表面化学热处理技术

化学热处理

渗碳：

为了获得高硬度、高耐磨的表面及强韧的心部，渗碳后必须进行淬火加低温回火处理。按渗碳介质可分为：气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳。

渗氮：

①渗氮层具有高硬度、高耐磨性；②渗氮层比热容打，在钢件表面形成压应力层可显著提高耐疲劳性能，渗氮层的耐疲劳性优于渗碳层；③渗氮层表面有化学稳定性高的ε相，能显著提高耐腐蚀性。

渗氮能形成性能优越的渗氮层，但由于工艺时间太长，使得生产率太低，成本高，应尽量少采用。渗氮一般用在强烈磨损、耐疲劳性要求非常高的零件，有的场合是除要求机械性能外还要求耐腐蚀的零件。

碳氮共渗（俗称“氰化”）：

按工艺温度分：低温碳氮共渗（520-580℃），工艺温度低，共渗过程是以氮原子为主、碳原子为辅的渗入过程，俗称“软氮化”；中温碳氮共渗（780-880℃）；高温碳氮共渗（880-930℃）。

优点：①与渗碳相比处理温度低，渗后可直接淬火，工艺简单，晶粒不易长大，变形裂倾向小，能源消耗少，共渗层的疲劳性和抗回火稳定性好；②与渗氮相比，生产周期大大缩短，对材料适用广。

氮碳共渗：

氮碳共渗起源于西德，是在液体渗氮基础上发展起来的。早期氮碳共渗是在含氰化物的盐浴中进行的。由于处理温度低，一般在500-600℃，过程以渗氮为主，渗碳为辅，所以又称为“软氮化”。

氮碳共渗工艺的优点如下：①氮碳共渗有优良的性能：渗层硬度高，碳钢氮碳共渗处理后渗层硬度可达HV570-680；渗氮钢、高速钢、模具钢共渗后硬度可达HV850-1200；

脆性低，有优良的耐磨性、耐疲劳性、抗咬合性和耐腐蚀性。②工艺温度低，且不淬火，工件变形小。③处理时间短，经济性好。④设备简单，工艺易掌握。存在问题是：渗层浅，承受重载荷零件不宜采用。

渗硼：

渗硼是一种有效地表面硬化工艺。将工件置于能产生活性硼的介质中，经过加热、保温，使硼原子渗入工件表面形成硼化物层的过程称为渗硼。金属零件渗硼后，表面形成的硼化物（FeB、Fe2B、TiB2、ZrB2、VB2、CrB2）及碳化硼等化合物的硬度极高，热稳定性。渗硼钢的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐热性均比渗碳和渗氮高。

渗铝：

在一定温度下使铝渗入工件表面的工艺称为渗铝。工件渗铝层的表面生成致密、坚固、连续的氧化铝薄膜，使工件内部不继续氧化。渗铝能提高工件高温抗氧化性、空气、二氧化硫气体以及其他介质中的热稳定性、耐腐蚀性和抗侵蚀性。低碳钢、铸铁、许多耐氧化钢和耐热钢、镍基耐热合金，以及钛、铜、难熔炼金属及其合金等金属材料都可以进行渗铝。

渗铬：

渗铬工艺是在高温下，将活性铬通过表面吸收及铬、铁和碳的相互扩散作用，在工作表面生成一层结合牢固的铁、铬、碳的合金。这一铬碳化物层具有良好的耐磨性，抗高温氧化性，热疲劳性，在大气、自来水、蒸汽和油品、硫化氢、硝

酸、碱、氯化钠水溶液介质中有较高的抗蚀性。这些优良的综合性能，使渗铬工艺广泛地应用于有耐磨、耐热、耐腐蚀等性能要求的工件上。

渗硫：

渗硫能提高钢件的耐磨性、抗咬合能力及抗粘着磨损性。渗硫的方法有固体、液体和气体三种。按渗硫的温度，又可分为低温渗硫（160-200℃）、中温渗硫（520-560℃）和高温渗硫（800-930℃）。

硫氮共渗及硫碳氮共渗：

为使工件表面兼有渗硫后的减摩特性和渗碳、渗氮后的抗磨特性，可以将渗碳、渗氮处理后获得高硬度表面的工件再进行渗硫处理。也可以采用硫氮二元共渗或硫碳氮三元共渗（硫氰共渗）的方法。经过硫氮碳复合渗的工件具有优良的耐磨、减摩、抗咬死、抗疲劳的能力，并改善了除不锈钢以外所有钢件的耐腐蚀性。

渗硅：

渗硅层在硫酸、硝酸、海水以及大多数盐、稀释碱中有很高的抗蚀性。渗硅层硬度虽然不高，但耐磨性较好，用于汽车、拖拉机零件的减摩。低碳电工钢渗硅后，硅含量达到7%，可以获得电磁性能优良的高硅硅钢片。对难熔炼金属（钼、钨、铌等）进行渗硅，可提高它们的高温抗氧化性能。但是，渗硅会使钢的冲击韧性、延伸率和强度极限降低。

渗锌：

渗锌可以提高工件在大气、海水、硫化氢和一些有机介质中的抗蚀能力。扩散锌层作为阳极复层可以保护基体金属不受腐蚀。

渗其他金属：

渗入元素渗层性能

钒(V) 提高工件在50%硝酸、98%硫酸、10%NaCl中的耐蚀性

钛(Ti) 提高工件在海水、硝酸、醋酸中的耐蚀性及抗氧化性

铌(Nb) 高的耐磨性，在98%硫酸、10%NaCl中有较高的耐蚀性

钼(Mo) 高的耐蚀性及耐磨性，提高渗氮后的硬度（HV1300）

铍(Be) 高硬度（HV

1000-1700），抗高温氧化能力

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镉(Cd) 抗电化学腐蚀

钨(W) 钢渗钨后再渗碳，表面有高的硬度及红热性

复合渗：

硼铝共渗：主要用于提高工件的耐磨性和热稳定性。有时也用于提高工件在各种侵蚀性介质中的抗腐蚀性能。

硼硅共渗：既能提高渗硼层的耐磨性能，又能减少渗硅层的多孔性。工件经过硼硅共渗后，可提高耐腐蚀性能和耐热性，表面硬度也有所提高。

硼铬共渗：是为了改善脆性高，耐蚀性和热稳定性不足的硼化物层的性能。

铝硅共渗：主要是为了提高工件的热稳定性。顺序渗硅铝有利于铝的扩散。顺序渗铝硅，钢件表面易多孔。铝硅共渗层的孔隙率随着含硅量的增加而增多。

铬铝共渗：是为了获得比渗铬层或渗铝层更高的抗氧化性和热稳定性。铝在钢中的扩散系数比铬大，因此，渗剂中铝含量愈高，渗层愈厚。共渗层的抗氧化能力取决于深层中铬和铝的浓度。