工业上常用的渗金属方法有哪些？

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渗金属的作用是什么？常用的方法有哪些？

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将某些金属合金元素渗入钢铁或有色金属工件表层的化学热处理工艺。常用的渗入元素有铝、锌、铬、硅、钨、钼、钒、钛和铌等。通过吸附和热扩散，形成高浓度的渗层，并在渗层与基体之间形成一定的过渡层，使它们结合为一体。因金属元素原子半径大，与铁之间均呈置换式互溶，在7Fe和a—Fe中的扩散均为置换型扩散，激活能高，故一般渗金属皆在高温下进行，且渗速缓慢，渗层厚度也远低于渗碳、渗氮处理。
方法 主要有以下几种：(1)涂渗法：将渗剂调成胶糊状(膏剂)，涂刷在工件表面，加热烘干，或直接将粉状渗剂用静电法或其他方法敷于表面，然后加热，促使被渗元素渗入。如静电涂敷和普通涂敷渗铬。(2)固体粉末装箱法。将渗剂制成粉末或粒状，包着工件，装箱密封，采用不同方法加热，形成渗层。如粉末渗铬、粉末渗锌等。(3)盐浴法。在盐浴中加入被渗元素，工件于活性盐浴中加热，形成渗层。如盐浴渗钒、铌、钛等。(4)盐浴电解法。在盐浴渗入时再通以直流电，加速盐浴中金属离子向工件表面定向运动，促进渗入过程。如熔盐电解渗硅。(5)热浸渍渗入法。工件在液态的被渗元素中浸渍，表面形成浸镀层后，再经扩散退火处理，使浸镀层与本体相互作用，形成新的合金层。如热浸渗铝、锌等。(6)离子渗金属法。采用某种手段(如辉光放电、弧光放电等)，获得金属元素离子并渗入工件。(7)离子注入法。利用离子注入器，产生高速高能量的金属离子流，注入工件表层。
渗层组织 纯铁表面渗入合金元素，其渗层的相和组织由表面向中心依次按该元素与铁的状态图变化，一般为置换式固溶体和金属间化合物。以纯铁渗铬为例，如图1所示，在1000℃加热，随保温时间延长，表层铬含量逐渐增加，形成铬在7一Fe中的固溶体。当铬含量高于12．7％时，高温下发生γ一Fe(cr)一a—Fe(cr)晶型转变。内层仍为．γ—Fe(cr)。冷却时，内层又将发生γ一Fe(cr)一a—Fe(cr)转变。室温的渗层组织为：外层为高温形成的a铬a—Fe(cr)，内层为冷却时形成的α一Fe(cr)过渡层。在上述两次层之间有一明显的分界线，所谓渗金属层系指两次层之和。当表面铬含量过高时，在外层(靠近表面)将析出金属间化合物。相，铬含量达40％～50％时，形成完整的σ相单相层。
工艺  用量较大、表面改性效果显著的渗金属工艺，有渗铝、渗锌、渗铬、盐浴渗钒和离子渗金属。
渗铝 (1)热浸渗：在以铝为基体并含有硅或铁及少量铬、锌的金属浴中，在温度。700～800C热浸渍10～60min(取决于铝液成分及工件尺寸)，表面粘一层薄铝后取出，在950～1050‘C扩散退火3～8h。用于普通钢钢管、普通钢炉用构件(如底板、保护罐)，在不高于600C条件下抗氧化。也可用于不锈钢、耐热钢及镍、钴基耐热合金，进一步提高抗氧化性能。(2)粉末法：铝铁或铝粉，NH。Cl及填料(如Al203)，装箱、密封，800～950rC，2～8h。用于高温阀门上的零件、气轮机叶片等。
渗锌 (1)热浸渗：锌基金属液中添加铝、镁、硅、锡、铅等元素中的2～4种，浸渍温度440～480℃，时间1～5min，然后在500～550℃扩散退火15～20min。用于薄板，提高抗工业大气、雨水和海洋环境的耐蚀性。(2)粉末法：锌粉、NH。c1和Al。0。，装箱，加热到340～440lC，保温2～6h。用于普通钢标准件及铁基粉末冶金制品，效果同上。还可用于铜、铝及其合金，提高表面硬度和耐磨性。
渗铬 (1)粉末法：铬或铬铁粉，催渗剂为NH4cl，填料为Al203，装箱，加热到950～1050℃ ，保温4～10h，渗层15～501μm。(2)熔盐法：硼砂浴中加入cr2o3和少量铝粉，在950～1050℃，保温3～8h，渗层10～30μm。用于高温叶片，抗蚀和耐磨的阀门和模具上的零部件等。
盐浴渗钒(铌)  硼砂或中性盐(KCl+Nacl)中加入粉状钒铁(铌铁)，氧化钒(铌)或金属钒(铌)及其他添加剂，在950～1000℃，保温4～8h，中、高碳钢获得10～25　μm厚的Vc(NBc)碳化物表层。这些碳化物具有极高的硬度，良好的耐蚀性，又与本体呈牢固的结合，因而有效地提高工件的耐磨性。本法用于各类冷作模具，大大提高寿命。
离子渗金属 本法优点在于，可在同一装置上通过改换源极(靶)的材质，进行多种金属包括铝、铬、钼、钨、钽、铌、钛及其合金的渗入处理，并且渗速大大高于传统的粉末法、盐浴及热浸渍法。现有两种离子渗金属渗sherl装置：(1)双层辉光离子渗金属装置(图2)。真空室内充入稀薄惰性气体(氩)，欲渗金属制成源极3，处于阳极2和工件(阴极)4之间。在直流电场作用下，在2～3和3～4之间分别形成辉光放电(双层辉光放电)，离子对源极的轰击使之溅射出金属元素阳离子，并奔向工件(阴极)4。轰击作用使工件升温(可达950～ll00℃)并在表面产生晶体缺陷。上述种种皆有利于金属元素(离子)被工件吸收及向内扩散。(2)弧光离子渗金属装置。有单弧及多弧两种，原理基本相同。图3为单弧装置。其真空室壁构成阳极4，在适当位置安放电弧源靶2，工作时，惰性气体离子轰击工件(阴极)3，作用与上述相同；与此同时通过引弧极引燃电弧，在电弧源靶2表面产生弧斑，发射出大量欲渗金属离子(也有活性原子)，在电场作用下奔向工件。弧光放电产生的离子能量大(20~100eV)，速度高(103～105m／s)，离子化率高(70％～80％)，使本法的吸收、渗入速度高于辉光离子渗法。辉光和弧光两种渗法还可结合使用，即在辉光离子渗装置中增设材质为欲渗元素的冷阴极电弧源靶，发挥辉光放电和弧光放电两者的优势，更进一步提高渗速。

孤鸿踏雪

TD处理就是一种渗金属处理。