文档介绍：渗金属工艺学
1/22/2018
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利用化学热处理方法将金属(如铬、钒、铌、钛)原子渗入工件表面的工艺称为渗金属。其中渗铬工艺常用于耐腐蚀、抗高温氧化、耐磨损和需提高疲劳强度的工件,适用于碳钢、合金钢、铸铁、铁基合金、镍基合金、钴基合金、难熔金属等材料的表面改性处理。渗钛可提高钢铁的耐蚀性、表面硬度和耐磨性;可提高铜基合金、铝基合金的表面硬度、耐磨性、热稳定性能。渗钒、铌工艺主要用于要求超高硬度、高耐磨性的工件。
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渗金属技术较多地应用于钢铁件,主要是利用铬、钒、铌、钛与碳的亲和力比铁强,能从铁中获得碳原子的能力,形成金属碳化物渗层。金属碳化物渗层的形成原理可作如下解释:铬、钒、钛的原子直径较大,渗入钢件中造成晶格的畸变,表面能升高,但由于这些元素与碳的亲和力比铁强,与碳形成碳化物,可使晶格畸变减小,表面能降低,使金属原子能不断“渗入”。高温下碳原子较金属(如铬、钒、铌、钛)原子扩散更容易,而且钢铁表面有碳化物形成后,也阻碍金属原子进一步渗入,所以金属碳化物渗层的增长是金属原子不断吸附于钢的表面,碳原子不断由里向外扩散的结果,这也是金属碳化物渗层又称为金属碳化物覆层的原因。
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渗金属工艺方法
渗金属的方法有固体法、液体法、气体法、离子法等,我国常用的是液体法和固体法,而气体法在前苏联等国家应用较多。各种方法及特点见表1-1
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表1-1 各种渗金属方法和特点
方法
渗剂组分
特点
粉末法
金属粉或金属化合物和还原剂(如:铝粉)卤化铵、氧化铝等
一般装箱在高温箱式炉、井式炉中进行加热保温。装箱和出炉时劳动强度大
膏剂法
金属粉或金属合金粉、活化剂、粘结剂
多用感应加热,应用不多
硼砂熔
盐法
以中性盐为基,加入金属粉或金属化合物和还原剂(如:铝粉)
一般用坩埚浴炉。熔盐稳定,渗层均匀,盐挥发少,不易老化,无公害。缺点是工件取出时粘盐较多,应用较广
中性熔
盐法
以中性盐为基,加入金属粉或金属化合物和还原剂(如:铝粉)
可在坩埚盐炉或电极盐炉中渗金属。盐浴流动性好,工件取出时粘盐较少;盐浴上下成分不太均匀
电解熔
盐法
以Na2B4O7为基,金属(扩散元素)板作为阳极
在电解坩埚盐浴炉中渗金属,熔盐稳定,无公害;工装夹具较复杂,应用不多
气体法
金属的卤化物气体
含有毒、有腐蚀、易爆炸气体,对设备要求高,操作必须注意安全
离子法
用欲渗金属作中间极(源极)
渗速快,渗层均匀,劳动条件好,应用不多
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固体法
固体法渗金属是通过固渗剂中欲渗金属原子与被渗金属相互作用而进行的,或者渗剂中反应还原出的金属原子在工件表面吸附、扩散渗入工件表面。前者渗剂主要由金属粉末或金属合金粉末、活化剂等组成;后者由金属的化合物、还原剂、活化剂等组成。固体法又分为粉末法、粒状法、膏剂法等,其常见的渗剂成分如表1-2所示
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表1-2 常见的固体渗剂成分和工艺参数
渗剂成分(质量分数)
温度/℃
时间/h
渗层厚度/mm
基体材料
50Cr,48%~49%Al2O3,1%~2%NH4Cl
980~1100
6~10
~
低碳钢
%Cr,23%Al2O3,2%NH4Cl,H2
1050
20
~
低碳钢
60%铁钒合金粉(含钒30%)+40%Al2O3
1100
10
~
碳钢
15%Nb+10%Na3AlFe6+1%Al+硼砂余量,醇酸清漆
1000
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GCr15
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液体渗金属在熔融盐浴中进行,分为熔盐法和电解法两种。
电解法渗金属是将金属粉末放在电解质熔盐中,通过电场作用,产生欲渗金属离子并扩散进入基体。
熔盐法渗金属原理与固体渗金属类似,即通过悬浮在熔盐中的欲渗入金属原理子与被渗金属相互作用形成渗层,或者渗剂中反应还原出的金属原子在工件表面吸附、扩散渗入工件表面。前者主要由金属或金属合金粉末、活化剂、熔盐等组成;后者由金属的化合物、还原剂、活化剂、熔盐等组成。熔盐法渗金属又可根据基盐的组成分为硼砂熔盐金属()和中性盐渗金属等。
液体渗金属的常见渗剂成分和工艺如表1-3所示
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表1-3 常见液体渗金属和渗剂成分和工艺
渗剂成分(质量分数)
温度/℃
时间/h
渗层厚度/um
基体材料
12%Cr2O3+5%Al粉+83%Al粉+83%Na2B4O7
950-1050
4-6
-
T12
10%V2O5+5%Al粉+55%Na2