滲金屬技術(shù)原理

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。金屬元素可單獨滲入，也可幾種共滲，還可與其他工藝（如電鍍、噴涂等）配合進行復(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滲入的化學(xué)熱處理方法。有時也采用鍍-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散保護層優(yōu)越的性能，以滿足航空、航天和其他動力工業(yè)對機械零件的特殊要求。例如，鉻鋁共滲件有良好的抗含硫燃氣腐蝕和抗高溫氧化性能；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，其表面擴散保護層與基體之間有相互擴散作用，能使表面層合金含量降低，喪失保護作用。為解決這一問題，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程中可以有一二種元素擴散進入基體金屬而形成過渡層，提高結(jié)合力，但由于處理溫度高，工件易畸變，同時氣氛中含氯化氫多，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，克服高溫等缺點而發(fā)展起來的，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300℃）、畸變小，無氫脆，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

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氣介質(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行熱擴散的方法，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)過壓延或小變形量軋制，使附著的鋁層密實后再進行擴散退火。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,時間是10～25分。機械工業(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、建筑部門使用的管道、容器,能節(jié)約大量不銹鋼和耐熱鋼。在機械制造部門,滲鋁的應(yīng)用范圍也不斷擴大。低碳鋼工件滲鋁后可在780℃下長期工作。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℃ 時在含鉛燃料燃燒產(chǎn)物的腐蝕下工作的汽車排汽閥，或是在900℃下工作的燃氣輪機葉片,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℃，保溫時間一般為4～8小時。滲鉻后的鎳基合金,在850℃時有相當(dāng)高的抑制硫化物腐蝕的能力，可用于燃汽輪機葉片等零件。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。這是因為鋅比鐵更顯正電性,在腐蝕介質(zhì)中鋅首先被腐蝕,使基體受到保護。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℃下進行，通常保溫2～4小時。熱浸滲鋅是將工件浸入400～500℃的熔融純鋅中，擴散滲入。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)孔等的工件的保護層。碳鋼滲鋅已用于緊固件、鋼板、彈簧、電臺和電視臺天線等產(chǎn)品。

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行擴散。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行擴散處理，使?jié)B涂元素向部件擴散形成涂層。

逾滲理論是處理強無序和具有隨機幾何結(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到一定值(稱為逾滲閾值)時，在逾滲閾值處系統(tǒng)的一些物理性質(zhì)會發(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)性會消失(而從另一方面看,則是突然出現(xiàn))。

經(jīng)典統(tǒng)計的逾滲理論(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)計的逾滲理論方程:

對于二維體系x的典型值為1.3;對于三維體系x為1.9,并推斷出,球狀粒子只有體積分數(shù)達到16%以上時,才會形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),該模型不僅可以用于計算電導(dǎo)率,還可以通過計算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。