表面工程学第7章：热扩渗.ppt

第六章热扩渗定义：将工件放在特殊介质中加热，使介质中某一种或几种元素渗入工件表面，形成合金层(或掺杂层)的工艺，称为热扩渗技术，又称为热渗镀技术或化学热处理技术。能进行热扩渗的材料包括碳、氮、硼、锌、铝、铬、钒、铌、硅、硫和这些元素的多元共渗等。第一节热扩渗技术的基本原理一、热扩渗层形成的基本条件1渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属间化合物。2欲渗元素与基材之间必须有直接接触。3被渗元素在基体金属中要有一定的渗入速度。二、渗层形成机理1产生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面。2渗剂元素的活性原子吸附在基体金属表面上，随后被基体金属所吸收，形成最初的表面固溶体或金属间化合物，建立热扩渗所必须的浓度梯度。3渗剂元素原子向基体金属内部扩散，基体金属原子也同时向渗层中扩散，使扩渗层增厚，即扩渗层成长。三、扩渗层的组织特征1将金属A放在B粉末中扩渗时，B渗入A中形成α固溶体，此时B在A中的浓度分布如图中的曲线1所示；2当B在A中的浓度到达饱和平衡浓度Co时如图中的曲线2所示，将形成新相AnBm，浓度处于C1极小和C1极大之间，如图5.1(b)中的曲线3所示。3随着B元素的不断渗入，将会出现新相β。扩渗结束时B原子浓度分布如图)中的曲线4所示。渗层的最终组织如图(c)所示，由外表向内依次为β-AnBm-α-基材A。四、热扩渗工艺的分类第二节热浸镀一、定义热浸镀锌或镀铝就是将钢材或工件浸渍到熔融锌液或铝液中，使钢材或工件表面形成锌及锌铁合金层或铝及铝合金层的方法。二、热浸镀的特点及应用领域1热浸镀具有生产成本低、效率高、操作简单、生产工艺可靠、易于实现机械化和自动化等优点，应用非常广泛。2热浸镀锌不仅能提高工件在大气、水、硫化氢及一些有机介质中的抗腐蚀能力，而且还能获得比电镀锌更高的硬度和耐磨性。广泛应用于在大气和海洋中工作的钢铁工件上，如水管、铁塔型材和螺栓。3热浸镀铝是一种既可以保持工件的基体韧性，又可以提高表面的抗氧化和耐腐蚀能力的方法。热浸铝比热浸锌更耐大气腐蚀，主要用于汽车排气管、消音器、高速公路护栏、铁塔型材以及建筑物的屋顶板等。三、热浸镀组织形成过程以热浸镀铝为例：1当液态铝与铁接触时，首先在铁-铝的分界上形成铁铝合金层并产生FeAL相化合物；然后，铝原子向铁内扩散，铁原子向外扩散使FeAl3相层厚度增加；2随着铝继续向内扩散，形成Fe2Al5相并沿扩散方向长大成横跨若干晶粒的粗大柱状晶体。3工件从铝液中取出时表面粘附一层纯铝。4渗层组织由表向里是纯铝相、FeAl3相化合物和Fe2Al5化合物。同理，钢铁件在热浸锌后由表向里的渗层组织依次为：Zn、FeZn13相、FeZn7相和Fe4Zn21相。四、热浸渗的工艺方法1.氢还原法，即森吉米尔(Sendzimir)法⑴氢还原法热浸渗是将钢板或钢带先通过氧化炉烧掉表面的油、脂，入还原炉去除氧化膜，气体保护冷却然后进入热浸镀锅。⑵氢还原法取消了酸碱洗和溶剂处理等表面预处理方法，整个过程可自动控制。环保！！⑶氢还原法工件可带温进入镀液，镀液温度稳定，减少了热浸锅的热应力，寿命↑。带温进入镀液，缩短了热浸渗时间。1-开卷机；2，12-剪切机；3-焊机；4-张力调节器；5-氧化炉；6-还原炉；7-冷却段；8-镀锅；9-冷却带；10-化学处理；11-卷取机；13-平整机；14-废料糟；15-涂油机；16-平台2.溶剂法⑴溶剂法热浸渗就是先将经常规方法去油除锈清洗后的清洁工件进行溶剂处理，干燥后再将工件浸入欲渗金属熔液中，保温数分钟后抽出，水冷。⑵溶剂处理的目的是：①去除在清洗过程中工件表面未完全清洗掉的残存铁盐；②将经除锈去油清洗后生成的锈溶解掉；③活化工件表面，提高欲渗金属液浸润铁基体的能力，提高浸镀层的结合力。⑶干法热浸铝采用的溶剂配方为4%K2ZrF6，处理温度50～80℃。工业常用铝液成分和浸镀工艺注：常用热浸镀锌工艺为440～465℃，保温数分钟。