材料表面工程第4章.pptVIP

第四章 热渗镀 ;4.1 概述 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，得到一扩散合金层，称为热渗镀。 该技术的突出特点是表面强化层的形成主要依靠加热扩散 的作用，因而不存在结合力不足的问题。 热渗镀： 加热 + 扩散 ? 渗入基体 ? 合金层 ?;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，这些性能包括：耐腐蚀性、耐磨性、耐 高温氧化性等。 ? 热渗镀的方法很多，按接触介质划分有：固渗、液渗、气 渗和等离子渗；按复合手段划分有：电泳渗、料浆渗、喷 涂渗、电镀渗和化学镀渗等。 ;热渗镀方法分类详见下图： ;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。 把工件埋人装有渗层金属粉末的容器里 进行加热扩散，在粉末中加入防粘结粉 末(如Al2O3)和活化剂。 活化剂一般为卤化物，如NH4C1，NH4Br， NH4I等。 ;以NH4C1为例，加热时发生下列反应： NH4C1 ? NH3 + HCl 2NH3 ? 3H2 + N2 2HCl + MF ? MC12 + H2 M是欲渗金属。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与M反应生成MCl2，随着加热的进行，MCl2气化，与基体金属A反应，生成活性原子[M]： MC12 + A ? AC12 + [M] 活性金属原子[M]随后扩散渗入基体金属表面，与基体形合金镀层。 ; 粉末包渗法的优点: 设备简单，操作容易，适用于形状复杂的工件的 渗镀； 缺点：效率低，尺寸受限制，温度高，时间长，基体金属 的强度有一定降低。;② 流化床法 这种方法与粉末包渗法相似，不同之处是将工件放于带有固体渗剂的流化床内，然后加热，同时通人卤气和运载气体(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，渗层质量高并有利于机械化和自动化；缺点：流化床设备装置成本极高，运转费用大，尚未推广使用。 ;;② 熔烧法 把渗镀金属或合金粉末加粘结剂后制成料浆，再将料浆均匀涂敷于工件表面上，干燥后在惰性气体或真空环境中以稍高于料浆熔点的温度加热烧结，通过液-固界面扩散而形成合金层。 与热浸法相比，该法能获得成分和厚度都很均匀的渗层，同时具有热传递性好、渗速快等特点。 ;③ 盐浴法 盐浴法是在金属盐熔融液体中加入V，Nb，Cr，Ti，Ta等铁合金粉末，然后把含有较高C，N的钢件浸入，在800 ～ 1250?C温度下，经过0.5～10 h的时间后，可在表面上形成一极硬的金属的碳氮化合物薄层，从而赋予工件表面很高的耐磨性。 ; 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，然后把含有渗镀金属卤化物(MCl2)的氢气通人，气体和表面接触时，工件表面的金属A和氢与MCl2发生反应。 MCl2 + A ? ACl2 + [M] MCl2 + H2 ? 2HCl + [M] 反应生成的活性原子[M]渗人工件表面。 ;实现气渗工艺大致可分为两大类： 一类是渗镀金属同工件不在同一空间，用氢气做载体把欲渗金属的卤化物运载到工件表面； 另一类是渗镀金属同工件在同一空间，使HCl气体先流过被加热了的渗剂金属产生金属氯化物气体，随后使氯化物气体流经金属表面，置换出活性原子[M]，进行渗镀。 优点：渗层厚度均匀，易控制，对异形件和小孔结构的渗镀效果好，且无粉尘，劳动条件好。 ;4．离子轰击渗镀法 离子轰击渗镀法是利用物质的第四态—等离子体进行渗镀。等离子体是利用低真空下气体辉光放电获得的，因为离子活性比原子高，加上电场的作用，因此渗速较高，质量较好。 但是该法除离子氮化已经成熟，包括渗碳在内的离子渗金属尚在开发之中。 ; 5．复合渗 复合渗是固渗的发展，即采用各种镀层手段先在工件表面制造一固相 涂层，然后把工件连同涂层一起加热。 包括： ① 电泳渗 ② 料浆渗 ③ 喷镀渗 ④ 电镀渗 ⑤ 化学镀渗 ⑥ 真空渗镀 ; 4-2 热渗镀原理 4-2-1 热渗镀的基本过程 一般说来热渗镀的基本过程应包括四个步骤。 ① 介质中发生化学反应，以提供界面反应所需要的反应物； ② 反应物通过扩散输运至金属表面，此称为外扩散； ③ 反应物中的某些粒子被金属表面吸附，并发生