热处理氮化催渗剂.doc

卡森气体氮化催渗剂简介
化学热处理过程是一个比较复杂的过程，特别是黑色金属低温气体渗氮技术更是复杂。渗剂中的扩散，渗剂与被渗金属表面的界面反应，被渗元素原子的扩散和扩散过程中相变在低温氮化中的控制尤其困难。
气体渗氮时，通人氨气与钢表面产生相界面反应
2NH3＝3H2十2［N]
产生活性氮原子，渗入钢件表面进行渗氮。
扩散是相界面反应产生的氮原子渗入金属表面后向内部的迁移过程。
一、卡森气体氮化催渗剂及其在氮化过程中的化学反应机制
卡森系列催化剂是促进含有被渗元素的物质分解或产生出活性原子的物质，它是一种中间介质，本身不产生被渗无素的活性原子．催渗剂在在适当温度的作用下，可以极大延长活性氮元素的扩散动力，从而让氮元素在金属表面渗的更深，组合更合理。
不论何种催渗作用，其作用于被渗元素的能力均可根据质量作用定律确定。根据质量作用定律，每一反应的平衡常数，在常压下，取决于温度。而当温度一定时，平衡常数也一定，则主要取决于参加反应物质的浓度(液态反应)或分压(气态反应)。因此，影响催渗剂活性的因素首先是催渗剂本身的性质，在渗剂一定条件下，催渗剂的消耗和渗剂的用量成比例。
二、化学热处理的吸附过程及其影响因素
化学热处理时，相界面反应是和金属表面对渗剂的吸附过程紧密相关的。一般固体表面对气相的吸附分成两类，即物理吸附和化学吸附。物理吸附是固体表面对气体分子的凝聚作用，吸附速度快，达到平衡也快。吸附大多数为多分子层，固体晶格与气体分子间没有电子的转移和化学键的生成。随着温度的升高，吸附在固体表面上的分子离开固体表面(即解吸现象)愈多。化学吸附则不同，它在吸附过程中的结合力类似化学键力，而且有明显选择性。化学吸附只能是单分子层，吸附的发生需要活化能，吸附速度随着温度的提高而增大。一般化学热处理的吸附过程随着温度的提高而增大。
吸附能力还和工件表面活性有关。所谓工件表面活性，也就是吸附和吸收被渗活性原子能力的大小。工件表面光洁度愈差，吸附和吸收被渗原子的表面愈大，活性愈大。工件表面愈新鲜，即工件表面既没有氧化也没有被沽污，则表面原子的自由键力场完全暴露，增加了捕获被渗元素气体分子的能力，因而增大了表面活性。目前化学热处理常采用卤化物作净化物，在化学热处理过程中靠其对工件表面的轻微侵蚀作用，除去工件表面氧化膜等沾污物，降低工作表面光洁度，以提高表面活性，促进化学热处理过程．其缺陷是，容易导致金属腐蚀而导致成品报废。
三、化学热处理的扩散过程
金属表面溶人被渗元素的原子后，表面该种元素的浓度增加。因而表面与内部存在着浓度差，要发生原子迁移现象，被渗元素的原子由浓度高处向低处迁移，即发生了扩散现象。
1．纯扩散与反应扩散
在化学热处理中发生的扩散现象一般有下列几种：
(1)纯扩散
渗入元素原子在母相金属中形成固溶体，在扩散过程中不发生相变或化合物的形成和分解。这种扩散过程称纯扩散。
这种扩散现象多数发生在化学热处理过程的初期，或发生在渗剂活性不足以使渗入元素在工件表面达到钢中饱和浓度的场合。
(2)带来相变的扩散和反应扩散

图1－1，Fe－Cr二元状态图及渗层Cr浓度分布曲线
与渗剂平衡的浓度高于该温度固溶体的饱和极限时的另一种情况是，由溶解度较低的固溶体转变成浓度更高的化合物。这种扩散称为反应扩散。钢的渗氮形成e相氮化物。
四、加速化学热处理过程的途径
由于化学热处理过程一般持续时间较长，耗费大量能源，因此如何加速化学热处理过程，多年来一直是化学热处理研究的重要方向之一。化学热处理过程的加速，可以从加速化学热处理的基本过程来达到。加速化学热处理基本过程的方法可以是物理的方法，也可以是化学的方法。因而出现所谓物理催渗法与化学催渗法。
物理催渗法是利用改变温度、气压，或者利用电场、磁场及辐射，或者利用机械的弹塑性变形及弹性振荡等物理方法来加速渗剂的分解，活化工件表面，提高吸附和吸收能力，以及加速渗入元素的扩散等。化学催渗的方法是在渗剂中加入一种或几种化学试剂或物质，促进渗剂的分解过程，去除工件表面氧化膜等阻碍渗入元素吸附和吸收的物质，利用加入的物质与工件表面的化学作用，活化工件表面，提高渗入元素的渗人能力。
一般来说，化学催渗的方法能加速渗剂的分解，提高工件表面的吸收能力，从而提高工件表面渗入元素的浓度。它对扩散过程的加速作用，是工件表面渗入元素的浓度，对扩散过程起决定作用的扩散系数无直接作用。一般化学热处理对渗入元素表面的浓度均有一定要求，不能过高。故一般化学催渗方法常和物理催渗方法结合使用，即利用化学催渗方法提高渗入元素的表面浓度，利用物理方法提高扩散系数，加速扩散过程。
若渗氮的目的是为了提高表面硬度和耐磨性，提高疲劳强度，同时对工件变形又有严格限制，一般渗氮温度就不能高于共析温度590℃。否则，渗层中将出现共析组织硬度剧降；表面c相过厚，