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第十章 热扩渗技术 采用加热扩散的方法使预渗金属或非金属元素渗入金属工件的表面，形成表面合金层的工艺，叫做热扩渗技术，又称化学热处理技术。所形成的合金层叫做扩渗层。 热扩渗技术最突出的特点是扩渗层与基体金属之间是冶金结合，结合强度很高，扩渗层不易脱落。 10.1 热扩渗的基本原理及分类 10.1.1 热扩渗的基本原理 1、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）渗入元素与基体金属之间必须直接接触，一般通过创造各种工艺条件来实现。 3）被渗元素在基体金属中要有一定的渗入速度，以满足实际应用要求。 4）对于依赖化学反应提供活性原子的热扩渗工艺，该反应必须满足热力学条件。 2、扩渗层形成机理 1）介质分解出活性原子：即从化学介质中 分解出含有被渗元素的活性原子的过程。只有这种初生态的活性原子才能被金属吸收。 2）活性原子的吸收：即活性原子吸附在基体金属表面上，随后被基体金属吸收，形成最初的表面固溶体或金属化合物。 3）活性原子的扩散：即活性原子在高温下向基体金属内部扩散，基体金属原子也同时相渗层中扩散，使扩渗层增厚，即扩渗层的成长过程。扩渗的机理主要有三种：间隙式扩散机理、置换式扩散机理和空位式扩散机理。 10.1.2 热扩渗工艺的分类 1、按渗入元素化学成分的特点：非金属元素热扩渗、金属元素热扩渗、金属-非金属元素共扩渗和通过扩散减少或消除某些杂质的扩散退火，即均匀化退火。 2、按渗剂在工作温度下的物质状态：固体热扩渗、液体热扩渗、气体热扩渗、离子热扩渗和复合热扩渗。 10.2 热浸镀 热浸镀简称热镀，是将工件浸入熔融的低熔点金属液中短时间停留，在工件表面发生一系列物理和化学反应，取出冷却后，熔融金属在零件表面形成金属镀层的表面处理技术。 特点：工艺简单，比电镀容易获得较厚的镀层，使用寿命长。 10.2.1 热浸镀原理 热浸镀时，被镀的基体材料与熔融金属的接触面上发生界面反应，是一个冶金过程，按相应的相图形成由不同相构成的合金层。所以，热浸镀层是由合金层和浸镀金属构成的复合镀层。 10.2.2 热浸镀工艺方法 热浸镀工艺过程可简单地概括为：预处理→热浸镀→后处理。 1、熔剂法 熔剂法多用于钢管、钢丝及钢零部件的热浸镀。其工艺流程为：预镀件→碱洗→水洗→酸洗→水洗→熔剂处理→热浸镀→后处理→成品 溶剂处理是保证热浸镀层质量不可缺少的关键工序。 溶剂处理的目的是：除去工件酸洗后表面残留的铁盐和氧化物；防止工件浸镀前在空气中再氧化；提高工件表面的活性和润湿能力。 溶剂通常由氯化锌、氯化铵等氯化盐组成。 1）湿法（熔融溶剂法） 2）干法（烘干溶剂法） 2、保护气体还原法 保护气体还原法又称氢还原法，主要用于钢带和钢板的连续热浸镀。采用微氧化或电解法脱脂，取消了熔剂法中的酸碱洗和熔剂处理等预处理工序。 1）森吉米尔法又称氧化脱脂法，工艺流程：未退火钢带开卷→氧化炉→还原炉→冷却→热浸镀→后处理→成品。 2）美钢联法又称电解脱脂法，工艺流程：未退火钢带开卷→冷碱性电解脱脂槽→水洗→烘干→还原炉→冷却→热浸镀→后处理→成品。 10.2.3 常用热浸镀镀层 1、热镀锌层 热镀锌层具有优异的耐蚀性能，主要体现在以下两方面： 1）耐蚀性好：锌在大气中能形成一层致密、坚固、耐蚀的ZnCO3·3Zn(OH)2保护膜，在大气、水、土壤中均可有效地保护锌层下的钢材。 2）阴极保护作用：锌的电极电位的电负性比铁更大，当镀锌层局部损坏时，锌作为阳极不断溶解，铁为阴极，从而使基体得到保护。 2、热镀铝层 1）耐热性：铝的氧化膜致密，附着力强，可以阻止镀层进一步氧化。 2）耐蚀性：在海洋、潮湿、工业大气等环境中，热镀铝层均具有优异的耐蚀性。在大气条件下，热镀铝板的腐蚀量仅为热镀锌钢板的1/10~1/5。 3）热反射性：镀铝钢板表面致密而光亮的Al2O3膜多光和热具有良好的反射性。 10.3 渗碳和渗氮 钢铁的渗碳、渗氮处理可使钢件表面具有很高的硬度和耐磨性，而心部仍然保持良好的塑性和韧性。 10.3.1 渗碳 1、渗碳应用 为了增加钢件表层的含碳量并获得一定的碳浓度梯度，将钢件置于渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面的工艺称渗碳。 渗碳是钢材化学热处理中应用最广泛的一种工艺，主要用于表面受严重磨损并承受较大冲击载荷的零件。 2、渗碳工艺 渗碳分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。 固体渗碳生产效率低，质量不易控制； 液体渗碳环境污染大、劳动条件差。 10.3.2 渗氮 1、渗氮的应用 渗氮也称氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。 渗氮在机械工业中获得了广泛应用，主要用于耐磨性和精度都要求较高的零件，或要求耐热、抗蚀的耐磨件。 （1） 渗碳气氛 液态渗碳介质（如煤油、丙酮等）或气态渗碳