【正文】 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。例如低碳鋼在 1000℃ 、保溫 6h后， 可滲 55μm。 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?？焖贊B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。膏 劑由滲鉻源、熔劑和粘結(jié)劑配成。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。氣體滲鉻的介質(zhì)多為鉻的 氟化物、氯化物。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。 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)。液體滲鉻主要有硼砂鹽浴 滲鉻和氯化物鹽浴滲鉻兩類。 第六章 表面改性新技術(shù) (2) 滲鉻層的性能及應(yīng)用 1）抗氧化性能 滲鉻件具有良好的抗高溫氧化 和抗高溫腐蝕性能。滲鉻鋼的抗氧化性能較滲鋁鋼更優(yōu)。奧氏作耐熱鋼、鎳基和鈷基 合金材料滲鉻后，抗高溫氧化性能可顯著提 高。 3）耐磨性能 含 %C的碳鋼滲鉻后表面硬 度為 1300～ 1600HV；而 %～ %Ｃ的碳鋼 滲鉻后表面硬度達(dá) 1750～ 1800HV。例如，滲鉻高碳鋼的耐磨性比 GCr15鋼還高幾倍，與滲硼層耐磨性相近。 滲鉻可以代替不銹鋼和耐熱鋼用于制造機(jī)械 和工具。 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 固體粉末滲鋁是將滲鋁工件 埋在粉末狀的滲鋁劑中，然后加熱到 900～ 1050℃ 進(jìn)行保溫。 滲鋁劑一般由三部分組成：鋁粉或鋁鐵合金 粉；氧化鋁粉起稀釋填充和防止金屬粉末粘結(jié) 的作用；氯化銨作活化劑。 2）噴鍍滲鋁法 把熱噴涂鋁后的工件 800～ 1000℃ 下保溫 5h，讓鋁進(jìn)行擴(kuò)散，稱為噴鍍滲鋁。 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。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Aluminizing， Calorizing） (1) 滲鋁的方法 4）氣體滲鋁法 氣體滲鋁是在密封的貫通式爐或井式爐中進(jìn) 行的。該法質(zhì)量穩(wěn)定，效率較高。電泳沉積鋁的溶液是由鋁粉 （ 10?m）、無水乙醇和三氯化鋁組成的，配 比時(shí)按每升乙醇含鋁粉 50g、三氯化鋁的 5～ 8 g配制。 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 5）其它滲鋁方法 該滲鋁法可使?jié)B鋁周期從幾十小時(shí)縮短為幾 分鐘甚至幾十秒鐘，且可改善滲鋁層質(zhì)量，實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，是近十幾年出現(xiàn)的一種滲鋁新 工藝。 1）抗氧化性能 一般來說，滲鋁后的鋼與原來 未滲鋁的鋼相比，使用溫度可提高 200℃ 。試驗(yàn) 證明，滲鋁層要具有高的抗氧化能力，其含鋁 量必須高于 12%，最好是 32%～ 33%。在大氣條件下，滲鋁鋼比熱鍍鋅鋼 具有更好的耐蝕性。 把滲鋁鋼和熱鍍鋅鋼在不同的 pH值溶液下 的耐腐蝕性進(jìn)行比較后知，在 pH值 2～ 9范圍 內(nèi)，前者的耐蝕性要好得多。 第六章 表面改性新技術(shù) 共滲是指將工件置于含有至少兩種欲滲元素 的滲劑中，經(jīng)過一次加熱擴(kuò)散過程，使多種元 素同時(shí)滲入工件表層的擴(kuò)散滲入工藝。滲層最外層的微孔組 織可儲(chǔ)存潤滑油、降低摩擦系數(shù)，次層硬度較 高，因而耐磨性尤其抗粘著、咬合性能顯著提 高。 經(jīng)氣體硫氮共滲后的金相組織分為三層。硬度峰值可 達(dá) 1000HV，由表及里的硬度變化較平緩。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Sulphnitrocarburizing） 硫氮碳共滲實(shí)質(zhì)是滲硫與氮碳共滲的結(jié)合。 (1) 硫氮碳共滲方法 硫氮碳共滲有粉末法、膏劑法、氣體法、液 體法和離子法。 工藝： 500～ 650℃ 4～ 10h。 缺點(diǎn)：質(zhì)量不易控制，生產(chǎn)率低，勞動(dòng)條件 差，目前已應(yīng)用不多。 工藝：分兩次涂敷 ～ 2mm， 500～ 600℃ 3～ 4h共滲。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Sulphnitrocarburizing） (1) 硫氮碳共滲方法 3) 鹽浴法 鹽浴硫氮碳共滲是在鹽浴氮碳共滲的基礎(chǔ)上 發(fā)展起來的，滲劑以鹽浴氮碳共滲滲劑為基 礎(chǔ)，加入適量滲硫劑。 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。另 一種是以丙烷和空氣為載氣，通入 5%NH3和 %～ 2%H2S。必要 時(shí)滴入碳當(dāng)量小的煤油或苯，以提高碳勢。 第六章 表面改性新技術(shù) （ Sulphnitrocarburizing） (1) 硫氮碳共滲方法 5) 等離子法 往真空室中通入 NH3，并將 CS2溶于酒精中 再汽化后通入，便可進(jìn)行離子硫氮碳共滲。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） (2) 硫氮碳共滲層的組織與性能 一層韌而硬度較低的硫化物層，使摩擦接觸表 面具有良好的磨合性，同時(shí)該層的微孔中可儲(chǔ)存 潤滑油，加之硫化物本身干摩擦系數(shù)較低，所以 其減摩性、抗膠合性、接觸疲勞強(qiáng)度均優(yōu)于一般 的氣體氮碳共滲；此外，由于硫的滲入，改變了 Fe2～ 3(N,C) 及 Fe4(N,C)的分布狀態(tài)，減小了滲 層脆性和剝落傾向；但硫氮碳共滲層的抗磨料磨 損能力比氣體氮碳共滲要差一些。 第六章 表面改性新技術(shù) 含硼共滲 (1) 硼鋁共滲 粉末法硼鋁共滲在鋁鐵合金（ 50%Al）、硼 砂和氯化銨等混合物中進(jìn)行。共滲溫 度為 800℃ 以上， 1050℃ 以下，時(shí)間為 4～ 6h。 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。 對硼而言，氮在鋼中的溶解量大得多，由于氮 原子滲入能力強(qiáng)，所形成的滲層和過渡層深， 因此，硼氮共滲能降低硬度梯度，減小滲硼層 的脆性。將原料用粘結(jié)劑調(diào)成糊狀涂 在潔凈的工件表面，涂層厚 3～ 4mm，共滲溫 度 890℃ 。 5CrMnMo鋼柴油機(jī)連桿模具共滲處 理后，壽命提高 2～ 3倍。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。 常用的鉻鋁共滲劑由鉻鐵粉（或鉻粉）、鋁 鐵粉（或鋁粉）及活化劑組成。 45鋼鉻鋁共滲后，其塑性及沖擊韌性降低； 疲勞強(qiáng)度也有所降低，但在 3%NaCl水溶液中 的腐蝕疲勞強(qiáng)度則明顯提高。 經(jīng)共滲處理的鎳基合金 Nimonic75在 1025℃ ～ 1090℃ 保溫 100小時(shí)后的氧化增重僅 為未處理 1/8～ 1/24。 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。 第六章 表面改性新技術(shù) 鋁硅共滲 與固體粉末法相比，由于薄層料漿導(dǎo)熱系數(shù) 較大，采用高溫?cái)U(kuò)散（ 1000～ 1080℃ ）時(shí)，可 在較短時(shí)間內(nèi)（ 4～ 6 小時(shí)）獲得厚 ～ 。國內(nèi)曾用此法為飛機(jī)的 某些耐熱部件滲鋁硅，使用壽命明顯提高。將 70%～ 90%的硼砂放入耐熱鋼坩堝中熔融后，向坩堝中加 入可形成欲鍍覆的碳化物的物質(zhì)。 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。 典型的 NbC涂層組織細(xì)小、致密，無疏松、夾雜 等缺陷，在顯微鏡下呈白色，基體金屬與碳化物層 之間有清晰的界面。 第六章 表面改性新技術(shù) TD（ Toyota Diffusion）法擴(kuò)散滲入處理 涂層的性能 硬度 ＴＤ處理獲得碳化物層的硬度明顯高于淬火硬 度、鍍鉻或氮化層的硬度， NbC的硬度約為約為 2500HV， VC和 TiC的硬度為 2980～ 3800HV。 第六章 表面改性新技術(shù) TD（ Toyota Diffusion）法擴(kuò)散滲入處理 耐磨性 以 20CrMnTi鋼（固體滲硼后直接淬火）為配對材 料，在加磨料及不加磨料兩種情況下，用 MM200磨 損試驗(yàn)機(jī)研究了 Cr12鋼淬火 +低溫回火及 TD處理的 磨損量。 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。另 一方面，以 Cr為主體的碳化物（ Cr7C Cr23C6） 涂層即使加熱到 900℃ 也只稍許氧化，顯示出優(yōu)越的 抗氧化性。 CVD需要?dú)饷軠p壓的反應(yīng)容器，其排出物污染 環(huán)境、有害健康，大多數(shù)經(jīng) CVD處理的工件必須做 重新加熱淬火。 TD法與其它碳化物被覆法比較，除具有設(shè)備簡 單、操作方便、生產(chǎn)能力高、成本低之外，還有以 下優(yōu)點(diǎn)： 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 （ 1）不論工件形狀如何，都能形成均勻的被覆層， 在小孔深處也可以形成被覆層。還可以形成其復(fù)合碳化物。 （ 3）工件因長期工作而使碳化物層磨完時(shí)可以多次 重新處理。而且鹽 浴使用壽命長。 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 目前， TD處理主要應(yīng)用于模具工業(yè)之中。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。比如切割刀頭、鉆頭、絲 錐、切邊刀；柱塞、噴嘴、閥座、葉片；各種機(jī)械 中的凸輪、軸承、芯棒、導(dǎo)軌等。 通過輝光放電獲得的等離子體實(shí)際上是正離子、負(fù) 離子、分子、中性原子、電子、光子等各種粒子的復(fù) 合體。這些活性 原子或離子，比較容易被金屬表面吸收，進(jìn)人金屬內(nèi) 部。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。 第六章 表面改性新技術(shù) 等離子體擴(kuò)散滲入方法 （ 3）由于離子的轟擊作用，可以去除氧化膜和鈍化膜，對于那些易氧化或鈍化的金屬，如不銹鋼等特別適合。 （ 5）易實(shí)現(xiàn)工藝過程的計(jì)算機(jī)控制。 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 普通氣體氮化僅靠氮的分解提供活性氮原子，而 離子氮化是由多種方式提供氮原子。 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。析出的原子氮會(huì)向工件內(nèi)部 滲入。 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 通常離子氮化層可能出現(xiàn)四種典型組織： （ a）只有擴(kuò)散層； （ b） γ39?；衔铮珨U(kuò)散層。 ε化合物耐磨和耐蝕性好，但脆性大。純擴(kuò)散層主要用于不能增加脆性 的模具鋼、耐磨合金等工件，用于不銹鋼可使其耐 蝕性降低的程度最??；通過控制有關(guān)工藝參數(shù)可以 獲得希望的氮化層。當(dāng)然提高幅度與具體工藝有關(guān)。 （ c）強(qiáng)韌性 只有擴(kuò)散層時(shí)韌性最好，單相 γ’氮化 物層時(shí)次之，單相 ε氮化層最差。 （ 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。 （ d）因?yàn)槭钦婵仗幚?，表面無氧化，無污染，勞動(dòng) 條件好，社會(huì)效益明顯。 第六章 表面改性新技術(shù)