材料化学15知识研讨.ppt

材料化学;第三章 材料表面与界面化学 ;3．化学转化膜技术 转化膜是指由金属的外层原子和选配的介质的阴离子反应而在金属表面上产生的膜。 Ｍ－与介质反应的金属Ａ－介质的阴离子 ;钢铁零件的氧化――发蓝 氧化膜生成机理 钢铁的氧化又称发蓝。它采用含有氧化剂与氢氧化钠的混合溶液，在一定时间以及一定的温度下进行氧化处理，使氢氧化钠、亚硝酸钠以及硝酸钠与金属铁作用，生成亚铁酸钠（Na2FeO2）和铁酸钠（Na2Fe2O4），再由亚铁酸钠与铁酸钠相互作用生成四氧化三铁（Fe3O4）即氧化膜。 ;工艺流程： 有机溶剂除油(汽油，煤油等)→化学除油→热水洗→冷水洗→酸洗（工业盐酸乌洛托品）→冷水洗→发蓝（入槽）→浸洗→冷水洗→热水洗→酚酞检验（无色洗干净，显红色继续洗）→填充处理→热水洗→干燥→浸油→滴干→检验;优点：膜层是电绝缘性的，所以具有防锈，耐磨，绝缘的功能，还可用做涂装的底层。金属表面形成某些转化膜后还可以再进行塑性加工。 ;二、表面扩散渗入处理技术; 习惯上，表面扩散渗入处理工艺按渗入元素种类进行分类，如渗硼、渗碳、渗氮等。 表面扩散渗入处理过程应由以下四个分过程组成： 1．介质中的化学反应 被处理的金属工件置于特定的介质中加热，介质可能是气态、液态或固态，介质一方面是工件的传热媒介，另一方面是渗入元素的供应源，在一定温度下，介质中将发生某些化学反应，为将渗入元素通过介质输送到金属工件中去创造了条件。 ;2．界面层中的外扩散 表面扩散渗入处理都是在流体介质中进行的，流体流经固体表面时，由于固体表面的阻滞作用，使流体的流速减慢，在表面附近一定距离内，将出现一个流动方向与表面平行的“界面层”，由于组元的浓度在“界面层”两侧呈梯度分布，浓度差的存在导致了组元扩散过程的产生，扩散方向与金属工件表面垂直，因其产生于金属表面外的介质中，习惯称之为“外扩散”。 ;3．表面吸附与界面反应 介质中的某些分子（或离子）通过界面层的扩散，与金属表面碰撞，被表面吸附，然后通过相界面反应，产生渗入元素的原子和其它产物，渗入元素的原子被基体金属表面吸附并溶入或形成化合物，其它产物发生解吸并离开表面，通过边界层向大体积介质中扩散。;4．内扩散 表面吸附及界面反应的结果是使渗入元素的原子在金属表面的浓度增高，于是金属表面与中心部位之间出现了浓度差，促使渗入元素的原子不断向金属的纵深扩散 。为了与金属表面以外介质中的外扩散相区别，这种扩散称为内扩散。 经过一定时间的扩散以后，渗入元素进入金属内部达到一定深度，并沿纵深方向形成相应的浓度梯度，当其符合表面扩散渗入处理的工艺要求时，即可中止工艺过程。 总之，表面扩散渗入处理工艺是一个完整的过程，分解成的四个分过程是相互关联的，相互制约的。 ;渗碳及新进展 为了增加工件表层的含碳量，将工件放入渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的扩散渗入处理工艺，称为渗碳。 低碳钢渗碳后，经淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性、抗疲劳性、而心部却仍能保持足够的强度和良好的韧性。 渗碳是目前应用最广泛的一种表面扩散渗入处理工艺，各种摩擦件如：齿轮、凸轮轴、活塞销、轴套等都要经渗碳后才使用。;1．概述 渗碳工艺分类： 固体介质渗碳――设备简单，把装有工件及固体渗碳剂的渗碳箱放入加热炉即可进行，它适用于单件，小批生产， 液态介质渗碳――所用渗剂大多有公害，且工件易因残盐而腐蚀，故其使用受到一定限制。 气体介质渗碳――将工件放在气体介质中加热并进行渗碳的工艺称为气体渗碳。气体渗碳温度及介质易于调整，碳浓度及渗层深度易于控制，容易实现直接淬火，生产率高，操作方便，易于机械化 ，自动化，适用于各种批量，各种尺寸的工件，因而应用最广。 ;2．渗碳工艺 ①．渗碳前的准备工作 包括： 渗碳前热处理：因渗碳钢含碳量低，为改善其切削加工性能，为渗碳时准备较合理的的原始组织，应对不同的材料，不同的加工工艺进行不同的预先热处理。 渗碳前的设备检查：渗碳炉的密封性，各管道油嘴是否畅通，冷却系统检测仪表是否能正常。 非渗碳部位的防污：堵塞防渗法,镀铜防渗法,涂料防渗法 ;渗碳部位的渗前准备工作：工件渗碳表面必须洁净，不能有氧化皮，锈斑，油污，以免造成渗碳不均匀和在淬火后出现软点，可进行喷砂清理或用热碱水，汽油，四氯化碳等清洁。 渗碳表面应避免出现裂纹，深的刀痕，划伤或碰伤，因它们在淬火过程中会产生应力集中现象，渗碳前有这类损伤的工件必须清除。;②．气体渗碳工艺：滴注式气体渗碳（ａ） 通气式气体渗碳（ｂ） ; 向渗碳炉内滴注液态碳氢化合物如甲醇，煤油，醋酸乙酯等，经热分解等反应析出活性碳原子，工艺过程可