表面擴滲新技術(shù)

表面擴滲新技術(shù)14115336陶國強科學(xué)11-2班緒論

表面擴滲是將置于一定的活性介質(zhì)中加熱到一定的溫度，是預(yù)定的金屬和非金屬向工作表層擴散滲入，形成一定厚度的擴散層，以改變表層的成分、組織和性能，

分解滲劑通過一定溫度下的化學(xué)反應(yīng)或蒸發(fā)作用，形成含有一定介質(zhì)的活性介質(zhì)，再通過活性原子在滲劑中的擴散運動達(dá)到工件表面。滲入元素的活性原子吸附于工件表面并發(fā)生相界面反應(yīng)吸收擴散吸附的活性原子從工件的表面向內(nèi)部擴散，并與金屬基體形成固溶體化合物（1）基本過程（2）主要特點改善工件表面的綜合性能；對被滲工件的幾何形狀和尺寸影響很小，工件變形小、精度高尺寸穩(wěn)定性好；可通過選擇和控制滲入元素和滲層深度，使工件表面獲得不同性能；不收工件形狀的局限；可節(jié)約貴重金屬，降低成本；多數(shù)表面擴滲工藝復(fù)雜，處理周期長，對設(shè)備要求較高。根據(jù)滲入元素介質(zhì)所處的狀態(tài)不同固體法、液體法、氣體法、等離子法滲入非金屬元素、滲入金屬元素、滲入金屬-非金屬和擴散消除雜質(zhì)元素等按工件表面化學(xué)成分的變化特點（3）分類1）

滲金屬

滲金屬是采用加熱的方法，是一種或多種金屬擴散入工件表面合金層。這一表面層稱為滲層或擴散滲層。

滲金屬的主要特點是：滲層是靠加熱擴散形成的，滲層與集體結(jié)合牢固，結(jié)合強度高；滲層具有與基體金屬不同的成分和組織，因而可獲得特殊的性能。

常用方法：氣相滲金屬法、固相滲金屬法

滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫滲鋁

工件經(jīng)滲鋁后具有很高的抗高溫氧化與抗燃?xì)鈴?fù)試能力在大氣硫化氫堿和海水等介質(zhì)中具有良好的耐腐蝕性能。

主要用于鋼鐵材料，鐵基粉墨冶金銅合金和鈦合金。

主要方法有粉末滲鋁熱浸滲鋁，氣體滲鋁熱噴涂滲鋁靜電噴涂滲鋁電泳沉積滲鋁料漿滲鋁等。

其中應(yīng)用最多的是粉末滲鋁和熱浸滲鋁。滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫粉末滲鋁是將工件置于裝有主要成分為鋁粉鋁鉄合金或鋁鉬合金粉末氯化物或其活性劑氧化鋁等粉末混合物的專用得易熔合金密封的料罐中通過化學(xué)氣相反應(yīng)和熱擴散作用形成滲鋁層。熱浸滲鋁是將工件浸入熔融的主要由工業(yè)純鋁和少量的鐵組成并加有硅的鋁浴中，借助于熔融的鋁液與工件表面材料的材料互溶而形成富鋁的合金層其最大特點是生產(chǎn)周期短操作方便成本低不需復(fù)雜設(shè)備。兩種方法都需進(jìn)行擴散退火，以降低脆性和表面鋁濃度使?jié)B層與基體結(jié)合的更緊密。滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫滲鉻滲鉻穆鉻的目的主要有兩個：―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‘二是為了用普通鋼材代替昂貴的不銹鋼耐熱鋼和高鉻合金鋼,滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫滲鉻方法主要有固體液體和氣體滲鉻三種,人造心臟人造關(guān)節(jié)滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫固體滲鉻有粉末裝箱滲鉻和膏劑滲鉻等,其中常用粉末滲鉻劑的主要成分為鉻粉或鉻鐵合金粉末。氯化物或其活性劑,氧化鋁(惰性添加劑)等的粉末狀混合物；液體滲駱在含有活性鉻原子的鹽浴中進(jìn)行,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。主要有硬砂鹽浴滲鉻和氯化物鹽浴滲鉻兩類；固體滲鉻液體神格氣體滲鉻在多為鉻的氟化物和氯化物的氣體滲鉻介質(zhì)中進(jìn)行。具有滲速快、勞動強度小，滲層質(zhì)量高,有表面光潔,氣體有毒性及腐蝕性等特點。滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫滲釩.滲鈮.滲鈦

原理：釩.鈮.鈦鉭等金屬元素可與鋼中碳原子結(jié)合，在表面形成碳化物型滲層.適用于高碳鋼.為獲得碳化物層,基體的含碳量必須超過045%.

工藝方法：鹽浴法.粉末法和氣體法。其中硼砂鹽浴法應(yīng)用最多.滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫滲釩內(nèi)模滲釩劑滲鈮滲鈦滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫硼砂鹽浴法

也叫硼砂浴覆層法,是在硼砂中加人欲滲金屬。這些金屬在硼砂浴中以高度彌散態(tài)懸浮,以硼砂為載體在高溫下通過鹽浴本身的不斷對流與被處理工件表面接觸、吸附并向內(nèi)擴散;與此同時.基體中的碳向表面遷移,從而在表面獲得碳化物覆層.碳化物滲層具有熔點高.硬度極高.熱穩(wěn)定性好.抗咬合性及磨性和耐蝕性優(yōu)良滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫滲硼

定義：滲硼是把工件置于含有硼原子的介質(zhì)中，加熱到一定溫度，保溫一段時間，通過化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng),使硼原子滲入工件表層形成一層堅硬的硼化物滲層.目的：滲硼主要是為了提高金屬表面的硬度.耐磨性.耐蝕性和抗高溫氧化性:可用于鋼鐵材料.硬質(zhì)合金.金屬陶瓷和某些有色金屬如鈦鉭和鎳基合金:滲硼工件滲硼最合適的鋼種為中碳鋼及中碳合金鋼,滲硼后為了改善基體的力學(xué)性能,應(yīng)進(jìn)行淬火+回火處理,有色金屬滲硼通常是在非晶態(tài)硼中進(jìn)行的,有色金屬如鈦:及其合金必須在商純氬或高真空中進(jìn)行,且必須在滲硼前對非晶碰進(jìn)行除氧大多數(shù)難熔金屬都能滲硼,滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫滲硼工藝手段

主要有固體液體氣體和等離子滲硼。（工業(yè):上最常用的是固體和液體滲硼.）固體滲硼在本質(zhì)屬于氣態(tài)催化反應(yīng)的氣相滲硼,供硼劑在高溫和活化劑的作用F形成氣態(tài)硼化物。它在工件表不斷化合與分解,釋放出活性硼原子并不斷被工件表面吸附并向工件內(nèi)擴散,形成穩(wěn)定的鐵的硼化物層.種類：粉末法、粒狀法、膏劑法滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫?液體滲硼

液體滲硼又叫鹽浴滲硼,是將工件放在硼砂和還原劑組成的鹽浴中進(jìn)行的。?氣體滲硼

氣體滲硼與固體滲硼的區(qū)別是供硼劑為氣體,氣體滲硼需用易爆的憶硼烷或有毒的氯化硼,故沒有用于工業(yè)生產(chǎn)。等離子滲硼

可以用氣體滲硼類似的介質(zhì).這一領(lǐng)域已進(jìn)行了研究,但還沒有在工業(yè)上應(yīng)用。滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫滲硅

定義：滲硅是將含硅的化合物通過置換還原和熱分解得到的活性硅,被材料表面所吸附并向內(nèi)擴散,從而形成含硅的表層

目的：提高工件的耐蝕性穩(wěn)定性硬度和耐磨性。

場所:可在粉末.鹽浴或氣體介質(zhì)中進(jìn)行,也可在真空或流態(tài)床中進(jìn)行滲金屬、滲硅、滲硼、滲硫滲硫

滲硫的目的是在鋼鐵工件表面生成FeS(或FeS2+FeS)薄膜,以降低摩擦系數(shù),提高抗咬合性能,一般滲硫應(yīng)在淬火滲碳,軟氮化等工藝之后進(jìn)行。

由于滲硫?qū)訉嵸|(zhì)上是由FeS(或FeS2+FeS))組成的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜,因此對于有色金屬及表面具有氧化物保護(hù)薄膜的不銹鋼等不適用。

各種滲硫方法中,應(yīng)用較多的是低溫液體電解滲硫共滲和復(fù)合滲定義：共滲是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,使多種元素同時滲入工件表層的表面擴滲工藝；復(fù)合滲則是把工件先后分別置于相應(yīng)滲劑中經(jīng)數(shù)次加熱擴散過程,使多種元素先后然工件表面的表面擴滲工藝。目的：吸收各種單元素的優(yōu)點,彌補其不足之處,使工件表面達(dá)到更高的綜合性能指標(biāo)共滲和復(fù)合滲含鋁共滲與復(fù)合滲（1）含鋁共滲與復(fù)合滲-下表（2）鋁稀土共滲

1）稀土的作用:改變滲劑的特性;催滲;改善滲層性能,2）方法：固體法和電泳法3）特點：鋁稀土共滲層表面氧化膜的致密度和塑性較高,具有更高的耐蝕性和熱勞抗力共滲和復(fù)合滲共滲和復(fù)合滲含鉻共滲與復(fù)合滲共滲和復(fù)合滲含硼共滲與復(fù)合滲

（1）碳硼復(fù)合滲:先滲碳后滲硼的工藝,它結(jié)合了滲碳層的優(yōu)點(高接觸疲勞強度和高耐磨性)和滲硼層的優(yōu)點(高硬度、高紅硬性和優(yōu)良的抗黏著磨損能力)預(yù)滲碳能提高滲硬的速度,碳碳共滲已在工業(yè)生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。

（2）氮硼復(fù)合滲：可先滲氮冷至室溫后再滲硼,也可在含供氮劑和供硼劑的滲劑中滲氮后,再升溫滲硼。

共滲和復(fù)合滲（2）氮硼復(fù)合滲

特點：對提高滲硼速度來說,先滲氮和先滲碳具有相同的效應(yīng),氮硼復(fù)合滲既保持滲硼層高的硬度,又比滲硼層脆性低,抗鹽酸腐蝕性能比不銹鋼好。（3）硼鋁共滲與復(fù)合滲

鋼鐵和鎳基合金硼鋁共滲的目的是提高耐磨性和耐熱性,硬鋁復(fù)合滲的目的也是為了獲得硬度高耐磨性好抗氧化性好的表面層。

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