【正文】 （ e）用普通方法難以氮化的不銹鋼、鈦等都可進(jìn)行 離子氮化。 第六章 表面改性新技術(shù) 等離子體擴散滲入方法 （ 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： （ a）化速度快，處理溫度低，熱效率高，熱變形 小。 （ b）疲勞強度 氮化可以提高疲勞強度，且隨氮化 層深度的增加而增加。 第六章 表面改性新技術(shù) 等離子體擴散滲入方法 （ Plasma Nitrizing） (3) 鋼離子氮化后的性能 （ a）硬度 鋼經(jīng)離子氮化后表面硬度的提高是明顯 的。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。（ Fe4N）化合物＋擴散層； （ c） ε化合物（ Fe3N）＋擴散層； （ d） ε化合物＋ γ39。離子的轟擊還可使材料生成晶格缺陷，促進(jìn) 氮的擴散。 第六章 表面改性新技術(shù) 等離子體擴散滲入方法 （ Plasma Nitrizing） (1) 離子氮化機理 FeN受到高溫作用和離子的轟擊會按照 FeN→Fe 2N→Fe 3N→Fe 4N的順序分解為低價氮化 鐵，同時析出原子氮。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) 等離子體擴散滲入方法 離子氮化 （ Plasma Nitrizing） 輝光離子滲氮簡稱離子氮化，是把被處理的工件放 在真空室，抽真空至 ～ ，然后充以稀薄的含 氮氣體，在陰陽極間加上直流高壓后，氣體被電離而 發(fā)生輝光放電，放電過程中氮離子在高壓電場的作用 下，沖向陰極表面，產(chǎn)生大量的熱把工件加熱到所需 的溫度，同時氮的離子或原子為工件表面所吸附，并 迅速擴散，形成了一定厚度的氮化層。 （ 4）輝光放電可均勻地覆蓋于工件表面，因此比較適合形狀復(fù)雜及多溝槽和孔隙工件的處理。 （ 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) 等離子體擴散滲入方法 用等離子體方法進(jìn)行滲鍍有以下優(yōu)點： （ 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。其中的帶電粒子在電場的作用下作定向運動， 具有足夠能量的粒子與中性的氣體原子或分子相撞， 會使其處于激發(fā)態(tài)，成為活性原子或離子。 第六章 表面改性新技術(shù) 等離子體擴散滲入方法 等離子體擴散滲入是利用低真空中氣體輝光放電產(chǎn) 生的離子轟擊工件表面，使表面成分、組織結(jié)構(gòu)及性 能發(fā)生改變的處理方法。 第六章 表面改性新技術(shù) TD（ Toyota Diffusion）法擴散滲入處理 TD法的特點及應(yīng)用 此外， TD處理法也在切割、切削加工工具以及機 械零件上得到了應(yīng)用。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。 （ 5）所形成碳化物層的組成、性能幾乎不因基體鋼 種、處理條件而發(fā)生變化，故其使用性能穩(wěn)定、基 體材料選擇廣泛。 第六章 表面改性新技術(shù) TD（ Toyota Diffusion）法擴散滲入處理 TD法的特點及應(yīng)用 （ 4）鹽浴的主要成分是在高溫下性能穩(wěn)定的硼砂， 故幾乎不產(chǎn)生一般熱處理鹽浴出現(xiàn)的氣體。 （ 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。也可以在工件局部 被覆碳化物層。而且 PVD和 CVD的設(shè)備價格高。 第六章 表面改性新技術(shù) TD（ Toyota Diffusion）法擴散滲入處理 TD法的特點及應(yīng)用 用 CVD、 PVD、 TD法都能得到同樣硬的碳化物薄 層，但是， PVD需要真空室、等離子系統(tǒng)以及蒸發(fā) 源。 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。結(jié)果表明，用 TD處理涂覆 NbC后，耐磨性 提高 3倍以上。 VC、 NbC即使在 800℃ 其硬度也高于 800HV，經(jīng)高溫加熱 再到室溫，其室溫硬度也不降低。對 NbC層內(nèi)及層下進(jìn)行的能譜 分析結(jié)果表明， NbC層內(nèi)不含碳以外的基體元素， 而 NbC層下沒有發(fā)生 Nb原子向基體的擴散。不存在鐵、氧、磷、硫等成分。 例如欲涂 NbC時，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) TD（ Toyota Diffusion）法擴散滲入處理 TD處理工藝 TD處理所用設(shè)備與普通外熱式鹽浴爐的結(jié)構(gòu)基本 相同，有直接加熱和間接加熱兩種形式。由于隨保溫時間的增加， 料漿層中鋁、硅活性原子通常降低，所以料漿 法所獲滲層脆性較低。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 件后在氮氣保護(hù)下加熱。 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) 用鉻鋁共滲在鐵絲上獲得鉻鋁覆層制成的電 熱絲在 850～ 950℃ 下工作，壽命達(dá) 400～ 500小 時，而滲鋁的鐵絲在 800～ 850℃ 下工作，壽命 僅為 120～ 150小時。共滲溫度為 900～ 1050℃ ，保溫時間 5～ 15小時。 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性。 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。氮的滲入減少了滲層的脆性，提高 了韌性。 第六章 表面改性新技術(shù) 含硼共滲 (2) 硼氮共滲 膏劑法硼氮共滲由供硼劑、供氮劑、催滲 劑、填充劑組成。 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) 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。如 21%B4C＋ 4%Na2B4O7＋ 3%NH4Cl＋ 72%鋁鐵合金； 49%Al2O3＋ %B2O3＋ %Al＋ 2%NaF，將滲劑和工件同時裝入容器，用水 玻璃調(diào)耐火泥密封，干燥后裝入爐內(nèi)。 第六章 表面改性新技術(shù) 含硼共滲 滲硼層硬度高，耐磨性好，而且具有一定的 耐熱性和對某些介質(zhì)的抗蝕能力，但亦存在脆 性高等缺點，為了降低滲硼層的脆性，為進(jìn)一 步提高滲硼層的耐磨性、耐熱性和耐蝕性，改 善其脆性，產(chǎn)生了硼和其他元素共滲的各種工 藝。 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)。工 藝一般取 500～ 650℃ （ 1～ 4） h。 氣體法的優(yōu)點是，在質(zhì)量穩(wěn)定性、技術(shù)經(jīng)濟(jì) 指標(biāo)優(yōu)良的前提下，基本無公害。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Sulphnitrocarburizing） (1) 硫氮碳共滲方法 4) 氣體法 工藝一般是 500～ 650℃ （ 1～ 4） h。工藝一般是 540～ 560℃ （ 1～ 3） h。 鹽浴硫氮碳共滲的溫度一般是 540～ 650℃ ， 時間 1～ 3h。 特點：簡單易行，成本低，但質(zhì)量不易控制， 目前僅用于特大零件或單件生產(chǎn)等特殊情況。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Sulphnitrocarburizing） (1) 硫氮碳共滲方法 2) 膏劑法 膏劑配方： 37%ZnSO4＋ %K2SO4＋ %Na2SO4＋ %KSCN＋ % Na2SO3＋ 20%的高嶺土和水。 優(yōu)點：簡單易行，成本低。 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。 與硫氮共滲相比，其優(yōu)點在于能使低碳鋼零件 也得到較好的強化效果。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Sulphnitriding） 用高速鋼刀具進(jìn)行了硫氮共滲處理與不處理 的對比試驗發(fā)現(xiàn)，在不潤滑條件下前者使用壽 命較后者提高 2倍以上；在潤滑條件下，加工 低硬度零件時可提高 ～ 2倍，加工中硬度零 件（ 310～ 400 HB）時可提高 ～ 6倍。最 外層是 FeS，第二層是以 Fe2～ 3N為主的氮化 物白亮層，第三層是氮的擴散層。 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。 （ Sulphnitriding） 硫氮共滲的目的是為了兼顧滲硫、滲氮二者 的優(yōu)點，其共滲層的組織、性能與滲氮后滲硫 基本相同，但工藝簡單。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Aluminizing， Calorizing） (3) 滲鋁的應(yīng)用 滲鋁主要用于提高機件的耐熱耐腐蝕壽命， 可用于爐內(nèi)構(gòu)件、煙道、汽車消音器、汽車進(jìn) 排氣零部件、高溫石油化工用換熱器、加熱 管、熱風(fēng)管、加熱爐排風(fēng)扇、空氣預(yù)熱器和熱 處理用設(shè)備，以及一切與 H2S、 SO CO H2CO HNO液 N、水煤氣接觸的設(shè)備。滲鋁鋼的腐蝕量僅是熱鍍 鋅鋼的 1/10～ 1/5。 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。Q235鋼滲鋁后抗高溫氧化性能優(yōu)于 0Cr17Mn13Mo2N不銹鋼，與未滲鋁的 Q235鋼 比較，抗高溫氧化能力提高 100倍以上。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Aluminizing， Calorizing） (2) 滲鋁層的性能 滲鋁層具有特殊的抗氧化性和耐腐蝕性。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。工件為陰極，鋁板為陽極。 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 電泳滲鋁法是先用電泳法將 鋁粉均勻地沉積在工件表面上，再加熱擴散制 成鍍層。滲鋁氣氛為鋁的鹵化物，反應(yīng)機理基本 同體粉末法，氣氛可以從爐外通入，也可以在 爐內(nèi)制取。將滲鋁劑調(diào)糊狀，然后涂刷在工 件表面上，在 120℃ 時烘干，再加熱到 1000℃ 左右進(jìn)行擴散滲鋁。該處理不 僅改善了噴鋁層與基體表面的結(jié)合強度，還提 高了噴鋁層的密度。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Aluminizing， Calorizing） (1) 滲鋁的方法 1）固體粉末滲鋁 固體粉末滲鋁的工件可以是鋼鐵件，也可以 是鎳基和鈷基高溫合金，還可用于鈦合金、銅 合金及鉬、鈮等難熔金屬。優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作方 便，特別適合于機械的零部件；缺點是工