材料表面改性

2，钢的渗碳
将钢件在碳的活性介质中加热并保温， 使碳原子渗入表层的一种表面化学热处理 工艺。 工艺流程：锻造→正火→切削加工→ 渗碳→淬火+低温回火→精加工
2，钢的渗碳
渗碳剂：CO或CH4 ，化学分解出[C] 影响因素：（1）渗碳温度越高，渗层越厚， 表面碳含量越高。（2）保温时间 技术要求：（1）表面碳含量，0.7∼1.05% 耐磨取上限，强韧性要求一定耐磨取下限。 （2）表层硬度，56∼63HRC
4，碳氮共渗/氮碳共渗
三个阶段：（1）共渗介质分解产生活性碳 原子和氮原子。（2）分解出来的活性碳、 氮原子被钢表层吸收，并逐渐达到饱和状 态。（3）钢表面层饱和的碳、氮原子向内 层扩散 兼得两者优点
五，离子化学热处理
1，定义 2，等离子简介 3，等离子的获得方法 4、离子化学热处理过程
3，淬火中的冷却
（1）喷射冷却法；（2）浸液冷却法
四，化成热处理
1，概念，扩散机理，参数性能评估 2，钢的渗碳 3，钢的渗氮 4，碳氮共渗

1，概念，扩散机理，参数性能评估
化学热处理是表面合金化与热处理相结 合的一项工艺技术，改变表层化成成分和 组织。（表面淬火指改变表层的组织）
1，概念，扩散机理，参数性能评估
2，钢的渗碳
固 体 渗 碳
2，钢的渗碳
气体渗碳 优点：生产效率高，渗层 质量好，劳动条件好。 缺点：渗层含碳量不易控 制，耗电量大。
2，钢的渗碳
真空渗碳，新型
2，钢的渗碳
渗碳后的热处理：（1）直接淬火低温 回火法。（2）一次淬火低温回火法。（3） 二次淬火低温回火法（细化心部组织，， 消除渗层的网状碳化物）
化成热处理基本过程 1，渗剂的分解 气体渗氮时常采用氨气分解： 2NH3 →3H2 + 2[N] 渗碳过程的基本反应（可加入催化剂）： Na2CO3 →Na2O + CO2 BaCO3 →BaO+ CO2 CO2 + C →2CO 2CO→CO2 + [C]
1，概念，扩散机理，参数性能评估
化成热处理基本过程 2，吸附， 表面的缺陷处，如：钢的表面上存在 大量的位错和晶界，为活性原子的渗入提 供了方便的通道。
主要内容
一，表面 二，金属表面形变强化 三，表面淬火 四，化学热处理 五，离子化学热处理
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一，表面
1，理想表面 2，清洁表面 3，金属表层的组成

1，理想表面
理想表面具有结 构完整的二维点阵平 面。半无限的晶体体 内原子的位置及结构 的周期性与原来的无 限晶体相同
2，清洁表面
4，扩散过程的影响因素 主要影响因素为扩散系数： 一，温度影响 D = D0 e -Q/RT （ D0为扩散常数，R为气体常数，T为热力学温度，Q 为扩散激活） 二，浓度的影响，在渗碳及碳氮共渗时，可采用强渗工艺 三，晶格类型的影响，C、N原子在体心立方的α-Fe中的扩散系数比在面 心立方的γ-Fe中大 四，固溶体类型的影响（扩散激活能小） 五，固溶体中第三元素的影响 六，晶粒界面的影响（缺陷） 七，形变与应力的影响
1，概念，扩散机理，参数性能评估
渗层的性能评估 1，硬度
1，概念，扩散机理，参数性能评估
渗层的性能评估（所渗物质所改变相对的性能） 渗碳：提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度。 氮化：提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性。 氰化：提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度。 渗硼：提高表面硬度、耐磨性和耐蚀性。 渗硫：提高表面减磨性和抗咬合性。 渗铝：提高表面抗氧化性。 渗铬：提高表面抗氧化性、耐蚀 性和耐磨性。 渗硅：提高表面硬度、耐蚀性及抗氧化性。 渗锌：提高表面抗大气腐蚀性力。
2，钢的渗碳
渗碳件质量的检验 如：金相实验；硬度测试；剥层化学分析法
3，钢的氮化
和别的化学热处理一样也包括三个过 程：分解、吸收、扩散。 渗氮介质是氨气：2NH3→3H2+2[N]
3，钢的氮化
一段渗氮
3，钢的氮化
二段渗碳（提高温度为550℃，表层硬度有 所降低）
3，钢的氮化
三段渗碳（550 ℃ 后520 ℃ 浓度有所变化）
三，表面淬火
1，淬火 2，淬火方式 3，淬火方法

1，淬火
淬火属于热处理，
右图为热处理图示 说明。热处理只是 用于处理能发生固 态相变的材料。
2，淬火方式（按加热方式分）
淬火两大类：（1）外热源加热表面淬火， 如：火焰加热表面淬火； (2)内热源加热表面淬火，主要有感应 加热表面淬火和接触电阻加热表面淬火。
包括台阶表面、弛豫表面、重构表面
2，清洁表面
表面偏析。物理吸附（范德华力）；化 学吸附（化学键：离子键、金属键或共价 键）
3，金属表层的组成（实际表面）
普通脏污层：油污或灰 尘； 吸附层：大气中液体或 气体分子吸附膜； 氧化层：金属表面与空 气中的氧形成氧化物层； 贝氏层：机加工中表面 的熔化分子层的流动； 变形层：机加工而造成 的变形层。
二，金属表面形变强化
1，机理 2，表面形变强化的方法

1，机理
通过机械手段（滚压、内挤压和喷丸等） 在金属表面产生压缩变形，使表面形成深 度可达0.5～1.5mm的形变硬化层 表面硬化层的变化：（1）亚晶粒极大 地细化，位错密度增加，晶格畸变度增大； （2）形成了高的宏观残余压应力；（3） 表面粗糙度略有增加。
1，概念，扩散机理，参数性能评估
化成热处理基本过程（例子） 3，扩散过程 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，发生扩散现象。
1，概念，扩散机理，参数性能评估
3，扩散过程 纯扩散，可在母相金属中 形成无限固溶体（间隙、置换固溶体）
1，概念，扩散机理，参数性能评估
2，表面形变强化的方法
表面形变强化的主要方法
1，滚压 适用于圆角、沟槽等表层形 变强化。 2，内挤压 内孔挤压是使孔的内表面获得 形变强化的工艺措施。 3，喷丸 喷丸是国内外广泛应用的一种再结晶温度以下的表面强化方法。其利 用高速弹丸强烈冲击零部件表面，使之产生形变硬化层并引进残余压应 力。此工艺可应用于钢、铝、球墨铸铁、钛、镁、镍和钴基合金等材料 中。其可显著提高抗弯曲疲劳、抗腐蚀疲劳、抗应力腐蚀疲劳、抗微动 磨损、耐点蚀（孔蚀）能力。