热扩渗

２ 机械能助渗铝和铝硅 共渗很适 合汽车（ ． 含农 用
车、 摩托车） 的排气管 、 消音器及其零部件的工作 条件 其配成本低 ， 质最好 ， 与有关 汽车及 愿
３ 机械能助氮碳共渗是采用 固体粉末 法， ． 扩渗时
间短 ， 成本低 ． 无环境污染 ， 可代替液体 氮碳共渗 Ｑ Ｑ Ｐ （ 氮碳氧 ） 和氨碳 硫共 渗和部分渗碳件 。 可直接给厂家 处理高速钢 刀具 ， 热作模具 ， 冷作模具以及各类摩擦
中５ ０× ｌ ０ ０ ５０
生产 皱 ｋ ／ ｇ 炉
５
３ ０—４ ０ ０ ０
证明 。 包括 渗荆组成 与＿键工 艺国内外 均未见报 导 ， 芙 该项 ｔ综合 研究水平 与材料指标 均达到 国际先进水 １
平” 。此项技术获闽家 々利
（Ｚ 一３ ０ ；Ｓ ． ＧＺ Ｓ一６ ０ ．
应用范 围
４ 机械能助氨碳共渗温度为 ４０ ． ８℃至 ５０Ｃ．扩 ６￣
１ 机械能助 渗铝 ， ． 抗高温氧化性好 ，８ ＇以下可 ７０ ： Ｃ ＇
长期使用 ， 很适合电厂及各类锅炉钢 管厂工作条件需
要． 有 ５０× ００ ｍ机械 能助渗设备 ． 与有关 无 ｏ ６０ｒ ａ 愿 缝钢管厂台作生产渗铝的锅炉钢管供 应市场。
｛ ＿
维普资讯
Ｔ Ｅ ￣ ＰＩ Ｍ ０ Ｌ ０ ｃ ＇Ｊ
共 渗温度 ．由常规 的高 于 ９ Ｏ 高温 ，降低 到低于 Ｏ℃
６ｏ ｏ ℃的低温。 至４ 小时 。
２ 将扩 渗时间由常规 的 ４至 ｌ 小时 。缩 短到 ｌ ． ０
３ ．比常规工艺节能 ２ ３到 ３ ４ ／ ／。 渗时间为 ｌ ３ 时。 至 小
作 条件 下工件 的防护 机械能 助渗温度低 ． 比较容 易， 我们愿 与有关厂 家合 作推 广应 用

随着模 具成 形加工 技术 的不断 发展 ，对模 具材 料 的要求越 来越 高 ，而』 工的专¨化与产业化 ，要求 尽量降低材料及加工费用 。尽管 Ｊ ｕ 研制开发出了多种系列新型模具材料 ，并对 原有模 具钢的热 处理工 艺
展。激光表面处理技术在材料 表面形成一定厚度的 处理层 ，使材料表 面性能 发生改变 ，从 而提 高零件 的耐磨 、耐蚀 耐疲 劳等 一系列性 能 激 光表面 处理技 术主要 包括激 光淬 火 激 光退火 、激 光冲击硬
（１ ）渗碳 ：渗碳具有 渗速怏 、渗层深 、渗 层硬度梯度 与成 分梯
分的 表面合金 ， 到表面合金化的 目的 。利用激 光合金化 技术可在一 达 些表 面性能 差 、价格便宜的基体金属表 面制 出耐磨 、耐蚀 、耐高温的 合金表面 ，用 以代替 昂贵 的整体高级合 金 ，
２ 表 面 工 程 新 技 术
维普资讯
技 术 创 新
南珲 ：科 技 ２ ｏ年第２ １ ｏ８ 期 １
模 具 材 料 表 面 耐磨 处 理 的 现 状 与发 展
阿 曼 ・加 帕 尔 刘 湘 巴 吾 东
（ 疆 大学机械 工程学 院 ） 新
摘 要 先进表 面工程技术是 当代科技 的 交叉领域 和发展前沿 ，成为现代 高新技 术领域 和先进制造 业的重要前沿之一 ，是 提高模 具材料表面耐磨性的主要技术 本 文针对提 高模 具表 面耐磨 性能的现代表 面工程技 术的发展前景及 方向进 行 了分析 和探 讨 关键词 表面工程 耐磨 热扩渗 气相沉积 激光束表 面强化 稀土 纳米
进行了改进与优化 ，但仍然满足不 了模 具高性 能 ．低成木的要求 。凶
此 ，将表面工程技术应用于模具 』工 与制造领域 ，在很大程度上能 弥 Ｊ ｕ 补模具材 料 的不足 ．能 应用 于模具 制造 的表面工 程技 术范 围非常 广 ． 泛 ，也括传统的表面淬火 、热扩渗 堆焊 及电镀硬 铬技术 ，迅速发 展 起来的激光表面强化技术 、物理气相沉积技术 、 学气相沉积技术 、 化 离子注入技术 、热喷涂技术 电刷镀技术及化 学镀 技术 。剐时 ，传统 的表面工程技 术也 得到了不断的完善与发展“ 。本文对儿种应用较广 泛的表面工程技术』 以介绍 ，同时对稀土表面 工程技 术和纳米表面工 Ｊ ｌ Ｊ 程技 术两种新 技术做 一简单分析

在成绩评定中所占比例为：50%平时成绩 + 50%期 末考试。
绪 论
Introduction
一、金属冶金 1.火法冶金
20世纪30年代有色冶金首先开创了连铸，到40年代 钢铁冶金才在连铸上有了工业化的生产。
绪 论
Introduction
绪 论
Introduction
2.湿法冶金
中国古代的“湿法 冶金”：西汉时期 刘安所著《淮南万 毕术》中记载有 “曾青得铁则化为 铜”其含义是把铁 片放入硫酸铜溶液 或其它铜盐溶液中， 可以置换出单质铜。 这种方法是现代湿 法冶金先驱。
绪 论
Introduction
五、焊接
焊接：也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温
或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的 制造工艺及技术。
焊接技术自发明至今已有百多年历史，它几乎可以
满足当前工业中一切重要产品生产制造的需要。但是新 兴工业的发展仍然迫使焊接技术不断前进。微电子工业 的发展促进微型连接工艺的和设备的发展；又如陶瓷材 料和复合材料的发展促进了真空钎焊、真空扩散焊。宇 航技术的发展也将促进空间焊接技术的发展。
绪 论
Introduction
绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料 只能用粉末冶金方法来制造
粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需 要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金 属，降低产品成本。用粉末冶金方法制造产品时， 金属的损耗只有1-5%，而用一般熔铸方法生产时， 金属的损耗可能会达到80%。
定义
将液态涂料涂覆在材料表面 或将镀料原子沉积在材料表 面形成涂层或镀层
常见手段 热喷涂、堆焊、电镀、 化学镀、气相沉积和涂 装技术
表面改性技术

2.2 固相烧结法
固相烧结法是一种制备陶瓷材料的传统方法，将陶瓷原料粉末混 合均匀后压制成形，在高温下无压（或有压）烧结，随炉冷却后便得 到所需的陶瓷材料。
王春华等人[6]采用常压法获得致密的碳化硅烧结体，体积密度为 3.12g/cm3， 电阻率为0.165Ω·m；该陶瓷在300～600℃温度范围内 表现出明显的负电阻率温度系数。为提高导电陶瓷的导电能力，常对 陶瓷进行掺杂。刘汉忠研究了Ce 掺杂La0.5-xCexBa0.5CoO3陶瓷时， 发现该陶瓷材料是一种电子、空穴和氧离子混合导电的陶瓷材料； La0.5-xCexBa0.5CoO3的x 在0.1～0.5 变化时，电阻率ρ随Ce的掺杂 量增加而单调上升。图2 给出了烧结温度为1080℃和1100℃时，样品 的室温电阻率ρ（mΩ/cm）与Ce的加入量x的关系。
吴敏艳等人[2]采用溶胶- 凝胶法制备了粒径为30～60nm 的超细 粉，采用速控烧结制度在较短的烧结时间里获得相对密度为98%、平 均晶粒度小于1μm 的致密陶瓷。王歆等人[3]用溶胶-凝胶法，在Al2O3 衬底上制备了导电性能优良的BaPbO3(BPO)导电薄膜。研究发现，升 高热处理温度和增加热处理次数使薄膜中Pb/Ba摩尔比降低和膜厚减
2.3 化学气相扩渗法
为改善陶瓷的导电性能，通常在制备前躯体时掺入其它元素，如 郝素娥等人[8]采用气相化学热扩渗的方法，使稀土元素有效地渗入到 钛酸铅陶瓷中，在陶瓷结构中形成了均匀、细小、弥散的形貌结构特 征；稀土扩渗使钛酸铅基陶瓷的导电性显著增强，其室温电阻率下降 为0.2Ω·m。
2.4 微波烧结法
3 SnO2 基导电陶瓷靶材的制备及应用性能表征 3.1 Sb∶SnO2(ATO)陶瓷靶材的制备
选用纯度为 99.99％氧化锡粉体（国药集团化学试剂有限公司 99.99％氧化锑粉体（国药集团化学试剂有限公司）为原料，采用Sb2O5 的掺杂量为6%(wt) 进行配样，选用无水乙醇作粘结剂，将得到的 SnO2混合粉末在无水乙醇充分球磨6小时（球磨机型号：XQM 型变频 行星式球磨机），接着在干燥箱80℃下烘干，保持一定的湿度，具有 好的流动性，然后采用型号为769YP-40C 粉末压片机进行成型，压成 φ56mm×6.5mm 的坯体，所得坯体再次采用冷等静压法压成靶材素 坯。最后采用常压、空气烧结方式，德国NaberTherm 公司的HTRV 系 列高温炉烧结。采用的是图5烧结方案进行烧结。此方案在200℃保温 30min，600℃保温60min，1000℃保温60min，然后升温到最终烧结温 度的1250℃保温300min，然后随炉冷却。采用此烧结程序符合物质的 烧结规律，在进入烧结初期时，在200℃保温半个小时，物料自由水 分更有利于挥发；在600℃保温一个小时，各种杂质例如有机物已经 完全挥发，更能让物质进入烧结期做充分准备；在进入烧结中期时， 在1000℃时进行保温一个小时，物质有完全充分的时间进入烧结中 期，缓慢进入烧结终点温度，最后在烧结终点温度1250℃时保温五个 小时，物质充分反应，这种烧结曲线更加符合物质的烧结模型，与文 献的报道是相似的。

方面的分析研究 尚待深入。本工作在对扩渗试 验结果
分析 的基 础上 ， 讨 了合金 层 的形 成 特征 及 机 理 ， 探 旨在
合金化进行再保护 ， 否则亦很难得到合金层 。
为今后获得比较理想的镁表面扩渗合金层奠定基础。
２ 结 果 和 分 析
２ １ 组 织结构 ．
１ 试
验
基底 材料 选用 电解 纯镁 ， 寸为 １ 尺 ０ｍｍ×１ ｍ × ０ｍ
５一
纯 镁 材 表 面 ｚ Ａ 混 合 粉 合 金 扩 渗 层 形 成 的 机 制 ｎ， １
Ａ ｎ 金属 间化合 物 。 ｌ Ｍｇ ｚ
实 际情 况来看 ， ｌ Ｍｇ中的固溶度远 大 于 ｚ ， Ａ在 ｎ 相应 扩 散速 度也 高于 ｚ ｎ的扩散 速度 。ｚ ，ｌ 子 在 Ｍｇ 体 ｎＡ 原 基 中扩 散 系 数 的 数 量 级 分 别 为 １ ｍ ／ ０ ｓ和 １ ０
最外层 的灰 白相 区。从其 断续态 的形貌特 征可 以推
断， 该灰 白相 区的形 成过 程 是 由萌生 态 发展 为 断续 态 ，
ｚ ５镁 合 金 表 面 合 金 化 涂 层 。渗 剂 为 ５ ％ Ａ Ｍ ０ ｌ粉
＋５ ％ｚ ０ ｎ粉 （ 为 质 量 分 数 ） 均 。试 样 埋 入 Ａ ，ｚ ｌ ｎ混合 粉后放 入温 度 可控 的 电阻炉 中 ，３Ｏ± ）℃ 下进 行 ４ （９ ５ ，
［ 收稿 日期 ］ ２ ０ Ｏ ２ ０ ８一 ６— ２ ［ 基金项 目］ 陕西省 自然科学基金项 目（ ０４ １ １ ２０Ｅ １）
一

最后发展为连续态。图 １ ｂ为扩渗 ８ｈ的形貌 ， 最外层
形 成连 续态 的 白亮 区 ， 厚度 较 ４ｈ时 明显增 加 。表 １为 图 １ 标各 区域 的能 谱 分析 结 果 。 图 ２是 ３Ｏ℃ 时 经 所 ９ ４ｈ和 ８ｈ扩渗 处理 试样 的 ｘ．ａ ｒ ｙ衍射 结果 。由此综合 分 析可 知 ， １ 图 ａ中 的灰 白 区 的组 成 主 要 为 Ａ 。 ｎ ｌＭｇ ｚ 。 金 属 间化合 物 ， １ 图 ｂ中最 外 层 的 白亮 相 区组成 主 要 为

塑性成形技术的现状及发展趋势塑性成形技术具有高产、优质、低耗等显著特点,已成为当今先进制造技术的重要发展方向。

据国际生产技术协会预测,21 世纪,机械制造工业零件粗加工的75 %和精加工的50 %都采用塑性成形的方式实现。

工业部门的广泛需求为塑性成形新工艺新设备的发展提供了强大的原动力和空前的机遇。

金属及非金属材料的塑性成形过程都是在模具型腔中来完成的。

因此,模具工业已成为国民经济的重要基础工业。

新世纪,科学技术面临着巨大的变革。

通过与计算机的紧密结合,数控加工、激光成型、人工智能、材料科学和集成制造等一系列与塑性成形相关联的技术发展速度之快,学科领域交叉之广泛是过去任何时代无法比拟的,塑性成形新工艺和新设备不断地涌现,掌握塑性成形技术的现状和发展趋势,有助于及时研究、推广和应用高新技术,推动塑性成形技术的持续发展。

实施塑性成形技术的最终形式就是模具产品,而模具工业发展的关键是模具技术进步,模具技术又涉及到多学科的交叉。

模具作为一种高附加值产品和技术密集型产品,其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。

1 塑性成形技术的现状精密成形技术对于提高产品精度、缩短产品交货期、减少切削加工和降低生产成本均有着重要意义。

近10年来,精密成形技术都取得了突飞猛进的发展。

精冲技术、冷挤压技术、无飞边热模锻技术、温锻技术、超塑性成形技术、成形轧制、液态模锻、多向模锻技术发展很快。

例如电机定转子双回转叠片硬质合金级进模的步距精度可达2μm ,寿命达到1亿次以上。

集成电路引线框架的20～30工位的级进模,工位数最多已达160个。

自动冲切、叠压、铆合、计数、分组、转子铁芯扭斜和安全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具。

新型轿车的大尺寸覆盖件成形、大功率汽车的六拐曲轴成形。

700mm汽轮机叶片精密辊锻和精整复合工艺,楔横轧汽车、拖拉机精密轴类锻件。

除传统的锻造工艺外,近年来半固态金属成形技术也日趋成熟,引起工业界的普遍关注。

我对表面工程旳认识表面工程是表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，变化固体金属表面或非金属表面旳形态、化学成分、组织构造和应力状况，以获得所需表面性能旳系统工程。

表面工程技术是表面工程旳关键和实质。

1.表面工程旳基本知识1.1表面工程旳发展历史·1983年初次由Prof. T.Bell提出。

英Birmingham大学成立澳福森表面工程研究所·1985年发行表面工程(Surface Engineering)杂志·1986年在布达佩斯国际热处理联合会更名为国际热处理与表面工程联合会·1987年在英国，1988年在日本召开ICSE·1987年12月在京成立中国机械工程学会表面工程研究所。

88年创刊《表面工程》杂志。

11月召开首届表工程研讨会。

1998年表面工程杂志更名为《中国表面工程》(CSE)1.2表面工程学旳现实状况1.2.1表面工程技术分类○1表面涂镀技术将液态涂料涂覆在材料表面或将镀料原子沉积在材料表面形成涂层或镀层。

常见手段有热喷涂、堆焊、电镀、化学镀、气相沉积和涂装技术。

○2表面改性技术运用热处理、机械处理、离子处理和化学处理等措施，变化材料表面旳成分及性能旳技术。

常见手段有热扩渗、转化膜、表面合金化、离子注入和喷丸强化。

○3薄膜技术采用多种措施在工件表面上沉积厚度为100nm至1um或数微米薄膜旳技术。

常见手段有气相沉积技术等。

1.2.2表面工程旳特点表面工程技术最突出旳技术特点是无需变化整体材质，就能获得本体材料所不具有旳某些特殊性能。

表面技术多获得旳表面覆盖层厚度一般从几十微米到几毫米。

1.2.3表面工程旳功能装饰性：表面工程技术旳老式作用之一是赋予表面更好旳装饰性。

不过对于金属旳纯装饰性表面处理不多，诸多是在兼顾表面防护性能旳前提下赋予材料旳装饰性，如在钢制工件上底镀Cu、中镀Ni、表镀Cr，Cu层和Ni层起防护作用，而表镀旳Cr层可长期保持装饰性金属光泽。

2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
科研热词 推荐指数 晶体结构 4 电化学 3 杂多化合物 2 亲核加成 2 [4+1]关环 2 2-吡啶甲酸 2 钼 1 金属催化 1 过氧化氢 1 设计 1 联咪唑 1 稀释剂 1 硫化物 1 环化反应 1 水热合成 1 氮氧化物 1 氧化脱硫 1 模板 1 杂多阴离子 1 无机配体 1 抑制剂 1 吡啶;2,6-二羧酸 1 吡啶-2,6-二羧酸 1 合成 1 单分子磁体 1 凋亡抑制蛋白 1 催化分解 1 偶联反应 1 串联反应 1 中空sio2 1 nay沸石 1 dawson型杂多酸 1 1,1-二溴-2-取代苯基乙烯 1
推荐指数 5 5 5 4 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
科研热词 水热合成 阴离子模板作用 钯化合物 钯催化剂 表征 结构表征 磷钨钒杂多酸 氢键 杂多化合物 多金属氧酸盐 合成 加成反应 二茂铁亚胺 dawson结构
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

图2.1 固体表面结构弛豫 示意图（a）
*
重构—表面原子在水平方向的周期性不同于体内的晶面，表面重构能使表面结构发生质的变化。 台阶化—指实际晶体的外表面由许多密排面的台阶构成。 偏析—指化学组分在表面区的变化。
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2.1 固体表面外层四个原子层 的重构示意图（b）
*
(4)吸附对材料力学性能的影响 －莱宾杰尔效应
莱宾杰尔效应是指因环境介质的影响及表面自由能减少导致固体表面强度降低的现象。 莱宾杰尔效应的本质：是金属表面对活性介质的吸附，使表面原子的不饱和键得到补偿，表面能降低，改变了表面原子间的相互作用，使金属的表面强度降低。
*
TLK模型的物理意义：
当温度从0K升到TK时，由于原子的热运动，在晶体表面将产生低晶面指数的平台、一定密度的单分子或原子高度的台阶、单分子或原子尺度的扭折以及表面吸附的单原子和表面空位。
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*
2.1.4 表面扩散
平行表面的运动—得到均质的、理想的表面强化层； 垂直表面向内部的运动—得到一定厚度的合金强化层。
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晶体表面是原子排列面，有一侧无固体原子的键合，形成了附加的表面能。从热力学来看，表面附近的原子排列总是趋于能量最低的稳定态。达到这个稳定态的方式有两种： 一是自行调整，使表面原子排列情况与材料内部明显不同； 二是依靠表面的成分偏析、表面对外来原子（或分子）的吸附以及这两者的相互作用而趋于稳定态，因而使表面组分与材料内部不同。
*
化学键结合界面－是指覆层材料与基材之间发生化学反应、形成成分固定的化合物时，两种材料之间的界面。 特点：结合强度较高，缺点是界面的韧性较差，在冲击载荷或热冲击下，容易发生脆断或剥落。 处理方法：物理和化学气相沉积、离子注入、热扩渗、化学转化膜、阳极氧化和化学氧化技术等

用粘附功描述粘附程度：
WAB A B AB
表面污染影响很大。如铁若在水银中断裂，裂 开面可以再粘合起来，而在空气中就不行。
1.5.5 吸附对材料力学性能的影响—莱宾杰尔效应
由于环境介质的作用，材料的强度、塑性、耐磨性 等力学性能会下降。
原因
1. 不可逆物理过程效应 如：腐蚀不改变力学性能，通
5 一般表面
由于表面原子的能量处于非平衡状态，一般 会在固体表面吸附一层外来原子。
除Au以外，金属经机械加工后，在常温常压下会 发生氧化。因此，在固体表面会吸附一层外来原 子。氧化皮
大部分表面覆层技术在工艺实施之前，都要求对 表面进行预处理，清除掉表面的氧化皮，以便提 高覆层与基材的结合强度。
1.3、表面晶体结构
在表面科学中，任何一个二维周期结构的重复性 都可用一个二维布拉菲晶格(点阵)加上结点(阵点) 来描述。
实际表面结构并不是完整无缺的，存在着很多缺 陷。
典型的TLK模型分析：
考塞尔(Kossel)－斯特朗斯基(Stranski)表面晶 体结构物理模型 平台(Terrace)---台阶(Ledge)—扭折(Kink)模型
•气相外延，如化学气相沉积技术； •液相外延，如电化学等。
④化学键结合界面
覆层材料与基材之间发生化学反应，形成成分固定 的化合物时，两种材料的界面就称为化学键结合界 面。如Ti合金表面气相沉积形成TiN和TiC薄膜。
特点
•结合强度较高，但界面的韧性较差， 易发生脆性断裂或剥落。
典型工艺
•物理和化学气相沉积、离子注入、 化学转化膜等技术
过减小尺寸使性能下降
2. 可逆物理和化学过程效应 使表面自由能下降，力学性能发 生变化－－莱宾杰尔效应

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
107 108 109 110 111 112 113 114 115 116
n-二己基-3-氧戊二酰胺 n laco13 keggin结构 ce3+离子 ce-sn化合物 ce al-mg-si-mn合金 5-磺基水杨酸 4,4'-联吡啶氮氧化物
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160

机械能助渗新技术的开发研究　山东大学　（济南２５００６１）　孙希泰　徐　英　孙　毅　化学热处理是当代机械产品生产中最常用的重　要工艺。常规化学热处理单纯使用热能（温度），　是纯热扩渗，扩渗温度高，扩渗时间长，处理耗能　大，是机器制造业的耗能大户。为此，国内外都致　力于降低扩渗温度和缩短扩渗时间的研究。但是，　大多仍是单纯采用热能，从提高渗＾元素活性和扩　渗温度着手，一般收效甚微　离子轰击渗氮等技术　出现后，大幅度缩短了扩渗时间，扩渗温度也有些　降低，节能效果显著，不仅替代了常规的气体渗氮，　而且扩大了渗氮（含氮碳共渗）的应用范围。尽管　如此，化学热处理除渗氮、氮碳共渗外，仍是以高　温奥氏体状态为主，与现代工业发展不相适应。　１．机械能助渗新技术的开发　２０世纪９Ｏ年代我国首先开发出机械能助渗锌　新技术，用运动的粉末粒子冲击被加热的工件表　面，将机械能（动能）传给表面点阵原子，使其激　活脱位，形成大量原子扩散所需的空位，降低了扩　散激活能。该技术将机械能（动能）与热能（温　度）巧妙地相结合，大幅度降低了扩渗温度，缩短　了扩渗时间，节能效果十分显著　最初研究的机械　规渗锌差别不大，尚未引起重视，文献称为滚动粉　末渗锌或粉末渗锌。机械能助渗将渗铝、渗硅、渗　锰、渗铜等的扩渗温度，由常规的９００～１１００℃的　高温奥氏体状态，降低到４００～６００℃的低温铁素　体状态。由此可见，随着机械能助渗技术的出现，　化学热处理将使其他形式能量（包括机械能、离子　束、电子束、激光、超声波、磁、电等）与热能　（温度）相结合的助热扩渗取代传统的纯热扩渗。结　果是由以高温奥氏体状态为主，变为除渗碳、碳氮　共渗外，以低温铁素体状态为主的化学热处理新体　系。这样一来，将给社会带来一系列效益。　①耗能可减少１／２到３／４。②节约筑炉用的贵　重的高台金钢，减少设备投资；延长设备使用寿　命。③对基材组织，性能影响小，甚至无影响，有　利于提高产品质量。④多数件热处理后变形甚微，　可以直接使用。　２．机械能助渗技术的主要种类　（１）机械能助渗锌９０年代初我国首先开发　出机械能助渗锌　机械能助渗锌温度比常规粉末渗　锌稍有降低，为３６０～４３０℃，渗锌时间缩短为０　５　能助渗锌，扩渗时间缩短相当大，但扩渗温度与常　～２ｈ，与常规粉末渗锌相比，保温时间缩短为原来　

第二章表面工程技术的物理、化学基础2.1 固体的表面与界面固体：能承受应力的刚体材料，在室温下其原子在相对的固定位置上振动。

从物质结构形态上看，可分为晶体和非晶体两类表面与界面的区别界面：以两个均匀相为分界的面，它随相的种类不同而有相当不同的特征。

S/S，S/G，S/L表面：固体表面的物理化学性能常与其内部的不同，这是因为在热力学平衡条件下，表面的化学组分、原子排列、原子振动状态等等都与体内不同。

S/G，S/L理想表面：在理论上，近似地假设除了固－气界面的几何限制外，而系统不发生任何变化的表面称为理想表面。

理想表面是一种理论的结构完整的二维点阵平面。

这里忽略了晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响，也忽略表面上原子的热运动以及出现的缺陷和扩散现象，又忽略表面外界环境的作用等，因而把晶体的解理面认为是理想表面。

单种原子组成的某物质，其理想表面的形成过程可想象按两步进行首先，将固体切开，分割面垂直于固体表面，于是新表面暴露出来，但是新表面上的原子仍留在原来晶体结点的位置上。

第二步，新表面上的原子将排列到各自的受力平衡位置上去。

洁净表面：不存在任何污染的化学纯表面是经过如离子轰击、高温脱附、超高真空条件下的解理、蒸发薄膜、化学反应、场致蒸发、分子束外延等特殊处理后，保持在10－6～10－9Pa超真空下外来污染少到不能用一般表面分析方法探测的表面。

洁净表面：晶体表面的成分和结构不同于晶体内部，一般大约要经过4－6个原子层之后才与体内基本相似，所以晶体表面实际上只有几个原子层范围。

在原子洁净的表面上，可发生多种与基体内不同的结构和成分变化，诸如弛豫、重构、台阶化、偏析、吸附等等。

弛豫：表面最外层原子与第二层原子之间的距离不同于体内原子间距（缩小或增大，也可以是有些原子间距增大，有些减小）重构：在平行基底的表面上，原子的平移对称性与体内显著不同，原子位置作了较大幅度的调整偏析：表面原子是从体内分凝出来的外来原子台阶：表面不是原子级的平坦，表面原子可以形成台阶结构化学吸附：外来原子（超高真空条件下主要是气体）吸附于表面并以化学键合化合物：外来原子进入表面，并与表面原子键合形成化合物实际表面：暴露于未加控制的大气环境中的固体表面，或经一定加工处理（诸如清洗、抛光、研磨、切割等等）保持在常温常压或低真空或高温下的表面。