(表面工程学课件）5热扩渗.ppt

5.4 液体热扩渗 定义： 将工件浸渍在熔融液体中，使表面渗入一种或几种元素的热扩渗工艺方法。 分类： 盐浴法、热浸法、熔烧法。 热浸法 定义：将工件直接浸入液态金属中，经较短时间保温即形成合金层。 常见：钢铁制品的热浸锌、热浸铝、热浸锡(阴极性履层)等。 特点：生产效率高。 　　　　 渗层厚度不易均匀，且只适于浸渗熔点较低的金属。 一、低温盐浴共渗法二、硼砂熔盐金属履层技术（T.D法） （复习、自学） 三、热浸锌和热浸铝 1. 热浸渗工艺的基本特点： 热浸锌和热浸铝是热浸法中最常用的工艺。 热浸锌或铝就是将钢材或工件浸渍到熔融锌液或铝液中，使钢材或工件表面形成锌及锌铁合金层或铝及铝合金层的方法。 热扩渗锌是世界各国公认的一种经济实惠的材料表面保护工艺。广泛应用于在大气和海洋中工作的钢铁工件上。 　（热镀锌约占镀锌总量的95%，热镀锌用锌量在世界范围内占锌产量的40%，在中国约占锌产量的30%左右。） 热浸锌方法特点： 生产成本低、效率高、操作简单、生产工艺可靠、易于实现机械化和自动化等优点，应用更广泛。 热扩渗锌层比电镀锌层具有良好的耐腐蚀能力，更高的硬度和耐磨性。 渗铝是一种既可以保持工件的基体韧性，又可以提高表面的抗氧化和耐腐蚀能力的方法。 热浸铝层比热浸锌层更耐大气腐蚀。 锌:　熔点420℃，价格1.5万元/吨 热浸渗过程：热能为反应的主驱动力。 溶解 形成合金层 扩散 形成固溶体或金属间化合物 包络 获得纯金属层(与电镀层相似) 心部 表面 2. 热浸渗的工艺方法 热浸渗工艺种类： 　　溶剂法(湿法和干法)、氧化还原法(森吉米尔法)。 　　两种方法是按脱脂除锈、表面保洁方式来分类的。 3. 热浸锌的工艺和性能 热浸锌层由基体向表面有多相组织，各相组织的硬度和韧性等都不一样。热浸锌工艺就是调整各相的比例，得到结合力高、致密且具有良好外观的热浸锌层。 热浸锌方法种类： 湿法热浸锌、干法热浸锌、氧化还原法热浸锌、铅锌法热浸锌、单面热浸锌等。 国内应用最多的是：干法热浸锌和氧化还原法热浸锌。 锌液：Zn-Al，Zn-Ni等 决定浸锌质量的主要工艺参数： （1）锌液温度(440-465℃) 　温度低，锌液的粘度增加，浸锌层厚度及不均匀性增加。 　温度高，浸锌层的塑性降低，锌锅使用寿命缩短；高于480℃ 时，锌液对基体铁溶解速度加快，对锌锅和工件都有害。 （2）浸渍时间（10-30s）和从锌液中抽出的速度 　在热浸锌工作温度范围内，浸渍时间每增加四倍，合金层的重量增加一倍。 　抽出速度低，纯锌层薄；抽出速度过慢，则使纯锌层太薄，浸锌层几乎全由铁锌合金层组成，浸锌层的塑性降低。 　抽出速度高，纯锌层厚；抽出速度过快时，带出的锌液来不及滴尽，使工件或钢材附着过量的锌液而凸凹不平。 热浸锌层的耐腐蚀性能： 　保护膜保护：锌在大气中形成一层致密、紧固、耐腐蚀的 ZnCO3·3Zn(OH) 3保护膜。 　阴极保护作用：锌层有局部损坏时，锌可作牺牲阳极。 热浸锌层的耐大气腐蚀能力与锌层的厚度有关。 热浸锌应用非常广泛。 热浸锌材料与工件 4．热浸铝工艺和性能 影响热浸铝层厚度和性能的因素： （1）基体（钢）的化学成分 　钢中碳、硅含量增加及添加铬、锰等元素，热浸铝层厚度减少。 （2）铝液的成分 　锌能提高铝液与钢基的反应速度和渗层的附着性； 　硅能提高铝液的流动性，降低合金层的厚度和硬度； 　铁会增大铝液粘度，影响渗层厚度和耐蚀性。 （3）浸铝的温度(700-930℃)和时间（10～20min） 　随着温度的增高，热浸铝层的厚度增加，但热浸铝层中Fe2Al5相也急剧增加，塑性降低，浸铝锅的使用寿命也缩短。 　热浸铝层的厚度随浸铝时间延长而呈对数曲线增加。 （4）从铝液中抽出的速度（与“从锌液中抽出的速度”相似） 　从铝液中抽出的速度越高，纯铝层越厚。 根据用途不同，热浸铝钢材和工件可分为耐蚀用品和耐高温氧化用品，后者必须进行扩散退火（一般是在900～980℃的空气加热炉内保温4～6h，使渗铝层表面形成连续而致密的Al2O3膜，保护基体不继续氧化，同时增加渗铝层的厚度。） 扩散退火后热浸铝层抗高温氧化性能良好。 渗铝是目前提高钢材耐硫化物腐蚀的最有效方法之一。 在大气条件下，热浸铝钢比热浸锌钢具有更好的耐蚀性。 热浸锌与热浸铝 锌:　熔点420℃，价格1.4万元/吨 浸锌温度：440-465℃ 浸锌时间：10－30s 　2007年，国外热浸渗铝钢板年产量约达100万吨，热浸渗铝各种型材约达200万吨。 铝:　熔点660℃，价格约1.3万元/吨 　2