【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 4Cl， NH4I等。 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) 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。 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(dòng)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) 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 ～ 10h的時(shí)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) 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(shí)，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(duì) 異形件和小孔結(jié)構(gòu)的滲鍍效果好，且無(wú)粉塵， 勞動(dòng)條件好。 第六章 表面改性新技術(shù) 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(chǎng) 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) 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 ，與過渡元素原子半徑 之比大都大于 ，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、 TiB 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) 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。 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) 由圖 FeB相圖可知，在 α、 γ相中溶解硼 的能力極微，在 1149℃ 時(shí)， γ相中具有最大溶 硼量為 %，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(shí)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) 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)。 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) 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) 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) 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(jiǎn)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(wú)水 硼砂和適量的氧化鋁及鹵化物組成。處理溫度 在 900～ 1000℃ ，時(shí)間為 1～ 5h。 第六章 表面改性新技術(shù) 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(jiǎn) 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) 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。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(duì)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) 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(guó) 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(shí)浸在熔融硼砂中的工件作 陰極，容器或石墨棒為陽(yáng)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) 滲硼工藝方法 (2) 液體滲硼 2）非電解鹽浴滲硼是目前國(guó)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。 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) 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～ 2023HV，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) 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(duì) 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) 滲硼的應(yīng)用 近年來，在滲硼領(lǐng)域里，人們?cè)跐B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) 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。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) 滲鉻 滲鉻（ Chromizing）的目的主要有兩個(gè)： 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) (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。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(shí)間 為 4～ 10小時(shí)。 固體粉末滲鉻工藝雖然簡(jiǎn)單，但由于其加熱 溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng)、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) (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) (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(shí)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。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。 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。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) (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) (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+N2）對(duì) 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(dòng)強(qiáng)度小、滲層質(zhì) 量高、表面光潔、無(wú)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) (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(jiǎn)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