成含有一定介质的活性介质，再通过活性原子在渗剂中的扩散运动达到工件表面。渗入元素的活性原子吸附于工件表面并发生相界面反应吸收扩散吸附的活性原子从工件的表面向内部扩散，并与金属基体形成固溶体化合物（1）基本过程（2）主要特点改善工件表面的综合性能；对被渗工件的几何形状和尺寸影响很小，工件变形小、精度高尺寸稳定性好；可通过选择和控制渗入元素和渗层深度，使工件表面获得不同性能；不收工件形状的局限；可节约贵重金属，降低成本；多数表面扩渗工艺复杂，处理周期长，对设备要求较高。根据渗入元素介质所处的状态不同固体法、液体法、气体法、等离子法渗入非金属元素、渗入金属元素、渗入金属-非金属和扩散消除杂质元素等按工件表面化学成分的变化特点（3）分类1）

渗金属

渗金属是采用加热的方法，是一种或多种金属扩散入工件表面合金层。这一表面层称为渗层或扩散渗层。

渗金属的主要特点是：渗层是靠加热扩散形成的，渗层与集体结合牢固，结合强度高；渗层具有与基体金属不同的成分和组织，因而可获得特殊的性能。

常用方法：气相渗金属法、固相渗金属法

渗金属、渗硅、渗硼、渗硫渗铝

工件经渗铝后具有很高的抗高温氧化与抗燃气复试能力在大气硫化氢碱和海水等介质中具有良好的耐腐蚀性能。

主要用于钢铁材料，铁基粉墨冶金铜合金和钛合金。

主要方法有粉末渗铝热浸渗铝，气体渗铝热喷涂渗铝静电喷涂渗铝电泳沉积渗铝料浆渗铝等。

其中应用最多的是粉末渗铝和热浸渗铝。渗金属、渗硅、渗硼、渗硫渗金属、渗硅、渗硼、渗硫粉末渗铝是将工件置于装有主要成分为铝粉铝鉄合金或铝钼合金粉末氯化物或其活性剂氧化铝等粉末混合物的专用得易熔合金密封的料罐中通过化学气相反应和热扩散作用形成渗铝层。热浸渗铝是将工件浸入熔融的主要由工业纯铝和少量的铁组成并加有硅的铝浴中，借助于熔融的铝液与工件表面材料的材料互溶而形成富铝的合金层其最大特点是生产周期短操作方便成本低不需复杂设备。两种方法都需进行扩散退火，以降低脆性和表面铝浓度使渗层与基体结合的更紧密。渗金属、渗硅、渗硼、渗硫渗铬渗铬穆铬的目的主要有两个：―是为了提高钢和耐热合金的耐蚀性和抗氧化性,提高持久强度和疲劳强度‘二是为了用普通钢材代替昂贵的不锈钢耐热钢和高铬合金钢,渗金属、渗硅、渗硼、渗硫渗金属、渗硅、渗硼、渗硫渗铬方法主要有固体液体和气体渗铬三种,人造心脏人造关节渗金属、渗硅、渗硼、渗硫固体渗铬有粉末装箱渗铬和膏剂渗铬等,其中常用粉末渗铬剂的主要成分为铬粉或铬铁合金粉末。氯化物或其活性剂,氧化铝(惰性添加剂)等的粉末状混合物；液体渗骆在含有活性铬原子的盐浴中进行,具有设备简单，加热均匀,生产周期短,可直接淬火等特点。主要有硬砂盐浴渗铬和氯化物盐浴渗铬两类；固体渗铬液体神格气体渗铬在多为铬的氟化物和氯化物的气体渗铬介质中进行。具有渗速快、劳动强度小，渗层质量高,有表面光洁,气体有毒性及腐蚀性等特点。渗金属、渗硅、渗硼、渗硫渗钒.渗铌.渗钛

原理：钒.铌.钛钽等金属元素可与钢中碳原子结合，在表面形成碳化物型渗层.适用于高碳钢.为获得碳化物层,基体的含碳量必须超过045%.

工艺方法：盐浴法.粉末法和气体法。其中硼砂盐浴法应用最多.渗金属、渗硅、渗硼、渗硫渗钒内模渗钒剂渗铌渗钛渗金属、渗硅、渗硼、渗硫硼砂盐浴法

也叫硼砂浴覆层法,是在硼砂中加人欲渗金属。这些金属在硼砂浴中以高度弥散态悬浮,以硼砂为载体在高温下通过盐浴本身的不断对流与被处理工件表面接触、吸附并向内扩散;与此同时.基体中的碳向表面迁移,从而在表面获得碳化物覆层.碳化物渗层具有熔点高.硬度极高.热稳定性好.抗咬合性及磨性和耐蚀性优良渗金属、渗硅、渗硼、渗硫渗硼

定义：渗硼是把工件置于含有硼原子的介质中，加热到一定温度，保温一段时间，通过化学或电化学反应,使硼原子渗入工件表层形成一层坚硬的硼化物渗层.目的：渗硼主要是为了提高金属表面的硬度.耐磨性.耐蚀性和抗高温氧化性:可用于钢铁材料.硬质合金.金属陶瓷和某些有色金属如钛钽和镍基合金:渗硼工件渗硼最合适的钢种为中碳钢及中碳合金钢,渗硼后为了改善基体的力学性能,应进行淬火+回火处理,有色金属渗硼通常是在非晶态硼中进行的,有色金属如钛:及其合金必须在商纯氩或高真空中进行,且必须在渗硼前对非晶碰进行除氧大多数难熔金属都能渗硼,渗金属、渗硅、渗硼、渗硫渗金属、渗硅、渗硼、渗硫渗硼工艺手段

主要有固体液体气体和等离子渗硼。（工业:上最常用的是固体和液体渗硼.）固体渗硼在本质属于气态催化反应的气相渗硼,供硼剂在高温和活化剂的作用F形成气态硼化物。它在工件表不断化合与分解,释放出活性硼原子并不断被工件表面吸附并向工件内扩散,形成稳定的铁的硼化物层.种类：粉末法、粒状法、膏剂法渗金属、渗硅、渗硼、渗硫•液体渗硼

液体渗硼又叫盐浴渗硼,是将工件放在硼砂和还原剂组成的盐浴中进行的。•气体渗硼

气体渗硼与固体渗硼的区别是供硼剂为气体,气体渗硼需用易爆的忆硼烷或有毒的氯化硼,故没有用于工业生产。等离子渗硼

可以用气体渗硼类似的介质.这一领域已进行了研究,但还没有在工业上应用。渗金属、渗硅、渗硼、渗硫渗硅

定义：渗硅是将含硅的化合物通过置换还原和热分解得到的活性硅,被材料表面所吸附并向内扩散,从而形成含硅的表层

目的：提高工件的耐蚀性稳定性硬度和耐磨性。

场所:可在粉末.盐浴或气体介质中进行,也可在真空或流态床中进行渗金属、渗硅、渗硼、渗硫渗硫

渗硫的目的是在钢铁工件表面生成FeS(或FeS2+FeS)薄膜,以降低摩擦系数,提高抗咬合性能,一般渗硫应在淬火渗碳,软氮化等工艺之后进行。

由于渗硫层实质上是由FeS(或FeS2+FeS))组成的化学转化膜,因此对于有色金属及表面具有氧化物保护薄膜的不锈钢等不适用。

各种渗硫方法中,应用较多的是低温液体电解渗硫共渗和复合渗定义：共渗是将工件置于含有至少两种欲渗元素的渗剂中经过一次加热扩散过程,使多种元素同时渗入工件表层的表面扩渗工艺；复合渗则是把工件先后分别置于相应渗剂中经数次加热扩散过程,使多种元素先后然工件表面的表面扩滲工艺。目的：吸收各种单元素的优点,弥补其不足之处,使工件表面达到更高的综合性能指标共渗和复合渗含铝共渗与复合渗（1）含铝共渗与复合渗-下表（2）铝稀土共渗

1）稀土的作用:改变渗剂的特性;催渗;改善渗层性能,2）方法：固体法和电泳法3）特点：铝稀土共渗层表面氧化膜的致密度和塑性较高,具有更高的耐蚀性和热劳抗力共渗和复合渗共渗和复合渗含铬共渗与复合渗共渗和复合渗含硼共渗与复合渗

（1）碳硼复合渗:先渗碳后渗硼的工艺,它结合了渗碳层的优点(高接触疲劳强度和高耐磨性)和渗硼层的优点(高硬度、高红硬性和优良的抗黏着磨损能力)预渗碳能提高渗硬的速度,碳碳共渗已在工业生产中得到了应用。

（2）氮硼复合渗：可先渗氮冷至室温后再渗硼,也可在含供氮剂和供硼剂的渗剂中渗氮后,再升温渗硼。

共渗和复合渗（2）氮硼复合渗

特点：对提高渗硼速度来说,先渗氮和先渗碳具有相同的效应,氮硼复合渗既保持渗硼层高的硬度,又比渗硼层脆性低,抗盐酸腐蚀性能比不锈钢好。（3）硼铝共渗与复合渗

钢铁和镍基合金硼铝共渗的目的是提高耐磨性和耐热性,硬铝复合渗的目的也是为了获得硬度高耐磨性好抗氧化性好的表面层。

通