【正文】 N2）對 42CrMo進(jìn)行 1000℃ 4h氣體滲 鉻，可獲得 40μm的滲層。 低碳鋼滲鉻，在 700℃ 時(shí)其抗氧化能力可比不 滲鉻鋼高 1000倍。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。將滲鋁劑調(diào)糊狀，然后涂刷在工 件表面上，在 120℃ 時(shí)烘干，再加熱到 1000℃ 左右進(jìn)行擴(kuò)散滲鋁。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。滲鋁鋼的腐蝕量僅是熱鍍 鋅鋼的 1/10～ 1/5。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。 優(yōu)點(diǎn)：簡單易行，成本低。工藝一般是 540～ 560℃ （ 1～ 3） h。 第六章 表面改性新技術(shù) （ 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) 含硼共滲 (2) 硼氮共滲 硼原子半徑為 ，氮原子半徑為 。 第六章 表面改性新技術(shù) 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。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。不存在鐵、氧、磷、硫等成分。 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。 （ 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。 第六章 表面改性新技術(shù) TD（ Toyota Diffusion）法擴(kuò)散滲入處理 TD法的特點(diǎn)及應(yīng)用 此外， TD處理法也在切割、切削加工工具以及機(jī) 械零件上得到了應(yīng)用。 （ 2）可方便地通過調(diào)整滲劑氣成分、有關(guān)電參數(shù)和 氣體參數(shù)控制滲層組織。 第六章 表面改性新技術(shù) 等離子體擴(kuò)散滲入方法 （ Plasma Nitrizing） (1) 離子氮化機(jī)理 FeN受到高溫作用和離子的轟擊會按照 FeN→Fe 2N→Fe 3N→Fe 4N的順序分解為低價(jià)氮化 鐵，同時(shí)析出原子氮。主要用 于耐磨耐蝕工件。 第六章 表面改性新技術(shù) 等離子體擴(kuò)散滲入方法 （ Plasma Nitrizing） (4) 離子氮化與其它氮化方法的比較 （ c）用輝光放電直接加熱工件表面，無需輔助加熱 設(shè)備，方便、節(jié)能，又可獲得均勻的加熱溫度。 第六章 表面改性新技術(shù) 等離子體擴(kuò)散滲入方法 （ Plasma Nitrizing） (4) 離子氮化與其它氮化方法的比較 離子氮化與其它氮化方法比較具有如下主要特 點(diǎn)： （ a）化速度快，處理溫度低，熱效率高，熱變形 小。 第六章 表面改性新技術(shù) 等離子體擴(kuò)散滲入方法 （ Plasma Nitrizing） (2) 離子氮化層的典型組織 γ’化合物韌性較好，強(qiáng)度較高，單相的 γ’化合物組 織主要用于承受較大動力載荷又要求耐磨的工作條 件。在輝光放電 中，具有高能量的氮、氫離子轟擊作為陰極的工 件，一部分離子直接為表面所吸附，滲入工件，另 一部分通過陰極濺射轟擊出電子及鐵、氧等原子。 第六章 表面改性新技術(shù) 等離子體擴(kuò)散滲入方法 用等離子體方法進(jìn)行滲鍍有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）由于離子對表面的轟擊可使表面高度活化，加 之離子和隨離子一起沖擊表面的活性原子都易被表 面吸收，因而滲鍍速度快。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。也可以在工件局部 被覆碳化物層。結(jié)果表明，用 TD處理涂覆 NbC后，耐磨性 提高 3倍以上。 例如欲涂 NbC時(shí)，加入 FeNb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) 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。 第六章 表面改性新技術(shù) 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＋ %～ 1%NH4Cl， SiC為余量，在 920～ 960℃ 保溫 3～ 4h。 第六章 表面改性新技術(shù) 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。工 藝一般取 500～ 650℃ （ 1～ 4） h。 鹽浴硫氮碳共滲的溫度一般是 540～ 650℃ ， 時(shí)間 1～ 3h。 第六章 表面改性新技術(shù) （ 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。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Sulphnitriding） 硫氮共滲的工藝方法有鹽浴法，氣體法、離 子法等。 第六章 表面改性新技術(shù) （ 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。工件為陰極，鋁板為陽極。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) (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。工件經(jīng)滲鉻后可在 800℃ 以上較長時(shí)間使用，在 900℃ 仍有一定的抗氧 化能力。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。這種方法 大大縮短了工藝周期，并保持零件心部性能不 變。 第六章 表面改性新技術(shù) (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(shí)間進(jìn)行滲鉻。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。此外，滲硼 處理還有比較高的耐腐蝕磨損和泥漿磨損能 力。電解時(shí)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。該法質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡 便，已在生產(chǎn)中應(yīng)用。 第六章 表面改性新技術(shù) 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。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(shí)也具有較高的穩(wěn)定性。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?；罨瘎┮话銥辂u化物，如 NH4Cl， NH4I等。 把這個(gè)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。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) 一、電子束表面相變強(qiáng)化 獲得一種超細(xì)晶粒組織。 第六章 表面改性新技術(shù) （ 3）電子束淬火時(shí)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。 激光表面處理工藝 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。 激光表面改性對性能的影響 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(gè)數(shù)量級以上。 激光表面改性對性能的影響 一、力學(xué)性能 1．硬度 比感應(yīng)熱處理的硬度略高 T12鋼： 1050HV T8鋼： 980HV 45鋼： 780HV， W19Cr4V高速鋼： 1000～ 1100HV。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。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。 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 。 激光表面處理工藝 1．激光包覆 英國已采用計(jì)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%。用連續(xù)波激光加熱固體有可能形成單相硅化物?？色@得理想合金或亞穩(wěn)態(tài)合金。 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%。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。 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 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。 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。 激光表面處理工藝 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。 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? 固態(tài)相變 /熔化 /蒸發(fā) 加熱速度快： 105109℃ /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 激光束表面處理技術(shù) ?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)。 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 ?。坏诙邮请[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 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。 激光表面處理工藝 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。輥面上需使用程控鉆床打出 個(gè) 。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)。 （ 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(shí)采用表面合金化可使成本大大降低。 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)。但所有這些方法都不能令人滿意。 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 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 。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 ～ ， 其硬度可達(dá)基體的 。 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。 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。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