熱擴(kuò)滲概述課件

第六章熱擴(kuò)滲定義：將工件放在特殊介質(zhì)中加熱，使介質(zhì)中某一種或幾種元素滲入工件表面，形成合金層(或摻雜層)的工藝，稱為熱擴(kuò)滲技術(shù)，又稱為熱滲鍍技術(shù)或化學(xué)熱處理技術(shù)。能進(jìn)行熱擴(kuò)滲的材料包括碳、氮、硼、鋅、鋁、鉻、釩、鈮、硅、硫和這些元素的多元共滲等。第一節(jié)熱擴(kuò)滲技術(shù)的基本原理一、熱擴(kuò)滲層形成的基本條件

1滲入元素必須能夠與基體金屬形成固溶體或金屬間化合物。2欲滲元素與基材之間必須有直接接觸。3被滲元素在基體金屬中要有一定的滲入速度。二、滲層形成機(jī)理1產(chǎn)生滲劑元素的活性原子并提供給基體金屬表面。2滲劑元素的活性原子吸附在基體金屬表面上，隨后被基體金屬所吸收，形成最初的表面固溶體或金屬間化合物，建立熱擴(kuò)滲所必須的濃度梯度。3滲劑元素原子向基體金屬內(nèi)部擴(kuò)散，基體金屬原子也同時向滲層中擴(kuò)散，使擴(kuò)滲層增厚，即擴(kuò)滲層成長。三、擴(kuò)滲層的組織特征1將金屬A放在B粉末中擴(kuò)滲時，B滲入A中形成α固溶體，此時B在A中的濃度分布如圖中的曲線1所示；2當(dāng)B在A中的濃度到達(dá)飽和平衡濃度Co時如圖中的曲線2所示，將形成新相AnBm，濃度處于C1極小和C1極大之間，如圖5.1(b)中的曲線3所示。3隨著B元素的不斷滲入，將會出現(xiàn)新相β。擴(kuò)滲結(jié)束時B原子濃度分布如圖)中的曲線4所示。滲層的最終組織如圖(c)所示，由外表向內(nèi)依次為β-AnBm-α-基材A。四、熱擴(kuò)滲工藝的分類第二節(jié)熱浸鍍一、定義熱浸鍍鋅或鍍鋁就是將鋼材或工件浸漬到熔融鋅液或鋁液中，使鋼材或工件表面形成鋅及鋅鐵合金層或鋁及鋁合金層的方法。二、熱浸鍍的特點及應(yīng)用領(lǐng)域1熱浸鍍具有生產(chǎn)成本低、效率高、操作簡單、生產(chǎn)工藝可靠、易于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化等優(yōu)點，應(yīng)用非常廣泛。2熱浸鍍鋅不僅能提高工件在大氣、水、硫化氫及一些有機(jī)介質(zhì)中的抗腐蝕能力，而且還能獲得比電鍍鋅更高的硬度和耐磨性。廣泛應(yīng)用于在大氣和海洋中工作的鋼鐵工件上，如水管、鐵塔型材和螺栓。3熱浸鍍鋁是一種既可以保持工件的基體韌性，又可以提高表面的抗氧化和耐腐蝕能力的方法。熱浸鋁比熱浸鋅更耐大氣腐蝕，主要用于汽車排氣管、消音器、高速公路護(hù)欄、鐵塔型材以及建筑物的屋頂板等。三、熱浸鍍組織形成過程以熱浸鍍鋁為例：1當(dāng)液態(tài)鋁與鐵接觸時，首先在鐵-鋁的分界上形成鐵鋁合金層并產(chǎn)生FeAL相化合物；然后，鋁原子向鐵內(nèi)擴(kuò)散，鐵原子向外擴(kuò)散使FeAl3相層厚度增加；2隨著鋁繼續(xù)向內(nèi)擴(kuò)散，形成Fe2Al5相并沿擴(kuò)散方向長大成橫跨若干晶粒的粗大柱狀晶體。3工件從鋁液中取出時表面粘附一層純鋁。4滲層組織由表向里是純鋁相、FeAl3相化合物和Fe2Al5化合物。同理，鋼鐵件在熱浸鋅后由表向里的滲層組織依次為：Zn、FeZn13相、FeZn7相和Fe4Zn21相。四、熱浸滲的工藝方法1.氫還原法，即森吉米爾(Sendzimir)法⑴氫還原法熱浸滲是將鋼板或鋼帶先通過氧化爐燒掉表面的油、脂，入還原爐去除氧化膜，氣體保護(hù)冷卻然后進(jìn)入熱浸鍍鍋。⑵氫還原法取消了酸堿洗和溶劑處理等表面預(yù)處理方法，整個過程可自動控制。環(huán)保?。、菤溥€原法工件可帶溫進(jìn)入鍍液，鍍液溫度穩(wěn)定，減少了熱浸鍋的熱應(yīng)力，壽命↑。帶溫進(jìn)入鍍液，縮短了熱浸滲時間。1-開卷機(jī)；2，12-剪切機(jī)；3-焊機(jī)；4-張力調(diào)節(jié)器；5-氧化爐；6-還原爐；7-冷卻段；8-鍍鍋；9-冷卻帶；10-化學(xué)處理；11-卷取機(jī)；13-平整機(jī)；14-廢料糟；15-涂油機(jī)；16-平臺2.溶劑法⑴溶劑法熱浸滲就是先將經(jīng)常規(guī)方法去油除銹清洗后的清潔工件進(jìn)行溶劑處理，干燥后再將工件浸入欲滲金屬熔液中，保溫數(shù)分鐘后抽出，水冷。⑵溶劑處理的目的是：①去除在清洗過程中工件表面未完全清洗掉的殘存鐵鹽；②將經(jīng)除銹去油清洗后生成的銹溶解掉；③活化工件表面，提高欲滲金屬液浸潤鐵基體的能力，提高浸鍍層的結(jié)合力。⑶干法熱浸鋁采用的溶劑配方為4%K2ZrF6，處理溫度50～80℃。工業(yè)常用鋁液成分和浸鍍工藝注：常用熱浸鍍鋅工藝為440～465℃，保溫數(shù)分鐘。

序號鋁液成分浸鍍工藝備注溫度℃時間min1Al100%760-78010-30粘鋁偏多2Al88-92%,Fe12-8%680-80015-60鐵鍋和工件的溶解少3Al94-98%,Si6-2%720-78020-30鋁液流動性好五、影響熱浸鍍鋁層厚度和性能的因素⑴鋼的化學(xué)成分：鋼中碳、硅含量↑，鍍層厚度↓；鉻、錳也使鍍層厚度↓。⑵鍍液成分：鋅能↑鋁液與鋼基的反應(yīng)速度和鍍層的附著性。硅↑鋁液的流動性，↓鍍層厚度和硬度。鐵會增大鋁液粘度，↑鍍層厚度，↓耐蝕性。⑶溫度：溫度↑，鍍層厚度↑，但Fe2Al5相也急劇增加，塑性降低。溫度↑，浸鋁鍋壽命↓。常用的浸鋁溫度700~800℃。⑷浸鍍時間：鍍層厚度隨浸鋁時間↑而呈對數(shù)曲線↑，一般為10~20min。

⑸從鋁液中抽出的速度越高，純鋁層越厚。⑹耐高溫氧化工件，必須進(jìn)行擴(kuò)散退火，一般是在900~980℃的空氣加熱爐內(nèi)保溫4~6h，使?jié)B鋁層表面形成連續(xù)而致密的Al2O3膜，保護(hù)基體不繼續(xù)氧化，同時增加滲鋁層的厚度。六、熱浸鍍鋁存在的主要問題及措施1．漏鍍；直接導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。⑴表面去污不凈，特別是脫脂不徹底?！訌?qiáng)清洗環(huán)節(jié)⑵助鍍效果不好（表面氧化）會產(chǎn)生漏鍍。→鍍鋁常用氟化鹽。但是對鍍多元鋁合金則復(fù)雜的多，必須在大量實驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。⑶鋁液表面的氧化層以及鋁液中的氧化物在鋼鐵件浸入鋁液時常常會附著在工件表面，阻止鋁的滲入，最終形成漏鍍?！阡X液表面加覆蓋鹽，以避免鋁液的氧化。對防止漏鍍有較好的效果。但覆蓋鹽法工藝復(fù)雜、成本高且需后續(xù)處理，而且隨著覆蓋鹽的老化效果急劇下降。→加入抗氧化劑，使鋁液表面迅速形成一層極薄的抗氧化薄層，阻止鋁液進(jìn)一步氧化?？蛇_(dá)到消除漏鍍的目的。⑷鋁液中的氣泡附在工件表面上時，也會形成漏鍍?！ㄆ谶M(jìn)行除氣或使工件在鋁液中上下移動可使氣泡脫離上浮。2．滴瘤、堵孔及厚度不均勻；不僅影響鍍件的表面質(zhì)量、鍍件的尺寸精度，同時亦為后續(xù)的安裝過程帶來一系列問題。⑴原因之一是鋁液的流動性不佳?！杩筛纳其X液的流動性，但又抑制鋁鐵間的反應(yīng)適量?！尤脞?、鑭，不僅可以提高鋁液的流動性，還可以降低鋁液中的氧化物含量，使鍍件表面更光亮、平整。⑵原因之二是鋁液溫度不均勻。因為溫度影響鋁液的粘度。→利用計算機(jī)群控技術(shù)，采用多段加熱、多頭控溫，以確保鋁液溫度