【正文】 （ b）離子滲氮不生成脆性相，滲層致密，提高了滲 氮件的耐磨性、耐蝕性和抗疲勞性能。 ε化合物耐磨和耐蝕性好，但脆性大。 濺射出的鐵原子與附近的活性氮原子結(jié)合，形成 FeN，被工件吸收。例如，在指定的溫度和 氮化層深度時(shí)，離子滲氮比氣體滲氮的時(shí)間縮短 1 倍。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。還可以形成其復(fù)合碳化物。 第六章 表面改性新技術(shù) TD（ Toyota Diffusion）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。 第六章 表面改性新技術(shù) TD（ Toyota Diffusion）法擴(kuò)散滲入處理 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。 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。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。 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(shí)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。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) （ 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(shí)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： 500～ 650℃ 4～ 10h。 經(jīng)氣體硫氮共滲后的金相組織分為三層。在大氣條件下，滲鋁鋼比熱鍍鋅鋼 具有更好的耐蝕性。 第六章 表面改性新技術(shù) （ 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。 第六章 表面改性新技術(shù) （ 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。 滲鉻可以代替不銹鋼和耐熱鋼用于制造機(jī)械 和工具。滲鉻鋼的抗氧化性能較滲鋁鋼更優(yōu)。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。快速滲鉻的方法很多，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。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。 第六章 表面改性新技術(shù) 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(dòng)軸、塊規(guī)、閘閥和各種拔絲模 等。 第六章 表面改性新技術(shù) 滲硼層的組織與性能 （ 2）高的紅硬性。電解 滲硼速度快、滲劑便宜。 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。 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。 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。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。 粉末法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)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(shí)間長(zhǎng)，基體金屬的強(qiáng)度 有一定降低。 第六章 表面改性新技術(shù) 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(tái)板等； 周邊要進(jìn)行淬硬的 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱部件 ，例如套筒、 轉(zhuǎn)動(dòng)軸、心軸等；錐形外表面或內(nèi)表面要淬硬的 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱部件，例如閥門、錐齒輪等； 第六章 表面改性新技術(shù) 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(duì)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) 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。這是電子束快速 加熱的最大特點(diǎn)。 （ 4）由于能量集中、熱作用點(diǎn)小，在加熱 時(shí)形成的熱應(yīng)力?。挥捎谟不瘜訙\，組織 應(yīng)力也小，所以零件變形小。 第六章 表面改性新技術(shù) 電子束是一束集中的高速電子。 溫度升高，攪拌作用！ 激光表面處理工藝 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。 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)。 因此，激光沖擊硬化對(duì)提高材料的安全性、可靠性 和使用壽命具有重要意義。 激光表面處理工藝 3．有色金屬激光涂履 研究表明，避免涂層開裂的簡(jiǎn)單方法是工件 預(yù)熱。 激光表面處理工藝 應(yīng)用實(shí)例： 寬帶激光熔覆 NiWC復(fù)合涂層 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。另外，在制造電接觸器時(shí)，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 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(shí)，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。 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(jiǎn)化工藝和節(jié)約昂貴的整體合金。 激光表面處理工藝 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(shí)稱之為激光上釉，是非晶態(tài)金屬獲得的一個(gè)重要手段。 激光表面處理工藝 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(shí)間，保證了產(chǎn)品質(zhì) 量。 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)?1～ 4μm。 工藝： 激光輸出功率 ，掃描速度22mm/s，光斑直徑 3mm。 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)。表面改性技術(shù) 教師：強(qiáng)穎懷 學(xué)院：材料學(xué)院 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(jìng)爭(zhēng) 提高制品的性能和壽命 獲得極大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益 激光束表面處理技術(shù) 相位一致 方向性好 波長(zhǎng)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 激光束表面處理技術(shù) ?激光束表面處理：采用激光對(duì)材料表面進(jìn)行改性的一種表面處理技術(shù)。 激光表面處理工藝 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。 激光表面處理工藝 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(zhǎng)板條馬氏體和其間不連續(xù)分布的奧氏體所組成；除位錯(cuò)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；硬化層深為 ；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。 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(shí)把表面層細(xì)化。印刷郵票用的輥式打孔器，輥外徑為 365mm，長(zhǎng) 645mm，壁厚 ；輥筒材料為 50鋼。 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。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。 激光表面處理工藝 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(duì)添加層的稀釋，可獲得具有原來特性和功能的強(qiáng)化層。 激光表面處理工藝 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。 工藝：激光輸出功率為 ，掃描速度為 3mm/min，送粉率為 9g/min，光斑尺寸為 15mm 。一般鋁合金預(yù)熱溫度為 300℃ ～ 500℃ ； 鈦合金預(yù)熱溫度為 400℃ ～ 700℃ 。 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。 激光表面改性對(duì)性能的影響 2．疲勞性能 對(duì) 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。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。 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。 （ 5）在進(jìn)行表面合金化時(shí)，能在極短的 時(shí)間內(nèi)達(dá)到一般滲金屬幾小時(shí)或幾十小時(shí) 的滲層效果。 淬硬層組織的致密性很好，有較高的耐腐 蝕性能。 對(duì)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) 第六章 表面改性新技術(shù) 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(shí)表面上還會(huì) 形成化合物層 ，從 而獲得所需的組織和性能。 第六章 表面改性新技術(shù) 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(shí)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。 第六章 表面改性新技術(shù) 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。 第六章 表面改性新技術(shù) 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)。 第六章 表面改性新技術(shù) 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。 第六章 表面改性新技術(shù) 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 滲劑能涂附于金屬表面。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)。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。 第六章 表面改性新技術(shù) 滲金屬 滲金屬工藝（ Diffusion Metallizing）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。滲鉻一般為 950～ 1100℃ ，時(shí)間 為 4～ 10小時(shí)。 第六章 表面改性新技術(shù) (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。 第六章 表面改性新技術(shù) (1) 滲鉻的方法 2) 氣體滲鉻 如在密封的爐子中通入 CrCl N2（或 H2+