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高质量高效率的热处理新技术 （已在现代零部件061期刊出赵启敬） ---------- BH渗碳催渗技术 西安北恒热处理工程公司 安峻岐 1、BH催渗技术的工业应用现状简介 催渗可提高渗碳或碳氮共渗速度、降低工艺温度，可带来节能降耗、减小工件变形、减小材料晶粒粗化倾向、细化组织等好处。 催渗技术研究是一项复杂的系统工程。仅有几次实验室试验的小试或短期小规模的工业化应用是远远不够的。否则许多潜在问题都会对催渗技术的实际应用产生影响。如：对设备、产品、碳控元件等的影响问题；催渗的工艺稳定性问题；催渗对环境和人体的影响问题等。 北恒公司自八十年代中后期介入催渗技术研究以来，先后取得了“BH-0氯化物催渗技术”和“BH-1稀土催渗技术” 的阶段性开发成果。1997年北恒又成功地开发了具有自己独立知识产权的第三代催渗技术“BH-2、BH-3”。目前北恒的第四代催渗技术研究又进入了工业化试验阶段。由于起步早、参与面广，现在我国催渗技术的研究水平已明显处于国际领先地位。 目前我国工业生产上应用最为广泛的催渗技术是BH催渗技术。采用BH催渗技术的产品几乎含盖了所有渗碳与碳氮共渗零件。例如：轴承、齿轮、活塞销、链条、履带、纺机配件、工具等。例如：一汽（底盘公司）、二汽（变速箱公司），中国四大轴承厂中的三家，齿轮行业中陕西（法士特）、哈尔滨、大同、株洲、武汉（双骏）、江苏（飞船）、湖北（车桥）、上海（上汽五厂）等均采用了BH催渗技术。 2、BH催渗技术机理 BH催渗技术是目前工业化应用最成功的一项催渗技术。BH催渗技术的研究者们认为：气体渗碳和碳氮共渗是气（气氛）固（渗碳工件）相间进行的一种特殊化学反应，有催渗剂时，它分为四个反应过程进行： 气相中的化学反应，渗剂在催化剂作用下分解，产生碳氮原子活性核心体的粒子。 活性核心体在气相中的传质扩散。 活性核心体在催化剂破膜效果作用下迅速穿过气固相间的中间气膜层吸附在工件表面上，在相界面发生化学反应而渗入金属内部。 催化产生的活性核心元素向工件内部扩散。 在实际工艺中，第1步和2步进行的速度很快，第3步较慢、第4步最慢，是影响渗速的瓶颈。要提高渗速就必须首先解决后两步的问题。 2.1 边界气膜层学说在BH催渗技术中的应用 边界气膜层学说是近代气固相化学反应速度研究领域形成的新学说。它同样适用于化学热处理 . 渗碳时气氛中的有效成分与工件表面接触发生以下反应： CO + H2 → [C] + H2 O↑ CH4 → [C] + 2 H2↑ 2 CO → [C] + CO2↑ 碳被吸收后残余气体在工件表面累积，形成一个中间气膜层（图1）。 图1 中间气膜层形成示意图 图2 中间气膜作用原理图 渗碳时气氛中的活性成分穿过中间气膜层后，才能到达工件表面吸附后参与反应。 在中间气膜层中，非活性成分的浓度远高于层外（△C=C1-C2）。BH催渗剂可以产生一种冲击波，破坏气膜层，增强气氛与工件的接触、提高反应的有效几率（图2）。 2.2 BH催渗对扩散的作用 BH催渗剂中含一种新的化学物质，它可以改变渗剂的分解过程，促使渗剂充分分解，并在分解过程中产生部分正四价碳离子。正四价碳离子体积(半径0.15埃)只有碳原子体积(半径0.77埃)的1/135，因而活性高、扩散阻力小、扩散速度快，从而解决了影响渗速的最关键问题，其效果如图3所示。 对于碳离子的存在，许多人都有不同看法。前苏联学者B.M.Гутерман曾经做过一个实验：“在奥氏体钢材的两端通上直流电后，发现碳会向阴极迁移”。 通过这个实验B.M.Гутерман认为：“碳原子在奥氏体中给出价电子以正离子状态存在”。 武汉工艺材料保护研究所在ZLSC一30／20型真空离子渗碳淬火炉中，对离子渗碳过程中几个主要参数的系统研究表明，960℃时20CrMnTi试样2小时的渗层厚度可以达到1.26mm，平均渗速0.62mm/小时。这一事实也证实了离子渗碳的渗速优势。 2.3．BH对渗剂分解的作用： 渗剂分解不充分或分解得过快，以致所产生的活性碳不能被吸收，都会使碳黑增加。BH催渗剂中含有微量的分解助剂，它能使渗剂以适当的速度充分分解，从而抑制碳黑形成，提高渗剂产气量，减少渗剂消耗,使高碳势控制成为可能（通常高碳势碳黑多，会影响氧探头控制）。 3、BH系列催渗技术应用 BH 系列催渗技术在生产中的应用十分广泛，使用BH催渗技术的设备也几乎含盖了所有的气体渗碳和碳氮共渗设备，如连续炉、多用炉、井式炉、滚筒炉、网带炉等。 3.1在井式炉的应用 目前国内已有100多家企业在500多台井式炉上采用了BH催渗技术，他们大多数采用人工手动控制，也有一部分采用自动碳势控制系统；他们渗层最浅的只有0.20-0.30mm ，最深