滲金屬

滲金屬滲鋁

鋼鐵和鎳基、鈷基等合金滲鋁后，能提高抗高溫氧化能力，提高在硫化氫、含硫和氧化釩的高溫燃?xì)饨橘|(zhì)中的抗腐蝕能力。為了改善銅合金和鈦合金的表面性能，有時(shí)也采用滲鋁工藝。

滲鋁的方法很多。冶金工業(yè)中主要采用熱浸、靜電噴涂或電泳沉積后再進(jìn)行熱擴(kuò)散的方法，大量生產(chǎn)滲鋁鋼板、鋼管、鋼絲等。靜電噴涂或電泳沉積后，必須經(jīng)過(guò)壓延或小變形量軋制，使附著的鋁層密實(shí)后再進(jìn)行擴(kuò)散退火。熱浸鋁可用純鋁浴，但更普遍的是在鋁浴中加入少量鋅、鉬、錳、硅，溫度一般維持在670℃左右,時(shí)間是10～25分。機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的是粉末裝箱法，滲劑主要由鋁鐵合金（或純鋁、氧化鋁）填料和氯化銨催化劑組成。

滲鋁主要用于化工、冶金、建筑部門(mén)使用的管道、容器,能節(jié)約大量不銹鋼和耐熱鋼。在機(jī)械制造部門(mén),滲鋁的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。低碳鋼工件滲鋁后可在780℃下長(zhǎng)期工作。在900～980℃環(huán)境中，滲鋁件的壽命比未滲鋁件顯著提高。18-8型不銹鋼和鉻不銹鋼滲鋁后，在594℃硫化氫氣氛中,抗腐蝕能力比未滲鋁的大大增加。760℃ 時(shí)在含鉛燃料燃燒產(chǎn)物的腐蝕下工作的汽車(chē)排汽閥，或是在900℃下工作的燃?xì)廨啓C(jī)葉片,滲鋁后的腐蝕抗力都有明顯增加。

滲金屬滲鉻

碳素鋼和合金鋼（包括耐熱鋼和高溫合金）在滲鉻后，可提高耐蝕、耐磨和抗高溫氧化性能。

滲鉻主要有粉末法、氣體法和熔鹽法，其中以粉末法在工業(yè)上應(yīng)用較多。粉末滲劑由鉻粉、鹵化銨和氧化鋁組成。滲鉻溫度1000～1100℃，保溫時(shí)間一般為4～8小時(shí)。滲鉻后的鎳基合金,在850℃時(shí)有相當(dāng)高的抑制硫化物腐蝕的能力，可用于燃汽輪機(jī)葉片等零件。滲鉻后的熱鍛模和噴絲頭等耐磨性提高，使用壽命成倍增加。許多與水、油或石油接觸的部件都采用滲鉻處理，以抵抗多種介質(zhì)的腐蝕。滲鉻后的鋼件還可代替不銹鋼用于各種醫(yī)療手術(shù)器械和奶制品加工器件。

滲金屬滲鋅

工件滲鋅后可提高抗大氣腐蝕能力。這是因?yàn)殇\比鐵更顯正電性,在腐蝕介質(zhì)中鋅首先被腐蝕,使基體受到保護(hù)。工業(yè)上多采用粉末滲鋅，即以鋅粉作為滲劑,也有加惰性或活性材料的,一般在380～400℃下進(jìn)行，通常保溫2～4小時(shí)。熱浸滲鋅是將工件浸入400～500℃的熔融純鋅中，擴(kuò)散滲入。滲鋅層與基體有良好的結(jié)合力,厚度均勻，適用于形狀復(fù)雜的工件,如作為帶有螺紋、內(nèi)孔等的工件的保護(hù)層。碳鋼滲鋅已用于緊固件、鋼板、彈簧、電臺(tái)和電視臺(tái)天線等產(chǎn)品。

滲金屬的方法主要有固體法（如粉末包裝法、膏劑涂滲法等）、液體法（如熔鹽浸漬法、熔鹽電解法、熱浸法等）和氣體法。金屬元素可單獨(dú)滲入，也可幾種共滲，還可與其他工藝（如電鍍、噴涂等）配合進(jìn)行復(fù)合滲。生產(chǎn)上應(yīng)用較多的滲金屬工藝有：滲鋁、滲鉻、滲鋅、鉻鋁共滲、鉻鋁硅共滲、鈷（鎳、鐵）鉻鋁釩共滲、鍍鉭后的鉻鋁共滲、 鍍鉑（鈷）滲鋁、 滲層夾嵌陶瓷、鋁-稀土共滲等。

滲金屬共滲

共滲和復(fù)合滲是兩種以上金屬元素的原子依次滲入或同時(shí)滲入的化學(xué)熱處理方法。有時(shí)也采用鍍-滲、噴-滲、鍍-噴-滲、電泳－滲等化學(xué)熱處理工藝與其他工藝相配合的方法。共滲或復(fù)合滲可以使工件獲得較單一擴(kuò)散保護(hù)層優(yōu)越的性能，以滿足航空、航天和其他動(dòng)力工業(yè)對(duì)機(jī)械零件的特殊要求。例如，鉻鋁共滲件有良好的抗含硫燃?xì)飧g和抗高溫氧化性能；鉻鋁硅共滲能得到較滿意的抗氧化、抗高溫腐蝕的綜合性能。又如，耐熱合金在高溫下使用時(shí)，其表面擴(kuò)散保護(hù)層與基體之間有相互擴(kuò)散作用，能使表面層合金含量降低，喪失保護(hù)作用。為解決這一問(wèn)題，可采用先滲鉭（或鉻-鉭）,然后再滲鋁或鉻鋁、鎳（鈷）鋁等共滲，也可采用鍍鉑(鈷)后滲鋁。

滲層夾嵌陶瓷，如滲鋁將二氧化鈦、三氧化二鋁陶瓷微粒夾嵌在滲層內(nèi)的滲鋁夾嵌陶瓷，可改善抗高溫氧化性能和抗起皮性能，增加抗硫蝕、抗沖蝕的能力。

如果在滲劑中加稀土元素可顯著地改善滲層的抗硫化物的腐蝕性能。

滲金屬氣相沉積

氣相沉積是在鋼、鎳基合金、鈷基合金和硬質(zhì)合金表面建立金屬碳化物、氮化物、硼化物和復(fù)合化合物等覆蓋層的現(xiàn)代方法。覆蓋方法大致分為化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積兩種?；瘜W(xué)氣相沉積的處理溫度一般在1000℃以上。通常，在工模具、高速鋼和硬質(zhì)合金刀具的表面覆蓋一層碳化鈦或氮化鈦，可使使用壽命提高數(shù)十倍?；瘜W(xué)氣相沉積形成的覆蓋層在沉積過(guò)程中可以有一二種元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入基體金屬而形成過(guò)渡層，提高結(jié)合力，但由于處理溫度高，工件易畸變，同時(shí)氣氛中含氯化氫多，容易污染大氣。

物理氣相沉積是承襲化學(xué)氣相沉積提高表面性能的優(yōu)點(diǎn)，克服高溫等缺點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的，主要有真空蒸鍍、真空濺射和離子鍍等方法。物理氣相沉積的共同特點(diǎn)是用高能密度的鍍覆粒子撞擊工件,釋放的能量使工件發(fā)熱，但一般不超過(guò)600℃，故畸變小。根據(jù)需要,沉積層厚度為1～150微米,一般為5～15微米。 物理氣相沉積比化學(xué)氣相沉積優(yōu)越之處在于溫度低（如空心陰極放電蒸鍍，工件溫度甚至不超過(guò)300℃）、畸變小，無(wú)氫脆，但設(shè)備比較復(fù)雜,而且與基體金屬的結(jié)合力尚嫌不足。2100433B

與滲非金屬相比,金屬元素的原子半徑大,不易滲入，滲層淺，一般須在較高溫度下進(jìn)行擴(kuò)散。金屬元素滲入以后形成的化合物或鈍化膜，具有較高的抗高溫氧化能力和抗腐蝕能力，能分別適應(yīng)不同的環(huán)境介質(zhì)。

將待涂的金屬部件與滲涂元素、活性劑和中性填料一起埋在金屬罐中，在高溫和惰性或還原氣氛下進(jìn)行擴(kuò)散處理，使?jié)B涂元素向部件擴(kuò)散形成涂層。

逾滲理論是處理強(qiáng)無(wú)序和具有隨機(jī)幾何結(jié)構(gòu)系統(tǒng)常用的理論方法之一。這一理論研究的中心內(nèi)容是:當(dāng)系統(tǒng)的成分或某種意義上的密度變化達(dá)到一定值(稱為逾滲閾值)時(shí)，在逾滲閾值處系統(tǒng)的一些物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生尖銳的變化,即在逾滲閾值處，系統(tǒng)的一些物理現(xiàn)象的連續(xù)性會(huì)消失(而從另一方面看,則是突然出現(xiàn))。

經(jīng)典統(tǒng)計(jì)的逾滲理論(Kirkpatrick-Zallen)模型

Kirkpatrick、Zallen等借用Flory凝膠理論描述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成,并提出經(jīng)典統(tǒng)計(jì)的逾滲理論方程:

對(duì)于二維體系x的典型值為1.3;對(duì)于三維體系x為1.9,并推斷出,球狀粒子只有體積分?jǐn)?shù)達(dá)到16%以上時(shí),才會(huì)形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),該模型不僅可以用于計(jì)算電導(dǎo)率,還可以通過(guò)計(jì)算x、v得到粒子在體系內(nèi)的分布狀況。2100433B

滲涂工藝可分為包埋滲涂和泥漿包滲兩種。