金属表面处理：热渗镀[精选].ppt

第六章 热渗镀技术 6.1 概述及方法 定义:用加热扩散的方法把一种或几种元素渗入基体金属的表面，形成一扩散合金层，这种方法叫渗镀。所形成的镀层叫做渗镀层（简称渗层）或扩散渗镀层。 热渗镀材料的选择范围很宽，渗入不同元素可得到不同组织和性能的表面（如耐蚀，耐磨，耐氧化等）。 热渗镀的特点是：镀层的形成主要依靠加热扩散的作用，所得镀层（渗层）与基体金属之间是靠形成合金来结合的，即形成冶金结合，因而结合非常牢固，镀层不宜脱落。 热渗镀方法很多，以与工件相接触的介质来分：有固渗、液渗和气渗，它们都属于直接渗镀方法；也可以联用其他涂层方法，可分为：电泳渗、膏剂渗、喷镀渗、电镀渗、化学镀渗和真空渗等 6.1.1固渗法 1.粉末包渗法 粉末包渗法是固渗中最普通的方法，也是历史最为悠久的渗镀法，至今国内外仍以此法的应用为最多。 这种方法很简单，就是把工件埋入装有欲渗金属粉末、防粘结粉末和活性剂的混合物（粉末渗剂）的容器中，然后密封容器高温加热即可。 在粉末包渗法中，一般都要在粉末中加入防粘结剂（如Al2O3）和活化剂，这主要是为了避免烧结使得表面难以清理。活化剂一般为卤化物，如NH4Cl，NH4Br等。 以NH4Cl为例来看看其原理： 设A表示二价基体金属，B－欲渗二价金属，则在加热时容器中会发生下列反应： ??????????NH4Cl --- NH3 ＋ HCl ??????????2NH3 --- N2 ＋ 3H2 ??????????2HCl + B --- BCl2 + H2 卤化物分解生成的N2和H2会排除容器内的空气，造成还原气氛，HCl和B反应生成BCl2。 随着加热的进行，BCl2气化，与基体金属Ａ反应，生成活性原子[B] ??????????BCl2 + A --- ACl2 + [B] 活性金属原子[B]随后扩散进入基体金属的表面，与基体形成表面合金镀层。 优点是：设备简单，操作容易，适用于形状复杂的工件的渗镀。缺点是：尺寸和数量受限制，效率低，处理温度高，时间长，基体强度有所降低，并且粉尘使得劳动条件恶化。 2.流化床法 将工件放于带有固体渗剂的流化床内，然后加热，同时通入卤气和运载气体（H2，Ar），使之与流体粒子反应产生欲渗金属的活性原子渗入工件。 ?优点：传热性好，渗速快，渗层质量好，有利于机械化和自动化。 缺点：设备成本高，运转费用高。 6.1.2液渗法 1.热浸法（热镀） 将工件直接浸入某一液态金属中，经较短时间即形成合金镀层。当浸渍时间极短时，所形成的镀层只是附着层而不是扩散层，因而与基体金属结合不牢固，因此一般在热浸镀后还要加热使镀层进行扩散，以形成合金层。 优点：设备简单，容易操作，生产效率高。缺点：镀层厚度不易均匀，只适于渗镀熔点较低的金属。 2.熔烧法 把渗镀金属或合金粉末加粘结剂后制成料浆，再将料浆均匀涂覆于工件表面，干燥后在惰性气体或真空环境中以稍高于料浆配方熔点的温度加热烧结，通过液固相扩散而形成合金镀层。 ?优点：与热浸法比，渗层成分及厚度均较均匀，并且热传递性好，渗速快。 3.盐浴法 在金属盐熔融液中加入V,Nb,Cr,Ti,Ta等铁合金粉末，然后把含有较高的C，N的钢件浸入，在800～1250oC的温度下，经过0.5～10个小时的时间后，可在金属表面形成一层极硬的金属的碳氮化合物薄层，使工件表面具有较高的耐磨性。 6.1.3气渗法 首先把工件加热到渗剂原子在基体中能产生显著扩散的温度，然后把含有欲渗镀金属卤化物（BCl2）的氢气通入，气体与基体接触时，工件表面的金属A和氢本身与BCl2反应生成活性原子[B]渗入工件表面。 ???????????BCl2 + A ---ACl2 + [B] ???????????BCl2 + H2 ---2HCl + [B] 实现气渗工艺的具体方法很多，大致可分为两大类：一类是渗镀金属同工件在同一空间：用HCl气体先流过被加热了的欲镀金属产生金属氯化物气体，随后使该气体流经金属表面，置换出活性原子[B],进行渗镀；另一类是渗镀金属同工件不在同一空间，用H2做载体把欲渗金属的卤化物运载到工件表面。 6.1.4复合渗（联用其他涂层方法） 1.电泳渗：先用电泳镀的方法做成镀层，然后加热扩散形成表面合金层。电泳镀是一种较新的电镀方法，将要镀金属微粒用溶剂做成悬浮液，加入充电剂使其形成带电粒子，在直流电场作用下这些粒子就向液体中带异号电荷的工件运动，并在工件表面上放电、沉积。电泳镀的优点是渗层厚度均匀，外观光洁，工艺简便，生产率高。 2.喷镀渗：用热喷涂的方法先把欲渗金属喷到工件表面上，然后进行扩散，从而达到渗镀的目的。该法改善了热喷涂涂层的质量。 3.电镀渗：把电镀后工件加热扩散，使原电镀层为冶金结合，这种方法不仅提高了原镀层的质量，新的