厦门大学材料表面工程第四章课件.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。 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。 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。 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，并发生界面反应； ④ 界面反应产生的活性原子为金属表面层吸收并向纵深迁移，达到一定的深度，此称内扩散。 大部分渗镀处理的控制步骤是内扩散，因此提高温度可加 速扩散的进行。但如果界面反应是控制步骤，则仅靠提高 温度就未必会收到加速的效果。 一般来说，在初始阶段，金属表面上的浓度较低，界面反 应大多是控制步骤；到一定的程度，渗镀元素在表面的浓 度高达某一值后，渗层厚度的增长主要靠内扩散来进行， 因此扩散成了控制步骤。 4-3-3 镀层性能 镀层特点： 1．硬度 ： 高 2．耐磨性 ： 好 3．抗热粘结性 ： 良好 4．抗剥离性 ： 良好 5．抗氧化及耐蚀性：一般具有良好的抗氧化及耐蚀性， 随镀覆的碳化物种类的不同而不同。 6．韧脆性 ：与淬火回火钢大体处于同一水平。 4-4 热浸镀 4-4-1 热镀锌 1．镀层形成理论 热镀锌是一种经济实惠的材料保护工艺，其形成要经历如下步骤： ① 铁基表面被锌液溶解形成铁锌合金相层； ② 合金层中的锌原子进一步向基体扩散，形成锌铁固溶体； ③ 合金层表面包络一薄锌层。 2．热镀锌的方法 目前工业上应用的热镀锌方法有： 干法热、氧化还原法、湿法、铅锌法、单面热镀锌等多种。 应用最多的是干法热镀锌和氧化还原法热镀锌。 ① 干法热镀锌 干法热镀锌是先把预处理后的清洁工件进行溶剂处理，干燥后再把工件浸入熔融锌液中去。 溶剂处理的目的是去除工件表面上残存的铁盐，将预处理后新生成的锈层溶解，活化钢件表面，提高锌液浸润铁基体的能力，增加镀层的结合力。 干法热镀锌允许有较高的含铝量，因此锌液表面能生成一 层薄