熱擴(kuò)滲概述課件

第六章熱擴(kuò)滲定義：將工件放在特殊介質(zhì)中加熱，使介質(zhì)中某一種或幾種元素滲入工件表面，形成合金層(或摻雜層)的工藝，稱為熱擴(kuò)滲技術(shù)，又稱為熱滲鍍技術(shù)或化學(xué)熱處理技術(shù)。能進(jìn)行熱擴(kuò)滲的材料包括碳、氮、硼、鋅、鋁、鉻、釩、鈮、硅、硫和這些元素的多元共滲等。第一節(jié)熱擴(kuò)滲技術(shù)的基本原理一、熱擴(kuò)滲層形成的基本條件

1滲入元素必須能夠與基體金屬形成固溶體或金屬間化合物。2欲滲元素與基材之間必須有直接接觸。3被滲元素在基體金屬中要有一定的滲入速度。二、滲層形成機(jī)理1產(chǎn)生滲劑元素的活性原子并提供給基體金屬表面。2滲劑元素的活性原子吸附在基體金屬表面上，隨后被基體金屬所吸收，形成最初的表面固溶體或金屬間化合物，建立熱擴(kuò)滲所必須的濃度梯度。3滲劑元素原子向基體金屬內(nèi)部擴(kuò)散，基體金屬原子也同時(shí)向滲層中擴(kuò)散，使擴(kuò)滲層增厚，即擴(kuò)滲層成長(zhǎng)。三、擴(kuò)滲層的組織特征1將金屬A放在B粉末中擴(kuò)滲時(shí)，B滲入A中形成α固溶體，此時(shí)B在A中的濃度分布如圖中的曲線1所示；2當(dāng)B在A中的濃度到達(dá)飽和平衡濃度Co時(shí)如圖中的曲線2所示，將形成新相AnBm，濃度處于C1極小和C1極大之間，如圖5.1(b)中的曲線3所示。3隨著B元素的不斷滲入，將會(huì)出現(xiàn)新相β。擴(kuò)滲結(jié)束時(shí)B原子濃度分布如圖)中的曲線4所示。滲層的最終組織如圖(c)所示，由外表向內(nèi)依次為β-AnBm-α-基材A。四、熱擴(kuò)滲工藝的分類第二節(jié)熱浸鍍一、定義熱浸鍍鋅或鍍鋁就是將鋼材或工件浸漬到熔融鋅液或鋁液中，使鋼材或工件表面形成鋅及鋅鐵合金層或鋁及鋁合金層的方法。二、熱浸鍍的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域1熱浸鍍具有生產(chǎn)成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)工藝可靠、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用非常廣泛。2熱浸鍍鋅不僅能提高工件在大氣、水、硫化氫及一些有機(jī)介質(zhì)中的抗腐蝕能力，而且還能獲得比電鍍鋅更高的硬度和耐磨性。廣泛應(yīng)用于在大氣和海洋中工作的鋼鐵工件上，如水管、鐵塔型材和螺栓。3熱浸鍍鋁是一種既可以保持工件的基體韌性，又可以提高表面的抗氧化和耐腐蝕能力的方法。熱浸鋁比熱浸鋅更耐大氣腐蝕，主要用于汽車排氣管、消音器、高速公路護(hù)欄、鐵塔型材以及建筑物的屋頂板等。三、熱浸鍍組織形成過程以熱浸鍍鋁為例：1當(dāng)液態(tài)鋁與鐵接觸時(shí)，首先在鐵-鋁的分界上形成鐵鋁合金層并產(chǎn)生FeAL相化合物；然后，鋁原子向鐵內(nèi)擴(kuò)散，鐵原子向外擴(kuò)散使FeAl3相層厚度增加；2隨著鋁繼續(xù)向內(nèi)擴(kuò)散，形成Fe2Al5相并沿?cái)U(kuò)散方向長(zhǎng)大成橫跨若干晶粒的粗大柱狀晶體。3工件從鋁液中取出時(shí)表面粘附一層純鋁。4滲層組織由表向里是純鋁相、FeAl3相化合物和Fe2Al5化合物。同理，鋼鐵件在熱浸鋅后由表向里的滲層組織依次為：Zn、FeZn13相、FeZn7相和Fe4Zn21相。四、熱浸滲的工藝方法1.氫還原法，即森吉米爾(Sendzimir)法⑴氫還原法熱浸滲是將鋼板或鋼帶先通過氧化爐燒掉表面的油、脂，入還原爐去除氧化膜，氣體保護(hù)冷卻然后進(jìn)入熱浸鍍鍋。⑵氫還原法取消了酸堿洗和溶劑處理等表面預(yù)處理方法，整個(gè)過程可自動(dòng)控制。環(huán)保?。、菤溥€原法工件可帶溫進(jìn)入鍍液，鍍液溫度穩(wěn)定，減少了熱浸鍋的熱應(yīng)力，壽命↑。帶溫進(jìn)入鍍液，縮短了熱浸滲時(shí)間。1-開卷機(jī)；2，12-剪切機(jī)；3-焊機(jī)；4-張力調(diào)節(jié)器；5-氧化爐；6-還原爐；7-冷卻段；8-鍍鍋；9-冷卻帶；10-化學(xué)處理；11-卷取機(jī)；13-平整機(jī)；14-廢料糟；15-涂油機(jī)；16-平臺(tái)2.溶劑法⑴溶劑法熱浸滲就是先將經(jīng)常規(guī)方法去油除銹清洗后的清潔工件進(jìn)行溶劑處理，干燥后再將工件浸入欲滲金屬熔液中，保溫?cái)?shù)分鐘后抽出，水冷。⑵溶劑處理的目的是：①去除在清洗過程中工件表面未完全清洗掉的殘存鐵鹽；②將經(jīng)除銹去油清洗后生成的銹溶解掉；③活化工件表面，提高欲滲金屬液浸潤(rùn)鐵基體的能力，提高浸鍍層的結(jié)合力。⑶干法熱浸鋁采用的溶劑配方為4%K2ZrF6，處理溫度50～80℃。工業(yè)常用鋁液成分和浸鍍工藝注：常用熱浸鍍鋅工藝為440～465℃，保溫?cái)?shù)分鐘。

序號(hào)鋁液成分浸鍍工藝備注溫度℃時(shí)間min1Al100%760-78010-30粘鋁偏多2Al88-92%,Fe12-8%680-80015-60鐵鍋和工件的溶解少3Al94-98%,Si6-2%720-78020-30鋁液流動(dòng)性好五、影響熱浸鍍鋁層厚度和性能的因素⑴鋼的化學(xué)成分：鋼中碳、硅含量↑，鍍層厚度↓；鉻、錳也使鍍層厚度↓。⑵鍍液成分：鋅能↑鋁液與鋼基的反應(yīng)速度和鍍層的附著性。硅↑鋁液的流動(dòng)性，↓鍍層厚度和硬度。鐵會(huì)增大鋁液粘度，↑鍍層厚度，↓耐蝕性。⑶溫度：溫度↑，鍍層厚度↑，但Fe2Al5相也急劇增加，塑性降低。溫度↑，浸鋁鍋壽命↓。常用的浸鋁溫度700~800℃。⑷浸鍍時(shí)間：鍍層厚度隨浸鋁時(shí)間↑而呈對(duì)數(shù)曲線↑，一般為10~20min。

⑸從鋁液中抽出的速度越高，純鋁層越厚。⑹耐高溫氧化工件，必須進(jìn)行擴(kuò)散退火，一般是在900~980℃的空氣加熱爐內(nèi)保溫4~6h，使?jié)B鋁層表面形成連續(xù)而致密的Al2O3膜，保護(hù)基體不繼續(xù)氧化，同時(shí)增加滲鋁層的厚度。六、熱浸鍍鋁存在的主要問題及措施1．漏鍍；直接導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。⑴表面去污不凈，特別是脫脂不徹底?！訌?qiáng)清洗環(huán)節(jié)⑵助鍍效果不好（表面氧化）會(huì)產(chǎn)生漏鍍。→鍍鋁常用氟化鹽。但是對(duì)鍍多元鋁合金則復(fù)雜的多，必須在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。⑶鋁液表面的氧化層以及鋁液中的氧化物在鋼鐵件浸入鋁液時(shí)常常會(huì)附著在工件表面，阻止鋁的滲入，最終形成漏鍍?！阡X液表面加覆蓋鹽，以避免鋁液的氧化。對(duì)防止漏鍍有較好的效果。但覆蓋鹽法工藝復(fù)雜、成本高且需后續(xù)處理，而且隨著覆蓋鹽的老化效果急劇下降?！尤肟寡趸瘎?，使鋁液表面迅速形成一層極薄的抗氧化薄層，阻止鋁液進(jìn)一步氧化?？蛇_(dá)到消除漏鍍的目的。⑷鋁液中的氣泡附在工件表面上時(shí)，也會(huì)形成漏鍍。→定期進(jìn)行除氣或使工件在鋁液中上下移動(dòng)可使氣泡脫離上浮。2．滴瘤、堵孔及厚度不均勻；不僅影響鍍件的表面質(zhì)量、鍍件的尺寸精度，同時(shí)亦為后續(xù)的安裝過程帶來一系列問題。⑴原因之一是鋁液的流動(dòng)性不佳?！杩筛纳其X液的流動(dòng)性，但又抑制鋁鐵間的反應(yīng)適量?！尤脞?、鑭，不僅可以提高鋁液的流動(dòng)性，還可以降低鋁液中的氧化物含量，使鍍件表面更光亮、平整。⑵原因之二是鋁液溫度不均勻。因?yàn)闇囟扔绊戜X液的粘度?！糜?jì)算機(jī)群控技術(shù)，采用多段加熱、多頭控溫，以確保鋁液溫度