材料保护 :表面合金化

nick88

通过扩散改变基体金属表面层的成分和组织的材料保护技术。在机械製造中主要应用的是铝﹑铬﹑硅﹑钒﹑锌等的表面合金化层或渗层。渗层是利用金属卤化物蒸汽与金属表面层產生化学反应形成的﹐或是在液相中发生化学反应而形成的。
- Y# Y5 T: G+ H# J6 E对於铝有多种渗层。最早的是在碳素钢或低合金钢基体上获得含铝约25％﹑层厚约 125～1000微米的覆层。这种覆层具有在大气或炉气中长期抗 800℃以内的氧化的能力﹐用於生產空气加热器﹑加热炉和蒸汽过热器的构件。铝铁合金需要在渗剂中加热到1080℃﹐经24小时而获得 25～150微米厚的覆层。渗前若先镀扩散屏蔽层(如铂)﹐便可以抑制或延缓基体与覆层中金属元素间的相互扩散。
' ^# F- n1 c5 C7 r: Y- l6 y铬的渗层可在低碳钢﹑高碳钢﹑合金钢﹑不锈钢﹑工具钢﹑铸铁和铁粉烧结件上生成。可用粉末法﹐也可用熔盐法。在低碳铁金属表面形成含高铬的合金﹐厚度可达75微米﹐而且在高温下的抗氧化性较好﹔在高碳的金属表面可形成较薄的(12～50微米)碳化铬层﹐这种渗铬层在湿腐蚀条件下工作较好。渗铬层在以后的热处理中不受损毁﹐抗蚀性相当於含铬30％的钢。碳化铬层的硬度很高﹐耐磨性良好﹐多用於保护阀门﹑喷嘴﹑泵﹑量规和工模具。
渗硅主要用於低碳(C〈0.25％)﹑低硫(S〈0.04％)钢。工件埋在碳化硅粉末中﹐加热到930～980℃时导入氯气﹐经气相反应后可得125～250微米厚的脆性渗硅层。这种覆层具有耐磨﹑耐蚀性能﹐硬度高﹐还具有良好的抗擦伤性﹐用於泵轴﹑缸衬﹑阀门﹑传送带链的联结件和洗瓶机的构件。鈮﹑鉬﹑鉭﹑钨等难熔金属可作为航天器的短期有效构件材料﹐多採用硅化物层来减少它们在1650℃时的氧化。发展更有效的抗热腐蚀的渗层﹐也在探索中。
渗钒时﹐基体钢材中的碳含量至少应为0.4％﹐渗钒层的硬度很高﹐但冷焊性不佳。高碳工具钢的VC层﹐表面硬度在2牛顿载荷下可达HV22300﹐渗层厚度为19微米。在220号刚玉砂纸上的圆盘试验结果表明﹐它的相对抗磨粒磨损性﹐远高於渗硼层﹑渗氮层和渗碳层。
渗锌主要用在铁基体材料上。把工件﹑锌粉和填料放在滚桶中滚动﹐并加热到350～400℃﹐约3～12小时即可获得渗层。渗层厚度在25～37.5微米间时﹐基体圆柱形工件直径会胀大0.01～0.04毫米﹐所以组合件渗锌时﹐应留一定的空隙量﹐便於渗后不加工即可装配。渗锌层的最大特点是厚度均匀﹐抗蚀性极好﹐渗锌方法简单﹐效果也好﹐但装入和卸出时﹐粉尘飞扬﹐不仅污染大气﹐而且还会使一部分锌粉氧化。
/ K0 q, H" E. o, C1 {; ^文章关键词： 表面合金化