【正文】 件尺 寸受到限制，效率不高。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。 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。碳化鉻層 具有高硬度、低摩擦系數(shù)（與金屬對(duì)摩），因 此耐磨性很高。 第六章 表面改性新技術(shù) (2) 滲鉻層的性能及應(yīng)用 2）耐腐蝕性能 工件經(jīng)滲鉻處理后具有良好的 耐蝕性，在潮濕空氣、水、強(qiáng)堿液、過熱蒸汽 和其他許多介質(zhì)中都有良好的耐蝕性；能耐硫 酸和硝酸的浸蝕；但耐鹽酸腐蝕性差。 低碳鋼滲鉻，在 700℃ 時(shí)其抗氧化能力可比不 滲鉻鋼高 1000倍。工件經(jīng)滲鉻后可在 800℃ 以上較長(zhǎng)時(shí)間使用，在 900℃ 仍有一定的抗氧 化能力。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，升溫到滲鉻溫度把（ 850～ 1050℃ ） 時(shí)，再將工件放入滲鉻。 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)。 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。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。 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。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。 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。這種方法 大大縮短了工藝周期，并保持零件心部性能不 變。 （ 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 （ 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。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 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。 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。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。 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。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 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。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。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。此外，滲硼 處理還有比較高的耐腐蝕磨損和泥漿磨損能 力。碳鋼滲硼后表面硬度 可達(dá) 1400～ 2023HV，具有極高的耐磨性。 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。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)。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。 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。粘結(jié)劑的選擇對(duì)滲硼后 滲劑的脫落性有重要影響。 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。該法質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡(jiǎn) 便，已在生產(chǎn)中應(yīng)用。處理溫度 在 900～ 1000℃ ，時(shí)間為 1～ 5h。它具有 設(shè)備簡(jiǎn)單、清洗容易的優(yōu)點(diǎn)，適合批量處理。 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 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。 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。比 較常用的是固體法和液體法。 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)。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。 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) 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。 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。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。 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，且無粉塵， 勞動(dòng)條件好。 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) 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?；罨瘎┮话銥辂u化物，如 NH4Cl， NH4I等。 1．固體法 1）粉末法 粉末法是固體法中最普通的方法，歷史最為悠久，至今世界各國仍以此法應(yīng)用最多。 第六章 表面改性新技術(shù) 按 接觸介質(zhì) 劃分有 固體法 、 液體法 、 氣體法和 等離子法 。 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。 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。 例如在汽車用的轉(zhuǎn)缸式發(fā)動(dòng)機(jī)中振動(dòng)最厲害 的頂部密封件的制造，就采用了電子束熔融處 理技術(shù)。 第六章 表面改性新技術(shù) 五、電子束表面熔覆 利用電子束熔覆處理技術(shù)時(shí)，向熔化區(qū)添 加合金元素，在材料表面產(chǎn)生一些覆蓋層， 像一些薄的銀箔、金箔等薄片、金屬絲或者 像電沉積層一樣，在熔化區(qū)可得到所希望的 化學(xué)成分的覆蓋層。 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。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。利用 聚焦的電子束所特有的高功率密度以及作用 時(shí)間短等特點(diǎn)，可在表面的下層受熱最小的 情況下，使材料的表面熔化形成小液池，這 樣便能獲得極快的冷卻速度。 第六章 表面改性新技術(shù) 二、電子束表面合金化 用電子束快速加熱進(jìn)行表面合金化處理， 盡管時(shí)間很短，但仍完成了液體金屬的混合 和合金元素的擴(kuò)散并重新分布的過程，從而 獲得了滿意的表面合金化結(jié)構(gòu)與硬度。 淬硬層組織的致密性很好，有較高的耐腐 蝕性能。 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。由 于電子束能量密度高，作用于金屬表面的能 量集中，故而溫度梯度很大，當(dāng)表面達(dá)到相 變點(diǎn)以上溫度時(shí)，基體金屬仍保持冷態(tài)。 （ 7）電子束功率等參數(shù)可以控制，因此， 表面改性的位置、深度等工藝和性能指標(biāo) 也能嚴(yán)格控制。 （ 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。 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。 （ 2）電子束加熱能量的轉(zhuǎn)換率為 80%～ 90%，能量利用率非常高。 可在幾分之一秒甚至千分之一秒把金屬材 料由室溫加熱至奧氏體轉(zhuǎn)變溫度或熔化溫度。 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。 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。 激光表面處理工藝 激光物理氣相沉積 是利用激光照射并使陶 瓷材料瞬間蒸發(fā)，然后沉積到基體材料表面 上，以形成各種陶瓷層，例如， TiN、 WC、 SiN BN、 SiAlON陶瓷層等。 激光表面處理工藝 激光化學(xué)氣相沉積 是將激光照射至 TiCl4＋ H2＋ CO2， 或 TiCl4＋ CH4的混合氣體中 ， 由于 激光的熱分解作用 ， 在基體上沉積出 TiO2或 TiC膜層 。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。 激光表面改性對(duì)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(jí)以上。例如，對(duì) 42CrMo鋼用 152W激光互搭掃描后，表面殘余壓應(yīng)力可達(dá) ～ ，到 拉應(yīng)力，達(dá)到 ～ 。 灰口鑄鐵、球墨鑄鐵等材料，經(jīng)過激光表 面強(qiáng)化以后，提高耐磨性的效果也是顯著 的。 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。 激光表面改性對(duì)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。 激光表面處理工藝 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。