材料表面工程-第二讲案例实例.ppt

; 一、热扩渗 二、热喷涂 三、热喷焊和堆焊;一、热扩渗;1.热扩渗概述及分类 定义-通过加热扩散把一(或几)种元素渗入金属表面，形成扩散合金层的工艺。 所形成的合金层叫做叫做热扩渗层(简称渗层)。 选择不同热扩渗材料(基体和渗剂)，可改变渗入元素，得到组织性能不同的表面(如耐蚀、耐磨、耐氧化等)。 渗层特点-渗层与基体金属间形成合金，即冶金结合。结合非常牢固，渗层不易脱落。 ;形成渗层基本条件 ?渗入元素与基体金属能够形成固溶体或金属化合物; ?渗入元素与基体金属有直接接触; ?渗入元素在基体金属中有一定的渗入速度; ④对于由化学反应提供活性原子的，该反应必须满足热力学条件：反应进行，平衡常数1%。 ;渗层形成机理 ?产生渗剂元素的活性原子; ?活性原子吸附于基体表面，并被表面吸收形成固溶体或金属间化合物; ?渗剂元素原子向内部扩散，基体原子向渗层扩散，渗层增长。 ;热扩渗影响因素 热扩渗初始阶段:溶入原子的扩渗速度受产生渗剂活性原子的反应速度控制；而当渗层达到一定厚度时，扩渗速度取决于扩散速度。 影响化学反应速度的因素:反应物浓度，反应温度，活化剂(催化剂); (如钢中渗Cr时，渗剂中往往加入少量活性剂NH4Cl，分解出的HCl气还原钢表面氧化膜，使表面活化，加速扩渗过程。);渗层组织特征 形成连续固溶体的扩散——纯扩散； 伴随新相产生的扩散——反应扩散； 二元合金渗层一般不会出现两相共存区。 ;2. 热扩渗原理 （1）固渗法(固体热扩渗) 定义-把工件放入固体渗剂中(或用固体渗剂包裹工件)加热到一定温度保温一定时间，使工件表面渗入某种元素或多种元素。 固渗法优点-设备简单，操作容易，适用于形状复杂的工件； 固渗法缺点-渗层组织和深度都难以控制，尺寸、数量受限制，效率低， 处理温度高，时间长，基体强度有所降低，能耗高，劳动条件差(粉尘)。 ;固渗法分类-粉末包渗法和膏剂法 。 粉末包渗法：最普通，最悠久的固体热扩渗法 。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，高温加热使欲渗金属发生热扩渗。 ;（2）液渗法 定义-将工件浸漬在熔融液体中，使工件表面渗入某种元素或多种元素的工艺方法 。 分类-热浸法、熔烧法、盐浴法 ;热浸渗过程的三个步骤: ①铁基表面溶解，形成合金层; ②合金层中渗入原子向内扩散，形成固溶体或化合物; ③合金层外包络一层纯金属。 ;熔烧法-把扩渗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渗层。 ;（3） 气渗法 定义-气体热扩渗是把工件置于含有渗剂原子的气体介质中加热到渗剂原子能在其基体中产生显著扩散的温度，使工件表面获得该渗剂元素的工艺过程。 优点-是工件渗层厚度均匀，易控制；容易实现机械化、自动化生产；劳动条件好，环境污染小。 缺点-是设备一次性投资较大。 分类-常规气体法、低压气体法。 ;常规气体法-在常压下进行的热扩渗工艺，目前应用最为广泛。其生产量占整个热扩渗工艺的近70%。 ;（4） 复合渗法 定义-复合渗实际是固渗的发展。采用其他镀层手段先在工件表面制造一固相镀(涂)层，然后加热工件(连同涂层)，使之产生扩散形成扩散渗层，从而减少或消除原镀层的多孔性，提高镀层结合力。 加热的方法-如:普通加热炉加热，高频感应加热，通电加热，辉光放电加热，电子束加热，离子束加热等。 分类-电泳渗、喷镀渗、电镀渗、化学镀渗、真空镀渗;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。 优点-渗层厚度均匀，外观光洁，工艺简便，生产率高。 ;（5） 离子轰击扩渗法 定义-利用低真空气体辉光放电等离子体轰击工件表面进行扩渗。等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，可以看作是“电离的气体”，它呈电中性，广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。 ;3. 热扩渗工艺 （1）固体热扩渗-固体粉末渗硼 渗硼剂:供硼剂(硼铁、碳化硼、无水硼砂)，催渗剂(卤化物)，填充剂(碳化硅,氧化铝)。将工件放入渗硼箱，四周填充渗硼剂，将渗硼箱密封后放入加热炉中加热保温。 ;渗硼工艺及组织-Fe-B共晶温度为1146℃，渗硼处理温度:900 ~1000℃，时间1~5h。对变形有要求的钢件渗硼温度一般为850~900℃。所得渗层为FeB、FeB2表面层，渗层与基体间硬度陡降。FeB、FeB2