第六章表面改性技術(shù)

表面改性技術(shù)教師：強(qiáng)穎懷學(xué)院：材料學(xué)院當(dāng)前1頁，總共199頁。6.1激光束表面處理技術(shù)最引人注目的技術(shù)之一成功地走向工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用傳統(tǒng)的表面處理技術(shù)相競爭提高制品的性能和壽命獲得極大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益當(dāng)前2頁，總共199頁。6.1激光束表面處理技術(shù)相位一致方向性好波長單一優(yōu)越的聚光性可以獲得很高的能量密度高能束表面改性技術(shù)中的一種主要手段當(dāng)前3頁，總共199頁。6.1激光束表面處理技術(shù)激光束表面處理：采用激光對材料表面進(jìn)行改性的一種表面處理技術(shù)。激光照射到材料表面表層材料受熱升溫激光作用后冷卻激光被吸收變?yōu)闊崮芄虘B(tài)相變/熔化/蒸發(fā)當(dāng)前4頁，總共199頁。加熱速度快：105-109℃/S自冷速度高：＞104℃/S輸入功率小，工件變形小可局部加熱精確控制：線加工自動化但反射率高、轉(zhuǎn)換率低、設(shè)備昂貴、不能大面積6.1激光束表面處理技術(shù)當(dāng)前5頁，總共199頁。激光與材料：反射與吸收；吸收通過大量傳導(dǎo)電子的帶間躍遷實(shí)現(xiàn)。波長越短，吸收率高越粗糙，越易吸收溫度升高、吸收越多：熔點(diǎn)40-50%，沸點(diǎn)90%雜質(zhì)影響吸收黑化處理：碳素/磷化/油漆6.1激光束表面處理技術(shù)當(dāng)前6頁，總共199頁。激光相變激光電鍍：陰極加熱激光物理氣相沉積激光化學(xué)氣相沉積6.1激光束表面處理技術(shù)激光熔融激光表面沖擊當(dāng)前7頁，總共199頁。1.激光相變硬化：在固態(tài)下經(jīng)受激光輻照，其表層被迅速加熱到奧氏體溫度以上，并在激光停止輻射后快速淬火得到馬氏體組織的一種工藝。加熱和冷卻速度高：105～109℃/S高硬度：比常規(guī)淬火提高15%～20%變形?。杭訜釋颖∑趶?qiáng)度高激光表面處理工藝當(dāng)前8頁，總共199頁。

由于激光加熱速率極快，相變在很大的過熱度下進(jìn)行，形核率很大。因加熱時間短，碳原子的擴(kuò)散及晶粒的長大受到限制，所以得到的奧氏體晶粒小。冷卻速率也比使用任何淬火劑都快，因而易得到隱針或細(xì)針馬氏體組織。激光表面處理工藝當(dāng)前9頁，總共199頁。低碳鋼可分為兩層：外層是完全淬火區(qū)，組織是隱針馬氏體；內(nèi)層是不完全淬火區(qū)，保留有鐵素體。中碳鋼可分為四層：外層是白亮的隱針馬氏體，硬度HV達(dá)800，比一般淬火硬度高出100以上；第二層是隱針馬氏體加少量屈氏體，硬度稍低；第三層是隱針馬氏體加網(wǎng)狀屈氏體，再加少量鐵素體；第四層是隱針馬氏體和完整的鐵素體網(wǎng)。激光表面處理工藝當(dāng)前10頁，總共199頁。高碳鋼也可分為兩層：外層是隱針馬氏體；內(nèi)層是隱針馬氏體加未溶碳化物。

鑄鐵大致可分為三層：表層是熔化－凝固所得的樹枝狀結(jié)晶，此區(qū)隨掃描速度的增大而減小；第二層是隱針馬氏體加少量殘留的石墨及磷共晶組織；第三層是較低溫度下形成的馬氏體。激光表面處理工藝當(dāng)前11頁，總共199頁。

美國正在研究用激光淬火處理飛機(jī)的重載齒輪，以取代滲碳淬火的化學(xué)熱處理工藝。----直升飛機(jī)輔助動力裝置的行星齒輪

----飛機(jī)主傳動裝置的傳動齒輪用激光硬化的飛機(jī)重載齒輪，不需要最后研磨，大大降低了生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率。----采用激光硬化飛機(jī)發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)壁，比氮化處理快14倍，且所得到的硬化層比經(jīng)過10～20h氮化處理的硬化層還厚，質(zhì)量優(yōu)良，幾乎無變形。激光表面處理工藝當(dāng)前12頁，總共199頁。應(yīng)用實(shí)例內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)激光相變硬化

活塞環(huán)是內(nèi)燃機(jī)易損基礎(chǔ)件之一。為提高活塞環(huán)耐磨性延長其使用壽命，對由42CrMo鋼制備的活塞環(huán)溝內(nèi)側(cè)進(jìn)行了激光相變硬化處理。

工藝：激光輸出功率1.65kw，掃描速度22mm/s，光斑直徑3mm。激光表面處理工藝當(dāng)前13頁，總共199頁。應(yīng)用實(shí)例

內(nèi)燃機(jī)活塞環(huán)溝側(cè)面激光相變硬化

效果：激光硬化區(qū)主要是由細(xì)長板條馬氏體和其間不連續(xù)分布的奧氏體所組成；除位錯亞結(jié)構(gòu)外，在局部區(qū)域還出現(xiàn)了平行排列的微細(xì)孿晶組織；硬化區(qū)最大硬度為713HV0.1；硬化層深為0.5mm；激光硬化表面光潔度基本保持不變，變形量滿足形位公差要求。激光表面處理工藝當(dāng)前14頁，總共199頁。應(yīng)用實(shí)例螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸激光相變硬化

螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子是制冷機(jī)的關(guān)鍵部件，現(xiàn)多采用球墨鑄鐵制備而成，其主要失效形式是軸頸發(fā)生嚴(yán)重磨損。為此，采用激光相變硬化技術(shù)對軸頸進(jìn)行強(qiáng)化處理。激光表面處理工藝當(dāng)前15頁，總共199頁。螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸激光相變硬化

工藝：激光輸出功率1.1kw，掃描速度17mm/s，光斑直徑4mm。

效果：激光硬化區(qū)主要是由針狀馬氏體、奧氏體及團(tuán)絮狀組織所組成；硬化區(qū)平均硬度達(dá)HRC60以上；硬化區(qū)層深為1mm；使用壽命提高3倍。激光表面處理工藝當(dāng)前16頁，總共199頁。編號零件名稱材

料優(yōu)點(diǎn)或效果1錠桿GCr15硬化區(qū)深0.94mm，峰值硬度980HV0.1,相對耐磨性提高10倍2成形刀高速鋼刀具耐用度提高2.5～3.5倍，切削速度提高7～8倍3氣缸套鑄鐵比硼缸套壽命高25％，與活塞環(huán)配制壽命提高30％4精密儀器V型導(dǎo)軌45鋼較原來滲碳工藝減少工序，變形極小，成品率高激光表面處理工藝當(dāng)前17頁，總共199頁。2.激光表面熔凝處理：利用能量密度很高的激光束在金屬表面連續(xù)掃描，使之迅速形成一層非常薄的熔化層，并且利用基體的吸熱作用使熔池中的金屬液以極高的速度冷卻、凝固，從而使金屬表面產(chǎn)生特殊的微觀組織結(jié)構(gòu)的一種表面改性技術(shù)。細(xì)化鑄造晶粒過飽和固溶體減少偏析非晶體改變表層結(jié)構(gòu)激光表面處理工藝當(dāng)前18頁，總共199頁。激光熔化淬火處理后的ZL101及的晶粒尺寸僅為原來的1/10，硬度可提高30%左右。AA390鋁合金，處理前合金組織中鑲有60μm大的Si顆粒，處理后硅的顆粒變?yōu)?～4μm。鑄造合金一般都存在著氧化物、硫化物等夾雜和疏松，用激光把表面重熔就可以把雜質(zhì)、氣孔、化合物釋放出來，同時把表面層細(xì)化。激光表面處理工藝當(dāng)前19頁，總共199頁。為了提高灰鑄鐵及球墨鑄鐵的耐磨性，采用激光加熱表面熔化－結(jié)晶處理使其表面白口化，可顯著提高耐磨性，這種處理方法在生產(chǎn)上使用較多。如采用二氧化碳激光器對鉻鉬合金鑄鐵活塞環(huán)進(jìn)行熔化一結(jié)晶處理，可獲得由細(xì)小碳化物與隱晶馬氏體所組成的極細(xì)萊氏體。萊氏體的硬化層深度為0.10～0.20mm，硬度為1000～2000HV。激光表面處理工藝當(dāng)前20頁，總共199頁。

通過快磨試驗(yàn)、汽車臺架試驗(yàn)與裝車考核試驗(yàn)證明，活塞環(huán)的磨損量減少，使用壽命提高。采用激光加熱表面熔化--結(jié)晶處理灰鑄鐵，在白口區(qū)硬度達(dá)到1070～1210HV。美國阿爾科公司利用這種方法處理灰鑄鐵的凸輪軸等零件，表面形成萊氏體組織，硬度為52～54HRC。激光表面處理工藝當(dāng)前21頁，總共199頁。

與表面淬火相比，顯著地提高了耐磨性和抗蝕性，縮短了熱處理時間，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。印刷郵票用的輥式打孔器，輥外徑為365mm，長645mm，壁厚9.7mm；輥筒材料為50鋼。輥面上需使用程控鉆床打出2.5萬個φ0.98mm的孔。過去因打孔器技術(shù)沒過關(guān)，以致不能滿足需要。我國現(xiàn)已采用激光處理的辦法使孔刃部達(dá)60HRC以上，攻克了這一難題。激光表面處理工藝當(dāng)前22頁，總共199頁。非晶態(tài)金屬具有較高的強(qiáng)韌性及非常好的抗腐蝕性和抗磨損性能。激光掃描處理Fe－P－Si合金得到的非晶態(tài)硬化層的硬度是基體硬度的5～6倍。航空發(fā)動機(jī)渦輪盤表面形成一非晶態(tài)層，使其重量減少50%。激光表面處理工藝當(dāng)前23頁，總共199頁。

激光非晶化就是用激光的手段在金屬表面上制得非晶層的技術(shù)，有有時稱之為激光上釉，是非晶態(tài)金屬獲得的一個重要手段。采用激光掃描處理Fe－P－Si合金得到的非晶態(tài)硬化層的硬度為1300～1500HV，是基體硬度的5～6倍。目前國內(nèi)外對激光非晶態(tài)處理給予極大的關(guān)注，認(rèn)為它是制作非晶態(tài)合金的一種很有前途的技術(shù)。

激光表面處理工藝當(dāng)前24頁，總共199頁。激光非晶體的應(yīng)用正在開發(fā)中。美國工藝研究中心采用此工藝在航空發(fā)動機(jī)渦輪盤表面形成一非晶態(tài)層，使其重量減少50%。該工藝已應(yīng)用于生產(chǎn)F－15型戰(zhàn)斗機(jī)用的F100型發(fā)動機(jī)上。激光表面處理工藝當(dāng)前25頁，總共199頁。3.激光表面合金化：利用激光束使合金涂層與基體金屬表面混合熔化，在很短的時間內(nèi)，形成不同化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的表面合金。可獲得理想合金或亞穩(wěn)態(tài)合金。區(qū)域合金化有效利用能量精確控制密度和深度不規(guī)則零件合金激光表面處理工藝激光合金化是表面改性處理的新方法，特別適用于工件的重要部位的處理，這樣既改善了工件的使用壽命，又可簡化工藝和節(jié)約昂貴的整體合金。激光表面合金化的基本目的也是為了提高表面的耐磨、耐蝕性等性能。當(dāng)前26頁，總共199頁。（1）鐵基系在某些情況下，鋼中加入Cr，Ni，Mo等貴重元素不是為了提高整體強(qiáng)度，而是為了防止環(huán)境對表面的損傷，此時采用表面合金化可使成本大大降低。例如，用70%Cr－30%Ni的金屬粉末對一般碳鋼進(jìn)行激光表面合金化，表面可獲得29%Cr-13%Ni的合金，該合金在1mol/LH2SO4中的極化曲線與18-8不銹鋼的極化曲線相似，有幾乎一樣的鈍化能力，即具有相同的耐蝕性。

激光表面處理工藝當(dāng)前27頁，總共199頁。（2）有色金屬系在鋁合金中加入合金元素的激光表面合金化有大量的研究。例如以Si合金化可達(dá)到的硬度是200HV，以Cu合金化可達(dá)300HV，以Fe合金化可達(dá)300～500HV，

激光表面處理工藝當(dāng)前28頁，總共199頁。（3）金屬硅化物激光表面合金化另外一個應(yīng)用領(lǐng)域是制作硅上面的金屬觸點(diǎn)。1978年P(guān)oate等人用雙頻激光輻照，把Pt，Pd和Ni膜合金化到Si中，試樣表面被熔化并在橫向產(chǎn)生非常均勻的合金層，其平均成分可通過改變膜厚和激光功率在一定的范圍內(nèi)變化。用連續(xù)波激光加熱固體有可能形成單相硅化物。

激光表面處理工藝當(dāng)前29頁，總共199頁。4.激光表面熔覆：在金屬基體表面上預(yù)涂一層金屬、合金或陶瓷粉末，在進(jìn)行激光重熔時，使添加層熔化并使基體表面層微熔，從而得到一外加的熔覆層。激光表面處理工藝當(dāng)前30頁，總共199頁。

與表面合金化的不同在于母材微熔而添加物全熔，這樣一來避免了熔化基體對添加層的稀釋，可獲得具有原來特性和功能的強(qiáng)化層。激光表面熔覆于1981年被成功地應(yīng)用于大型噴氣客機(jī)渦輪葉片發(fā)動機(jī)的高壓透平葉片護(hù)罩后，引起了重視，目前已經(jīng)成為國內(nèi)外激光表面改性研究的熱點(diǎn)。激光表面處理工藝當(dāng)前31頁，總共199頁。

1．激光包覆激光包覆工藝是繼激光淬火之后，第二個在工業(yè)中獲得應(yīng)用的一種激光表面改性技術(shù)。激光包覆適用于易磨損、腐蝕和受沖擊的零件，無論是在包覆展質(zhì)量還是在工藝性和經(jīng)濟(jì)性方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的堆焊和熱噴涂工藝，其工業(yè)應(yīng)用前景廣闊。激光表面處理工藝當(dāng)前32頁，總共199頁。

1．激光包覆激光包覆是選擇硬度高、耐磨、耐蝕和抗疲勞性能好的材料包覆工件表面，然后用大功率激光束掃描，將包覆材料熔化到基體表面，形成包覆層。激光包覆具有粘結(jié)牢靠，包覆層厚度容易控制，操作簡單和加工周期短等優(yōu)點(diǎn)。激光表面處理工藝當(dāng)前33頁，總共199頁。

1．激光包覆英國已采用計算機(jī)控制的激光包覆工藝取代手工氬弧堆焊工藝，在發(fā)動機(jī)渦輪葉片上包覆鈷基合金，可得到無氣孔、無裂紋的高性能包覆層，工效提高11倍，成本降低80%，鈷基合金的消耗量減少50%。另外，在制造電接觸器時，用激光包覆工藝取代化學(xué)涂覆工藝，在銅基體上包覆銀層，可大大提高生產(chǎn)率和降低成本消耗。激光表面處理工藝當(dāng)前34頁，總共199頁。

2．陶瓷層激光涂覆火焰噴涂和等離子噴涂等熱噴涂的方法廣泛用來進(jìn)行陶瓷涂覆。但所有這些方法都不能令人滿意。因?yàn)樗鼈儷@得的涂層含有過多的氣孔、熔渣夾雜和微觀裂紋，而且涂層結(jié)合強(qiáng)度低，易脫落。這會導(dǎo)致高溫時由于內(nèi)部硫化、剝落、機(jī)械應(yīng)變降低、坑蝕、滲鹽和滲氧而使涂層早期變質(zhì)和破壞。使用激光進(jìn)行陶瓷涂覆，即可避免產(chǎn)生上述缺陷，提高涂層質(zhì)量，延長使用壽命。

激光表面處理工藝當(dāng)前35頁，總共199頁。應(yīng)用實(shí)例：

寬帶激光熔覆Ni-WC復(fù)合涂層1、熔覆材料體系：基材為38CrMoAl，涂層材料為Ni60B+25vol.%WC復(fù)合熔覆粉末。

2、工藝：激光輸出功率為2.2kw，掃描速度為3mm/min，送粉率為9g/min，光斑尺寸為15mm×1.5mm。

激光表面處理工藝當(dāng)前36頁，總共199頁。應(yīng)用實(shí)例：

寬帶激光熔覆Ni-WC復(fù)合涂層1、熔覆材料體系：基材為38CrMoAl，涂層材料為Ni60B+25vol.%WC復(fù)合熔覆粉末。

2、工藝：激光輸出功率為2.2kw，掃描速度為3mm/min，送粉率為9g/min，光斑尺寸為15mm×1.5mm。

激光表面處理工藝當(dāng)前37頁，總共199頁。應(yīng)用實(shí)例：

寬帶激光熔覆Ni-WC復(fù)合涂層3、效果：復(fù)合涂層熔覆區(qū)主要是由g-Ni、WC、W2C、M23C6及M7C3所組成；涂層厚度為1mm；稀釋度為7%；涂層合金最高硬度為900HV0.1。

4、應(yīng)用范圍：a)軸件修復(fù)；b)新產(chǎn)品，以提高使用壽命。激光表面處理工藝當(dāng)前38頁，總共199頁。3．有色金屬激光涂履激光表面涂覆可以從根本上改善工件的表面性能，很少受基體材料的限制。這對于表面耐磨、耐蝕和抗疲勞性都很差的鋁合金來說尤為重要。但是，有色金屬特別是鋁合金表面實(shí)現(xiàn)激光涂覆比鋼鐵材料困難得多。鋁合金與涂覆材料的熔點(diǎn)相差很大，而且鋁合金表面存在高熔點(diǎn)、高表面張力、高致密度的Al2O3氧化膜，所以，涂層易脫落、開裂、產(chǎn)生氣孔或與鋁合金混合生成新合金，難以獲得合格的涂層。激光表面處理工藝當(dāng)前39頁，總共199頁。3．有色金屬激光涂履研究表明，避免涂層開裂的簡單方法是工件預(yù)熱。一般鋁合金預(yù)熱溫度為300℃～500℃；鈦合金預(yù)熱溫度為400℃～700℃。國內(nèi)對ZL101鋁合金發(fā)動機(jī)缸體內(nèi)壁進(jìn)行激光涂覆硅粉和MoS2，獲得0.1mm～0.2mm的硬化層，其硬度可達(dá)基體的3.5倍。鋁合金的激光熔覆已在國外獲得應(yīng)用。

激光表面處理工藝當(dāng)前40頁，總共199頁。5.激光表面沖擊硬化：以高功率密度的脈沖激光在極短的時間內(nèi)照射金屬表面，使表面金屬劇烈氣化，產(chǎn)生了強(qiáng)的機(jī)械沖擊波和應(yīng)力波，使材料表面硬化。激光表面處理工藝激光沖擊硬化是正在開發(fā)的一種材料表面改性技術(shù)，它不僅可以大大提高材料的強(qiáng)度和硬度，而且能有效提高鋼、鋁、鈦等合金的抗疲勞性能。當(dāng)前41頁，總共199頁。

由于沖擊波持續(xù)的時間短，因而產(chǎn)生的變形很小，適于處理成品零件。如果用激光沖擊硬化處理齒輪和軸承等精加工的工作面，就可以阻止處理部位裂紋的擴(kuò)展。因此，激光沖擊硬化對提高材料的安全性、可靠性和使用壽命具有重要意義。各種材料經(jīng)過激光表面改性處理以后，可以得到硬度很高、晶粒和組織很細(xì)的強(qiáng)化層，它與基體的結(jié)合屬于緊密的冶金結(jié)合。雖然在大多數(shù)情況下不經(jīng)回火而直接裝配使用，卻并不表現(xiàn)出脆性，具有優(yōu)良的性能。激光表面處理工藝當(dāng)前42頁，總共199頁。用激光沖擊波對飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的緊固件進(jìn)行處理，其緊固件的高頻疲勞壽命，處理后比處理前要延長100倍，這對提高飛機(jī)的性能起著決定性的作用。另外，用激光照射鋁合金表面，由于沖擊硬化，鋁合金構(gòu)件的疲勞壽命和焊縫強(qiáng)度得到顯著改善。激光表面處理工藝當(dāng)前43頁，總共199頁。

各種材料經(jīng)過激光表面改性處理以后，可以得到硬度很高、晶粒和組織很細(xì)的強(qiáng)化層，它與基體的結(jié)合屬于緊密的冶金結(jié)合。雖然在大多數(shù)情況下不經(jīng)回火而直接裝配使用，卻并不表現(xiàn)出脆性，具有優(yōu)良的性能。

激光表面改性對性能的影響當(dāng)前44頁，總共199頁。一、力學(xué)性能1．硬度比感應(yīng)熱處理的硬度略高T12鋼：1050HVT8鋼：980HV45鋼：780HV，W19Cr4V高速鋼：1000～1100HV。原因：馬氏體產(chǎn)生變形，馬氏體的細(xì)化、殘余奧氏體的數(shù)量減少和存在碳化物等因素有關(guān)。激光表面改性對性能的影響當(dāng)前45頁，總共199頁。2．疲勞性能

對15MnVN，25CrMnSi等低含碳量的鋼進(jìn)行激光相變強(qiáng)化，疲勞壽命有較大幅度的提高。3．耐磨性能

利用各種激光表面強(qiáng)化方法對鋼進(jìn)行強(qiáng)化，提高耐磨性能的效果是很顯著的。灰口鑄鐵、球墨鑄鐵等材料，經(jīng)過激光表面強(qiáng)化以后，提高耐磨性的效果也是顯著的。

激光表面改性對性能的影響當(dāng)前46頁，總共199頁。二、殘余應(yīng)力

對鋼進(jìn)行激光表面強(qiáng)化以后，能夠造成表面殘余壓應(yīng)力，到一定深度后，殘余應(yīng)力的性質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力。例如，對42CrMo鋼用152W激光互搭掃描后，表面殘余壓應(yīng)力可達(dá)19.6～68.6MPa，到0.1mm深度后轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄嗬瓚?yīng)力，達(dá)到176.5～323.6MPa左右。表面殘余壓應(yīng)力的存在，有利于提高鋼的疲勞強(qiáng)度，推遲鋼鐵零件在工作過程中裂紋的萌生和發(fā)展。

激光表面改性對性能的影響當(dāng)前47頁，總共199頁。激光電鍍：激光可以提高金屬的沉積速度，同等面積可使金屬的電沉積速度提高三個數(shù)量級以上。溫度升高，攪拌作用！激光表面處理工藝當(dāng)前48頁，總共199頁。激光氣相沉積

激光氣相沉積是以激光束作為熱源在金屬表面形成金屬膜，通過控制激光的工藝參數(shù)可精確控制膜的形成。目前已用這種方法進(jìn)行了形成鎳、鋁、鉻等金屬膜的試驗(yàn)，所形成的膜非常潔凈。用激光氣相沉積可以在低級材料上涂覆與基體完全不同的具有各種功能的金屬或陶瓷，這種方法節(jié)省資源效果明顯，受到人們的關(guān)注。

激光表面處理工藝當(dāng)前49頁，總共199頁。激光化學(xué)氣相沉積是將激光照射至TiCl4＋H2＋CO2，或TiCl4＋CH4的混合氣體中，由于激光的熱分解作用，在基體上沉積出TiO2或TiC膜層。激光化學(xué)氣相沉積法是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的一種新型激光技術(shù)，采取此法可進(jìn)行空間選擇的光輻射，在照射區(qū)成膜，只需一道工序就可同時進(jìn)行成膜和圖案的制作，使器件滿足用戶的要求，這是半導(dǎo)體工業(yè)的一次性革命開拓，利用此法可制作金屬、半導(dǎo)體、電介質(zhì)等薄膜。

激光表面處理工藝當(dāng)前50頁，總共199頁。

激光物理氣相沉積是利用激光照射并使陶瓷材料瞬間蒸發(fā)，然后沉積到基體材料表面上，以形成各種陶瓷層，例如，TiN、WC、SiN4、BN、SiAlON陶瓷層等。這種方法可以實(shí)現(xiàn)高性能和小型化的機(jī)械零件（如軸承、滑動零件）高精度和高壽命的要求，陶瓷層的耐磨性和自潤滑性能優(yōu)良。

激光表面處理工藝當(dāng)前51頁，總共199頁。6.2電子束表面改性技術(shù)電子束表面改性技術(shù)與激光技術(shù)一樣，都是近年來迅速發(fā)展起來的表面處理新技術(shù)，它具有節(jié)約能源、防止環(huán)境污染、提高生產(chǎn)率和提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，已在各發(fā)達(dá)國家得到廣泛應(yīng)用。

第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前52頁，總共199頁。電子束技術(shù)概述電子束是一束集中的高速電子。它的速度取決于加速電壓的高低，可達(dá)到光速的2／3左右。具有高的功率和功率密度的電子束撞擊材料表面，可使能量沉積在材料的亞表層區(qū)域，并可形成亞穩(wěn)金屬合金?？稍趲追种幻肷踔燎Х种幻氚呀饘俨牧嫌墒覝丶訜嶂翃W氏體轉(zhuǎn)變溫度或熔化溫度。

第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前53頁，總共199頁。電子束表面改性的特點(diǎn)（1）電子束淬火處理在真空中進(jìn)行，減少了氧化、氮化的影響，可得到純凈、質(zhì)量很好的表面處理層。（2）電子束加熱能量的轉(zhuǎn)換率為80%～90%，能量利用率非常高。并且可以局部淬火和表面合金化，避免了整體加熱，所以應(yīng)用電子束可以大大節(jié)約能源，屬節(jié)能型表面改性法。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前54頁，總共199頁。電子束表面改性的特點(diǎn)（3）電子束淬火時靠金屬基體自行冷卻淬火介質(zhì)，一般也不需要特別的冷卻裝置。（4）由于能量集中、熱作用點(diǎn)小，在加熱時形成的熱應(yīng)力??；由于硬化層淺，組織應(yīng)力也小，所以零件變形小。（5）在進(jìn)行表面合金化時，能在極短的時間內(nèi)達(dá)到一般滲金屬幾小時或幾十小時的滲層效果。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前55頁，總共199頁。電子束表面改性的特點(diǎn)（6）電子束加熱可以用于各種鋼種和鑄鐵的表面硬化以及表面合金化，也適用形狀復(fù)雜的零件的處理，所以用途較為廣泛。（7）電子束功率等參數(shù)可以控制，因此，表面改性的位置、深度等工藝和性能指標(biāo)也能嚴(yán)格控制。

第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前56頁，總共199頁。電子束表面改性方法一、電子束表面相變強(qiáng)化在加熱時，電子束以很高的速度轟擊金屬表面，電子與金屬材料中的原子相碰撞，給原子以能量，使金屬表面溫度迅速升高。由于電子束能量密度高，作用于金屬表面的能量集中，故而溫度梯度很大，當(dāng)表面達(dá)到相變點(diǎn)以上溫度時，基體金屬仍保持冷態(tài)。實(shí)現(xiàn)金屬表面“自淬火”。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前57頁，總共199頁。電子束表面改性方法一、電子束表面相變強(qiáng)化獲得一種超細(xì)晶粒組織。這是電子束快速加熱的最大特點(diǎn)。淬硬層組織的致密性很好，有較高的耐腐蝕性能。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前58頁，總共199頁。二、電子束表面合金化將具有特殊性能的合金元素粉末涂覆在金屬表面上，然后用電子束加熱熔化，或在電子束作用的同時加入所需合金粉末使其熔融在工件表面上，使零件表面形成一層很薄的具有良好性能的合金表面層，從而使金屬表面能獲得很好的耐磨、耐腐蝕及耐熱的性能。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前59頁，總共199頁。二、電子束表面合金化用電子束快速加熱進(jìn)行表面合金化處理，盡管時間很短，但仍完成了液體金屬的混合和合金元素的擴(kuò)散并重新分布的過程，從而獲得了滿意的表面合金化結(jié)構(gòu)與硬度。

第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前60頁，總共199頁。三、電子束表面非晶化電子束表面非晶化處理與激光表面非晶化處理相似，只是所用的熱源不同而已。利用聚焦的電子束所特有的高功率密度以及作用時間短等特點(diǎn)，可在表面的下層受熱最小的情況下，使材料的表面熔化形成小液池，這樣便能獲得極快的冷卻速度。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前61頁，總共199頁。三、電子束表面非晶化如在表層熔化0.025mm深度時，可獲得106℃／S的冷卻速度。由于快速凝固細(xì)化顯微組織，可獲得致密性極好的非晶態(tài)層，這種非晶態(tài)組織具有很高抗腐蝕與抗疲勞的性能。

第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前62頁，總共199頁。四、電子束表面重熔利用電子束轟擊工件表面使表面產(chǎn)生局部熔化并快速凝固，從而細(xì)化組織，達(dá)到硬度和韌性的最佳配合。對某些合金，電子束重熔可使各組成相間的化學(xué)元素重新分布，降低某些元素的顯微偏析程度，改善工件表面的性能。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前63頁，總共199頁。四、電子束表面重熔目前，電子束重熔主要用于工模具的表面處理上，以便在保持或改善工模具韌性的同時，提高工模具的表面強(qiáng)度、耐磨性和熱穩(wěn)定性。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前64頁，總共199頁。五、電子束表面熔覆利用電子束熔覆處理技術(shù)時，向熔化區(qū)添加合金元素，在材料表面產(chǎn)生一些覆蓋層，像一些薄的銀箔、金箔等薄片、金屬絲或者像電沉積層一樣，在熔化區(qū)可得到所希望的化學(xué)成分的覆蓋層。

第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前65頁，總共199頁。6.2.3電子束表面改性技術(shù)的應(yīng)用

從當(dāng)前電子束表面熱改性技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，基本上仍是以鋼和鑄鐵的電子束淬火為主。例如在汽車用的轉(zhuǎn)缸式發(fā)動機(jī)中振動最厲害的頂部密封件的制造，就采用了電子束熔融處理技術(shù)。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前66頁，總共199頁。6.2.3電子束表面改性技術(shù)的應(yīng)用該密封件是有貝氏體組織的鑄鐵材料，不僅要求具有一定的強(qiáng)度和韌性，還要使其側(cè)面和端面具有抗磨性，因?yàn)樗ぷ鲿r其密封面是在鍍硬鉻的次擺線面上滑動。把這個密封面用電子束熔化約3mm深，由于速冷，可得到比任何鑄件都細(xì)的滲碳體組織。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前67頁，總共199頁。6.2.3電子束表面改性技術(shù)的應(yīng)用電子束表面淬火的工件主要有Ｖ型零件，如滑槽的凸緣，導(dǎo)軌的軌道底板，機(jī)床緊固裝置上的導(dǎo)向平面和臺板等；周邊要進(jìn)行淬硬的旋轉(zhuǎn)對稱部件，例如套筒、轉(zhuǎn)動軸、心軸等；錐形外表面或內(nèi)表面要淬硬的旋轉(zhuǎn)對稱部件，例如閥門、錐齒輪等；第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前68頁，總共199頁。5.2.3電子束表面改性技術(shù)的應(yīng)用幾何形狀和外觀規(guī)則或不規(guī)則的特殊零件，如凸輪盤、連接元件、正齒輪圈等；端面淬火的旋轉(zhuǎn)對稱件，如導(dǎo)向圈和推力環(huán)等；工具或其它零件，如沖壓沖頭、擠壓模塊、鍛造模塊、葉片、刀片等。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前69頁，總共199頁。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前70頁，總共199頁。材料表面熱擴(kuò)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(kuò)散到工件表層中，改變表層化學(xué)成分，可得到一擴(kuò)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(diǎn)是表面強(qiáng)化層的形成主要依靠加熱擴(kuò)散的作用，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，它們的成分、組織和性能是逐漸變化的。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前71頁，總共199頁。按接觸介質(zhì)劃分有固體法、液體法、氣體法和等離子法。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。

1．固體法

1）粉末法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。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前72頁，總共199頁。這種方法的早期應(yīng)用是把工件埋入裝有滲層金屬粉末的容器里進(jìn)行加熱擴(kuò)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)，在粉末中加入了防粘結(jié)粉末（如Al2O3）和活化劑（助滲劑）。活化劑一般為鹵化物，如NH4Cl，NH4I等。粉末法的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是效率低，尺寸受限制，溫度高，時間長，基體金屬的強(qiáng)度有一定降低。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前73頁，總共199頁。2）流化床法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，同時通入運(yùn)載氣體（H2，Ar），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。優(yōu)點(diǎn):傳熱性好，滲速快，滲層質(zhì)量高,有利于機(jī)械化和自動化；缺點(diǎn):流化床設(shè)備裝置成本極高，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用大，因此這種方法尚未推廣使用。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前74頁，總共199頁。2．液體法目前世界上采用的較新的液體法熱擴(kuò)滲技術(shù)是鹽浴法，其基本原理是在金屬鹽熔融液體中加入V、Nb、Cr、Ti、Ta等鐵合金粉末，然后把含有較高C，N的鋼件浸入（可預(yù)先進(jìn)行滲碳、氮化或碳氮共滲），在800～1250℃溫度下，經(jīng)過0.5～10h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，從而賦予工件表面高的耐磨性。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前75頁，總共199頁。3．氣體法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(kuò)散的溫度，然后把含有滲入金屬鹵化物（MCl2）的氫氣通入，氣體和表面接觸時，工件表面的金屬和氫本身與MCl2發(fā)生反應(yīng)。氣體滲的優(yōu)點(diǎn)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，勞動條件好。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前76頁，總共199頁。4．等離子法等離子法是利用物質(zhì)的第四態(tài)—等離子體進(jìn)行滲鍍。等離子體是利用低真空下氣體輝光放電獲得的，因?yàn)殡x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。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前77頁，總共199頁。4.1滲硼技術(shù)滲硼是將工件置于含硼的介質(zhì)中，經(jīng)過加熱和保溫，使硼原子滲入其表面，形成硼化物的工藝過程。硼原子半徑為0.82?，與過渡元素原子半徑之比大都大于0.59，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)的碳化物、氮化物的硬度和熱穩(wěn)定性都要高。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前78頁，總共199頁。4.1滲硼技術(shù)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，微量的硼還能增加鋼的淬透性。滲硼原理在滲硼過程中，含硼介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成流體含硼組元，流體含硼組元通過鄰接金屬表面的“邊界層”進(jìn)行外擴(kuò)散，擴(kuò)散到金屬表面并被吸附，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，從而形成有一定深度的滲硼層。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前79頁，總共199頁。滲硼原理由圖Fe-B相圖可知，在α、γ相中溶解硼的能力極微，在1149℃時，γ相中具有最大溶硼量為0.02%，而溶碳量大于2%，氮的溶解度更大。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Fe2B和FeB，這些鐵的硼化物，在高溫時也具有較高的穩(wěn)定性。硼在α－Fe中只能以置換固溶體的形式存在，而在γ－Fe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。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前80頁，總共199頁。滲硼原理因置換固溶體形式的擴(kuò)散比間隙固溶體形式困難得多，因此，硼在γ－Fe中擴(kuò)散速度遠(yuǎn)大于硼在α－Fe中的擴(kuò)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)。4.1.2滲硼工藝方法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。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前81頁，總共199頁。4.1.2滲硼工藝方法(1)固體滲硼

滲劑：供硼劑、活化劑、填充劑組成。

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較多的供硼劑。

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，增加滲層深度，改善滲層組織性能。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前82頁，總共199頁。4.1.2滲硼工藝方法(1)固體滲硼

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。

三方面的作用：1）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?，保證滲層的均勻性；2）產(chǎn)生或保持還原氣氛，以保持滲硼件表面的活性；3）防止?jié)B劑的燒結(jié)，提高滲劑的松散性。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前83頁，總共199頁。4.1.2滲硼工藝方法(1)固體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加熱保溫。它具有設(shè)備簡單、清洗容易的優(yōu)點(diǎn)，適合批量處理。生產(chǎn)上常用的滲硼劑多由硼鐵、碳化硼、無水硼砂和適量的氧化鋁及鹵化物組成。處理溫度在900～1000℃，時間為1～5h。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前84頁，總共199頁。4.1.2滲硼工藝方法(1)固體滲硼1)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落的FeB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。2)膏劑滲硼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)行滲硼，膏劑滲硼尤其適合大件局部處理。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前85頁，總共199頁。4.1.2滲硼工藝方法(1)固體滲硼2)膏劑滲硼在膏劑法滲硼劑中，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)劑有甲基纖維素、水解硅酸乙酯、松香酒精、可溶性淀粉、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。該法滲層均勻致密，表面質(zhì)量好。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前86頁，總共199頁。4.1.2滲硼工藝方法(2)液體滲硼液體滲硼包括電解鹽浴滲硼和非電解鹽浴滲硼。1）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)；但也有滲層欠均勻、坩堝壽命較短等缺點(diǎn)。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前87頁，總共199頁。4.1.2滲硼工藝方法(2)液體滲硼

2）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加入滲硼劑（如B4C）進(jìn)行滲硼。4.1.3滲硼層的組織與性能滲硼后的滲層組織由表向里依次為FeB、Fe2B、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。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前88頁，總共199頁。4.1.3滲硼層的組織與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可達(dá)1400～2000HV，具有極高的耐磨性。試驗(yàn)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，滲硼處理還有比較高的耐腐蝕磨損和泥漿磨損能力。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前89頁，總共199頁。4.1.3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合物（FeB、Fe2B）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)滲硼處理的工件一般可在600℃下可靠地工作。（3）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600℃下硼化物層抗氧化性良好。例如45鋼滲硼后在鹽酸、硫酸水溶液中的耐腐蝕性比滲硼前提高5～14倍。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前90頁，總共199頁。4.1.4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應(yīng)用的表面擴(kuò)滲處理工藝。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、熱鍛模具及某些工夾具等。近年來，滲硼還逐漸擴(kuò)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。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前91頁，總共199頁。4.1.4滲硼的應(yīng)用滲硼還可用于印刷機(jī)凸輪、止推板、各種活塞、離合器軸、壓鑄機(jī)料筒與噴嘴、軋鋼機(jī)導(dǎo)輥、油封滑動軸、塊規(guī)、閘閥和各種拔絲模等。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前92頁，總共199頁。4.2滲金屬滲金屬工藝（DiffusionMetallizing）就是采用加熱的方法，使一種或多種金屬擴(kuò)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層或擴(kuò)散滲層。滲金屬的特點(diǎn)是：滲層是靠加熱擴(kuò)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)合強(qiáng)度是電鍍、化學(xué)鍍等機(jī)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。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前93頁，總共199頁。4.2.1滲鉻滲鉻（Chromizing）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性，提高持久強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度；二是為了用普通鋼材代替昂貴的不銹鋼、耐熱鋼和高鉻合金鋼。（1）滲鉻的方法1）固體粉末滲鉻目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的方法。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前94頁，總共199頁。(1)滲鉻的方法1)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Al2O3（或SiO2）和鹵化銨配成。滲鉻一般為950～1100℃，時間為4～10小時。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。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前95頁，總共199頁。(1)滲鉻的方法1)固體粉末滲鉻（a）固體粉末通氫滲鉻法氫氣促進(jìn)了化學(xué)還原反應(yīng)的進(jìn)行，使之產(chǎn)生更多的活性[Cr]，加快了滲速。例如低碳鋼在1000℃、保溫6h后，可滲55μm。（b）不含鹵化物的滲鉻法主要用于粉末冶金件滲鉻，可防止殘留鹵化物的腐蝕。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前96頁，總共199頁。(1)滲鉻的方法1)固體粉末滲鉻（c）快速滲鉻法利用高頻感應(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，用鉻的電鍍層快速滲鉻等。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前97頁，總共199頁。(1)滲鉻的方法1)固體粉末滲鉻（d）膏劑滲鉻法將滲鉻劑調(diào)成糊狀涂敷在零件上，通過感應(yīng)加熱使[Cr]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。膏劑滲鉻可提高滲鋁劑的利用率，而且可大幅度加快滲鉻速度。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前98頁，總共199頁。(1)滲鉻的方法2)氣體滲鉻氣體滲鉻的反應(yīng)機(jī)理與固體粉末法相似，在密封的電爐中進(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）可在爐外制取，也可在爐內(nèi)放置鉻或鉻鐵粉末，通以Cl2和H2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[Cr]原子而滲入工件表面。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前99頁，總共199頁。(1)滲鉻的方法2)氣體滲鉻如在密封的爐子中通入CrCl2、N2（或H2+N2）對42CrMo進(jìn)行1000℃×4h氣體滲鉻，可獲得40μm的滲層。氣體滲鉻具有滲速快、勞動強(qiáng)度小、滲層質(zhì)量高、表面光潔、無粉塵危害等優(yōu)點(diǎn)，但氫氣易爆炸、氯氣有毒，要注意防護(hù)。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前100頁，總共199頁。(1)滲鉻的方法3)液體滲鉻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、可直接淬火等特點(diǎn)。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TD法）是先將硼砂熔化（740℃），然后將烘干（120～150℃）的鉻粉或碳素鉻粉加人硼砂浴中，升溫到滲鉻溫度把（850～1050℃）時，再將工件放入滲鉻。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前101頁，總共199頁。(2)滲鉻層的性能及應(yīng)用1）抗氧化性能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800℃以上較長時間使用，在900℃仍有一定的抗氧化能力。滲鉻鋼的抗氧化性能較滲鋁鋼更優(yōu)。低碳鋼滲鉻，在700℃時其抗氧化能力可比不滲鉻鋼高1000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高。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前102頁，總共199頁。(2)滲鉻層的性能及應(yīng)用2）耐腐蝕性能工件經(jīng)滲鉻處理后具有良好的耐蝕性，在潮濕空氣、水、強(qiáng)堿液、過熱蒸汽和其他許多介質(zhì)中都有良好的耐蝕性；能耐硫酸和硝酸的浸蝕；但耐鹽酸腐蝕性差。3）耐磨性能含0.25%C的碳鋼滲鉻后表面硬度為1300～1600HV；而1.0%～1.2%Ｃ的碳鋼滲鉻后表面硬度達(dá)1750～1800HV。碳化鉻層具有高硬度、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GCr15鋼還高幾倍，與滲硼層耐磨性相近。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前103頁，總共199頁。(2)滲鉻層的性能及應(yīng)用4）力學(xué)性能滲鉻后普通碳鋼晶粒粗大，靜拉伸強(qiáng)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(qiáng)度。滲鉻可以代替不銹鋼和耐熱鋼用于制造機(jī)械和工具。如：儀表中的葉輪、浮子、彈簧管等零件；還可用于飛機(jī)、船艦、電站的燃?xì)廨啓C(jī)葉片等高溫部件。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前104頁，總共199頁。滲鋁（Aluminizing，Calorizing）(1)滲鋁的方法1）固體粉末滲鋁固體粉末滲鋁是將滲鋁工件埋在粉末狀的滲鋁劑中，然后加熱到900～1050℃進(jìn)行保溫。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，操作方便，特別適合于機(jī)械的零部件；缺點(diǎn)是工件尺寸受到限制，效率不高。滲鋁劑一般由三部分組成：鋁粉或鋁鐵合金粉；氧化鋁粉起稀釋填充和防止金屬粉末粘結(jié)的作用；氯化銨作活化劑。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前105頁，總共199頁。滲鋁（Aluminizing，Calorizing）(1)滲鋁的方法1）固體粉末滲鋁固體粉末滲鋁的工件可以是鋼鐵件，也可以是鎳基和鈷基高溫合金，還可用于鈦合金、銅合金及鉬、鈮等難熔金屬。2）噴鍍滲鋁法把熱噴涂鋁后的工件800～1000℃下保溫5h，讓鋁進(jìn)行擴(kuò)散，稱為噴鍍滲鋁。該處理不僅改善了噴鋁層與基體表面的結(jié)合強(qiáng)度，還提高了噴鋁層的密度。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前106頁，總共199頁。滲鋁（Aluminizing，Calorizing）(1)滲鋁的方法3）料漿滲鋁法料漿滲鋁是由固體粉末滲鋁法發(fā)展而來的一種工藝方法。將滲鋁劑調(diào)糊狀，然后涂刷在工件表面上，在120℃時烘干，再加熱到1000℃左右進(jìn)行擴(kuò)散滲鋁。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前107頁，總共199頁。滲鋁（Aluminizing，Calorizing）(1)滲鋁的方法4）氣體滲鋁法氣體滲鋁是在密封的貫通式爐或井式爐中進(jìn)行的。滲鋁氣氛為鋁的鹵化物，反應(yīng)機(jī)理基本同體粉末法，氣氛可以從爐外通入，也可以在爐內(nèi)制取。該法質(zhì)量穩(wěn)定，效率較高。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前108頁，總共199頁。滲鋁（Aluminizing，Calorizing）(1)滲鋁的方法5）其它滲鋁方法電泳滲鋁法是先用電泳法將鋁粉均勻地沉積在工件表面上，再加熱擴(kuò)散制成鍍層。電泳沉積鋁的溶液是由鋁粉（10m）、無水乙醇和三氯化鋁組成的，配比時按每升乙醇含鋁粉50g、三氯化鋁的5～8g配制。工件為陰極，鋁板為陽極。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前109頁，總共199頁。滲鋁（Aluminizing，Calorizing）(1)滲鋁的方法5）其它滲鋁方法快速電加熱滲鋁法將電流直接通過零件和滲鋁劑或用高頻感應(yīng)將零件加熱，使表面形成滲鋁層。國外有三種快速滲鋁工藝：

1）高頻加熱熱噴涂鋁之后的工件；

2）在滲鋁氣氛中用高頻電流加熱工件；

3）在活性膏劑中用高頻感應(yīng)加熱工件。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前110頁，總共199頁。滲鋁（Aluminizing，Calorizing）(1)滲鋁的方法5）其它滲鋁方法該滲鋁法可使?jié)B鋁周期從幾十小時縮短為幾分鐘甚至幾十秒鐘，且可改善滲鋁層質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，是近十幾年出現(xiàn)的一種滲鋁新工藝。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前111頁，總共199頁。滲鋁（Aluminizing，Calorizing）(2)滲鋁層的性能滲鋁層具有特殊的抗氧化性和耐腐蝕性。1）抗氧化性能一般來說，滲鋁后的鋼與原來未滲鋁的鋼相比，使用溫度可提高200℃。Q235鋼滲鋁后抗高溫氧化性能優(yōu)于0Cr17Mn13Mo2N不銹鋼，與未滲鋁的Q235鋼比較，抗高溫氧化能力提高100倍以上。試驗(yàn)證明，滲鋁層要具有高的抗氧化能力，其含鋁量必須高于12%，最好是32%～33%。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前112頁，總共199頁。滲鋁（Aluminizing，Calorizing）(2)滲鋁層的性能2）耐腐蝕性滲鋁是目前提高鋼材耐硫化物腐蝕最有效的手段之一。在大氣條件下，滲鋁鋼比熱鍍鋅鋼具有更好的耐蝕性。滲鋁鋼的腐蝕量僅是熱鍍鋅鋼的1/10～1/5。把滲鋁鋼和熱鍍鋅鋼在不同的pH值溶液下的耐腐蝕性進(jìn)行比較后知，在pH值2～9范圍內(nèi)，前者的耐蝕性要好得多。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前113頁，總共199頁。滲鋁（Aluminizing，Calorizing）(3)滲鋁的應(yīng)用滲鋁主要用于提高機(jī)件的耐熱耐腐蝕壽命，可用于爐內(nèi)構(gòu)件、煙道、汽車消音器、汽車進(jìn)排氣零部件、高溫石油化工用換熱器、加熱管、熱風(fēng)管、加熱爐排風(fēng)扇、空氣預(yù)熱器和熱處理用設(shè)備，以及一切與H2S、SO2、CO2、H2CO3、HNO3、液N、水煤氣接觸的設(shè)備。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前114頁，總共199頁。4.3共滲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(kuò)散過程，使多種元素同時滲入工件表層的擴(kuò)散滲入工藝。硫氮共滲（Sulphnitriding）硫氮共滲的目的是為了兼顧滲硫、滲氮二者的優(yōu)點(diǎn)，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。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前115頁，總共199頁。4.3共滲硫氮共滲（Sulphnitriding）硫氮共滲的工藝方法有鹽浴法，氣體法、離子法等。經(jīng)氣體硫氮共滲后的金相組織分為三層。最外層是FeS，第二層是以Fe2～3N為主的氮化物白亮層，第三層是氮的擴(kuò)散層。硬度峰值可達(dá)1000HV，由表及里的硬度變化較平緩。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前116頁，總共199頁。4.3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的對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在不潤滑條件下前者使用壽命較后者提高2倍以上；在潤滑條件下，加工低硬度零件時可提高0.5～2倍，加工中硬度零件（310～400HB）時可提高1.5～6倍。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前117頁，總共199頁。4.3共滲硫氮碳共滲（Sulphnitrocarburizing）硫氮碳共滲實(shí)質(zhì)是滲硫與氮碳共滲的結(jié)合。與硫氮共滲相比，其優(yōu)點(diǎn)在于能使低碳鋼零件也得到較好的強(qiáng)化效果。(1)硫氮碳共滲方法硫氮碳共滲有粉末法、膏劑法、氣體法、液體法和離子法。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前118頁，總共199頁。4.3共滲硫氮碳共滲（Sulphnitrocarburizing）(1)硫氮碳共滲方法1)粉末法粉末滲劑：由FeS、K4Fe(CN)6及石墨、木炭等組成。工藝：500～650℃×4～10h。優(yōu)點(diǎn)：簡單易行，成本低。缺點(diǎn)：質(zhì)量不易控制，生產(chǎn)率低，勞動條件差，目前已應(yīng)用不多。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前119頁，總共199頁。4.3共滲硫氮碳共滲（Sulphnitrocarburizing）(1)硫氮碳共滲方法2)膏劑法膏劑配方：37%ZnSO4＋18.5%K2SO4＋18.5%Na2SO4＋2.25%KSCN＋3.75%Na2SO3＋20%的高嶺土和水。工藝：分兩次涂敷0.5～2mm，500～600℃×3～4h共滲。特點(diǎn)：簡單易行，成本低，但質(zhì)量不易控制，目前僅用于特大零件或單件生產(chǎn)等特殊情況。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前120頁，總共199頁。4.3共滲硫氮碳共滲（Sulphnitrocarburizing）(1)硫氮碳共滲方法3)鹽浴法鹽浴硫氮碳共滲是在鹽浴氮碳共滲的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，滲劑以鹽浴氮碳共滲滲劑為基礎(chǔ)，加入適量滲硫劑。鹽浴硫氮碳共滲的溫度一般是540～650℃，時間1～3h。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前121頁，總共199頁。4.3共滲硫氮碳共滲（Sulphnitrocarburizing）(1)硫氮碳共滲方法4)氣體法氣體法硫氮碳共滲有兩種：一種是滴入滲劑的同時通入氨氣，如：三乙醇胺1Kg；乙醇1Kg，再溶入20g硫脲，另外再通入適量的氨氣。工藝一般是540～560℃×（1～3）h。另一種是以丙烷和空氣為載氣，通入5%NH3和0.02%～2%H2S。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前122頁，總共199頁。4.3共滲硫氮碳共滲（Sulphnitrocarburizing）(1)硫氮碳共滲方法4)氣體法工藝一般是500～650℃×（1～4）h。必要時滴入碳當(dāng)量小的煤油或苯，以提高碳勢。氣體法的優(yōu)點(diǎn)是，在質(zhì)量穩(wěn)定性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)良的前提下，基本無公害。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前123頁，總共199頁。4.3共滲硫氮碳共滲（Sulphnitrocarburizing）(1)硫氮碳共滲方法5)等離子法往真空室中通入NH3，并將CS2溶于酒精中再汽化后通入，便可進(jìn)行離子硫氮碳共滲。工藝一般取500～650℃×（1～4）h。離子法的特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)無公害。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前124頁，總共199頁。4.3共滲硫氮碳共滲（Sulphnitrocarburizing）(2)硫氮碳共滲層的組織與性能硫氮碳共滲層中，最外層是5～20μm的FeS、FeS2層；次層為白亮層，由Fe2～3(N,C)、Fe4(N,C)等組成；白亮層下面是過渡層，其中有少量Fe4(N,C)。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前125頁，總共199頁。4.3共滲硫氮碳共滲（Sulphnitrocarburizing）(2)硫氮碳共滲層的組織與性能一層韌而硬度較低的硫化物層，使摩擦接觸表面具有良好的磨合性，同時該層的微孔中可儲存潤滑油，加之硫化物本身干摩擦系數(shù)較低，所以其減摩性、抗膠合性、接觸疲勞強(qiáng)度均優(yōu)于一般的氣體氮碳共滲；此外，由于硫的滲入，改變了Fe2～3(N,C)及Fe4(N,C)的分布狀態(tài)，減小了滲層脆性和剝落傾向；但硫氮碳共滲層的抗磨料磨損能力比氣體氮碳共滲要差一些。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前126頁，總共199頁。4.3共滲4.3.3含硼共滲滲硼層硬度高，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，但亦存在脆性高等缺點(diǎn)，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，改善其脆性，產(chǎn)生了硼和其他元素共滲的各種工藝。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前127頁，總共199頁。4.3共滲4.3.3含硼共滲(1)硼鋁共滲粉末法硼鋁共滲在鋁鐵合金（50%Al）、硼砂和氯化銨等混合物中進(jìn)行。如21%B4C＋4%Na2B4O7＋3%NH4Cl＋72%鋁鐵合金；49%Al2O3＋29.4%B2O3＋19.6%Al＋2%NaF，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)。共滲溫度為800℃以上，1050℃以下，時間為4～6h。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前128頁，總共199頁。4.3共滲4.3.3含硼共滲(1)硼鋁共滲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50%B4C＋50%Na3AlF6＋粘結(jié)劑。硼鋁共滲能明顯地提高疲勞強(qiáng)度，特別是腐蝕疲勞強(qiáng)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。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前129頁，總共199頁。4.3共滲4.3.3含硼共滲(2)硼氮共滲硼原子半徑為0.82?，氮原子半徑為0.75?。對硼而言，氮在鋼中的溶解量大得多，由于氮原子滲入能力強(qiáng)，所形成的滲層和過渡層深，因此，硼氮共滲能降低硬度梯度，減小滲硼層的脆性。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前130頁，總共199頁。4.3共滲4.3.3含硼共滲(2)硼氮共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)成糊狀涂在潔凈的工件表面，涂層厚3～4mm，共滲溫度890℃。氮的滲入減少了滲層的脆性，提高了韌性。5CrMnMo鋼柴油機(jī)連桿模具共滲處理后，壽命提高2～3倍。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前131頁，總共199頁。4.3共滲4.3.3含硼共滲(3)硼釩共滲粉末硼釩共滲滲劑的典型成分有：5%B4C＋5%～8%V2O5＋2%～3%KBF4＋0.5%～1%NH4Cl，SiC為余量，在920～960℃保溫3～4h。硼釩共滲層組織致密，由Fe2B和VC組成，高硬度的VC呈彌散狀態(tài)分布在表層，共滲層具有較高的韌性和很高的耐磨性、抗咬合性、抗氧化性和耐蝕性。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前132頁，總共199頁。4.3共滲鉻鋁共滲鉻鋁共滲或鋁鉻共滲的目的在于提高鋼、鎳鉻合金、銅合金及鈦合金的熱強(qiáng)性。常用的鉻鋁共滲劑由鉻鐵粉（或鉻粉）、鋁鐵粉（或鋁粉）及活化劑組成。共滲溫度為900～1050℃，保溫時間5～15小時。

45鋼鉻鋁共滲后，其塑性及沖擊韌性降低；疲勞強(qiáng)度也有所降低，但在3%NaCl水溶液中的腐蝕疲勞強(qiáng)度則明顯提高。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前133頁，總共199頁。4.3共滲鉻鋁共滲用鉻鋁共滲在鐵絲上獲得鉻鋁覆層制成的電熱絲在850～950℃下工作，壽命達(dá)400～500小時，而滲鋁的鐵絲在800～850℃下工作，壽命僅為120～150小時。經(jīng)共滲處理的鎳基合金Nimonic75在1025℃～1090℃保溫100小時后的氧化增重僅為未處理1/8～1/24。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前134頁，總共199頁。4.3共滲4.3.5鋁硅共滲鋁硅共滲的目的主要是提高鋼、鎳基熱強(qiáng)合金、難熔金屬及其合金以及銅等的耐熱性能和在硫氣氛中的抗高溫氧化能力。目前，在工業(yè)上使用較多的是料漿法鋁硅共滲，滲劑由鋁粉90%＋硅粉10%組成。將滲劑和粘結(jié)劑按一定配比調(diào)制成料漿，經(jīng)噴射到工件后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前135頁，總共199頁。4.3共滲4.3.5鋁硅共滲與固體粉末法相比，由于薄層料漿導(dǎo)熱系數(shù)較大，采用高溫擴(kuò)散（1000～1080℃）時，可在較短時間內(nèi)（4～6小時）獲得厚0.025～0.68mm的共滲層。由于隨保溫時間的增加，料漿層中鋁、硅活性原子通常降低，所以料漿法所獲滲層脆性較低。國內(nèi)曾用此法為飛機(jī)的某些耐熱部件滲鋁硅，使用壽命明顯提高。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前136頁，總共199頁。4.6TD（ToyotaDiffusion）法擴(kuò)散滲入處理4.6.1TD處理工藝TD處理所用設(shè)備與普通外熱式鹽浴爐的結(jié)構(gòu)基本相同，有直接加熱和間接加熱兩種形式。將70%～90%的硼砂放入耐熱鋼坩堝中熔融后，向坩堝中加入可形成欲鍍覆的碳化物的物質(zhì)。例如欲涂NbC時，加入Fe-Nb的合金粉末或Nb2O5粉末，將含碳較高的鋼件浸入此鹽浴中，在800～1200℃保溫1～10h，便得到了碳化物鍍覆表面覆層。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前137頁，總共199頁。4.6TD（ToyotaDiffusion）法擴(kuò)散滲入處理4.6.2碳化物層的組織結(jié)構(gòu)

金相觀察和X射線衍射分析結(jié)果表明，涂層幾乎全由純碳化物組成，無過渡區(qū)出現(xiàn)，碳化物層的成分不受基體金屬的影響。不存在鐵、氧、磷、硫等成分。典型的NbC涂層組織細(xì)小、致密，無疏松、夾雜等缺陷，在顯微鏡下呈白色，基體金屬與碳化物層之間有清晰的界面。對NbC層內(nèi)及層下進(jìn)行的能譜分析結(jié)果表明，NbC層內(nèi)不含碳以外的基體元素，而NbC層下沒有發(fā)生Nb原子向基體的擴(kuò)散。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前138頁，總共199頁。4.6TD（ToyotaDiffusion）法擴(kuò)散滲入處理4.6.3涂層的性能硬度

ＴＤ處理獲得碳化物層的硬度明顯高于淬火硬度、鍍鉻或氮化層的硬度，NbC的硬度約為約為2500HV，VC和TiC的硬度為2980～3800HV。VC、NbC即使在800℃其硬度也高于800HV，經(jīng)高溫加熱再到室溫，其室溫硬度也不降低。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前139頁，總共199頁。4.6TD（ToyotaDiffusion）法擴(kuò)散滲入處理耐磨性以20CrMnTi鋼（固體滲硼后直接淬火）為配對材料，在加磨料及不加磨料兩種情況下，用MM-200磨損試驗(yàn)機(jī)研究了Cr12鋼淬火+低溫回火及TD處理的磨損量。結(jié)果表明，用TD處理涂覆NbC后，耐磨性提高3倍以上。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前140頁，總共199頁。4.6TD（ToyotaDiffusion）法擴(kuò)散滲入處理抗氧化性及耐蝕性抗氧化性的好壞因所涂覆的碳化物種類而不同。VC、NbC在500℃的大氣中幾乎不氧化，但若在600℃保溫1h則有數(shù)微米厚的碳化物完全被氧化。另一方面，以Cr為主體的碳化物（Cr7C3、Cr23C6）涂層即使加熱到900℃也只稍許氧化，顯示出優(yōu)越的抗氧化性。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前141頁，總共199頁。4.6TD（ToyotaDiffusion）法擴(kuò)散滲入處理4.6.4TD法的特點(diǎn)及應(yīng)用用CVD、PVD、TD法都能得到同樣硬的碳化物薄層，但是，PVD需要真空室、等離子系統(tǒng)以及蒸發(fā)源。CVD需要?dú)饷軠p壓的反應(yīng)容器，其排出物污染環(huán)境、有害健康，大多數(shù)經(jīng)CVD處理的工件必須做重新加熱淬火。而且PVD和CVD的設(shè)備價格高。

TD法與其它碳化物被覆法比較，除具有設(shè)備簡單、操作方便、生產(chǎn)能力高、成本低之外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前142頁，總共199頁。4.6TD（ToyotaDiffusion）法擴(kuò)散滲入處理4.6.4TD法的特點(diǎn)及應(yīng)用（1）不論工件形狀如何，都能形成均勻的被覆層，在小孔深處也可以形成被覆層。也可以在工件局部被覆碳化物層。還可以形成其復(fù)合碳化物。（2）被覆后的表面粗糙度與處理前大致相同，如若母材表面加工光滑，處理后可以直接使用。（3）工件因長期工作而使碳化物層磨完時可以多次重新處理。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前143頁，總共199頁。4.6TD（ToyotaDiffusion）法擴(kuò)散滲入處理4.6.4TD法的特點(diǎn)及應(yīng)用（4）鹽浴的主要成分是在高溫下性能穩(wěn)定的硼砂，故幾乎不產(chǎn)生一般熱處理鹽浴出現(xiàn)的氣體。而且鹽浴使用壽命長。（5）所形成碳化物層的組成、性能幾乎不因基體鋼種、處理?xiàng)l件而發(fā)生變化，故其使用性能穩(wěn)定、基體材料選擇廣泛。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前144頁，總共199頁。4.6TD（ToyotaDiffusion）法擴(kuò)散滲入處理4.6.4TD法的特點(diǎn)及應(yīng)用目前，TD處理主要應(yīng)用于模具工業(yè)之中。在板材沖壓，管、線材加工，冷、熱鍛造，橡膠、塑料、玻璃、粉末成型等加工方法中使用的各種模具都已廣泛應(yīng)用了TD處理法。用TD法可使冷作模具壽命提高數(shù)倍到數(shù)十倍，一般來說，這樣大幅度地提高模具壽命是令人難以想象的。第六章表面改性新技術(shù)當(dāng)前145頁，總共199頁。4.6TD（ToyotaDiffus