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材料表面热扩渗处理是将工件放入一定的活性介质 中，使 金属元素或非金属元素 扩散到工件表层中，改变表层 化学成分,可得到一 扩散合金层,有时表面上还会 形成化合物层,从而获得所需的组织和性能。该技术的突出特点是表面强化层的形成主要依靠加热扩散的作用，渗层与金属基体的结合是 冶金结合,它们之间无明显的分界面，它们的成分、组织和性能是逐渐变化的。
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按 接触介质 划分有 固体法,液体法,气体法和 等离子法 。
按渗入元素的种类进行分类，渗碳、渗氮、
如渗硼、氮碳共渗、硼铝共渗等。
1．固体法
1）粉末法粉末法是固体法中最普通的方法，历史最为悠久，至今世界各国仍以此法应用最多。
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这种方法的早期应用是把工件埋入装有 渗层金属粉末 的容器里进行加热扩散，但由于烧结使得表面难以清理，后来便进行了改进，在粉末中加入了防粘结粉末（如 Al2O3）和活化剂
（助渗剂）。活化剂一般为卤化物，如
NH4Cl,NH4I等。
粉末法的优点是设备简单，操作容易，适用于形状复杂的工件的渗镀；缺点是效率低，尺寸受限制，温度高，时间长，基体金属的强度有一定降低。
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2）流化床法这种方法与粉末法相似，不同之处是将工件放于带有固体渗剂的流化床内，然后加热，同时通入运载气体（ H2,Ar），使之与流体粒子反应产生欲渗金属的活性原子渗入工件。
优点,传热性好,渗速快,渗层质量高,有利于机械化和自动化 ；
缺点,流化床设备装置 成本极高,运转 费用大,因此这种方法尚未推广使用。
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2．液体法目前世界上采用的较新的液体法热扩渗技术是盐浴法,其基本原理是在金属盐熔融液体中加入 V,Nb,Cr,Ti,Ta等铁合金粉末,然后把含有较高 C,N的钢件浸入 （ 可预先进行渗碳,氮化或碳氮共渗 ）,在 800～ 1250℃ 温度下,经过 0.5～ 10h的时间后；可在表面上形成一极硬的金属的碳氮化合物薄层,从而赋予工件表面高的耐磨性。
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3．气体法气渗首先把工件加热到渗剂原子在基体中能产生显著扩散的温度，然后把含有渗入金属卤化物（ MCl2）的氢气通人，气体和表面接触时，工件表面的金属和氢本身与 MCl2发生反应。
气体渗的优点是渗层厚度均匀，易控制，对异形件和小孔结构的渗镀效果好，且无粉尘，
劳动条件好。
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4．等离子法等离子法是利用物质的第四态 — 等离子体进行渗镀。等离子体是利用低真空下气体辉光放电获得的，因为离子活性比原子高，加上电场的作用，因此渗速较高，质量较好。但是该法除离子氮化已经成熟，包括渗碳在内的离子渗金属尚在开发之中。
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4.1 渗硼技术渗硼是将工件置于含硼的介质中，经过加热和保温，使硼原子渗入其表面，形成硼化物的工艺过程。
硼原子半径为 0.82?，与过渡元素原子半径之比大都大于 0.59，因而，硼与过渡族元素形成的化合物，具有远比正常的间隙相要复杂得多的晶体结构，如 FeB,Fe2B,TiB2,ZrB2
等，硬度极大，热稳定性好，几乎比相应的碳化物、氮化物的硬度和热稳定性都要高。
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4.1 渗硼技术钢的渗硼层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐热性能均比渗碳层和氨化层高。此外，微量的硼还能增加钢的淬透性。
4.1.1渗硼原理在渗硼过程中，含硼介质发生化学反应，生成流体含硼组元，流体含硼组元通过邻接金属表面的“边界层”进行外扩散，扩散到金属表面并被吸附，然后发生各种界面反应，生成活性硼原子、
活性硼原子由金属界面向纵深迁移，从而形成有一定深度的渗硼层。
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4.1.1渗硼原理由图 Fe-B相图可知，在 α,γ相中溶解硼的能力极微，在 1149℃ 时,γ相中具有最大溶硼量为 0.02%，而溶碳量大于 2%，氮的溶解度更大。随着硼在铁中渗入量的增加，硼与铁依次形成稳定的化合物 Fe2B和 FeB，这些铁的硼化物，在高温时也具有较高的稳定性。
硼在 α－ Fe中只能以置换固溶体的形式存在，而在 γ－ Fe中既可以置换固溶体的形式存在，又可以间隙固溶体的形式存在。
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4.1.1渗硼原理因置换固溶体形式的扩散比间隙固溶体形式困难得多，因此，硼在 γ－ Fe中扩散速度远大于硼在 α－ Fe中的扩散速度，因此，渗硼温度大多选在钢处于奥氏体状态的温度范围内。
4.1.2 渗硼工艺方法渗硼的方法有固体法、液体法和气体法。比较常用的是固体法和液体法。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(1) 固体渗硼渗剂,供硼剂、活化剂、填充剂组成。
供硼剂,提供硼源，它在活化剂的催化作用下提供硼原子，硼铁和碳化硼在目前是使用得较多的供硼剂。
活化剂,提高渗剂的活性，理想的活化剂不仅可降低渗剂成本，而且可提高渗速，增加渗层深度，改善渗层组织性能。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(1) 固体渗硼填充剂,渗硼介质的分散剂和载体，一般由惰性物质组成。
三方面的作用：
1）使复合渗剂均匀分布其中，以便工件和渗剂均匀接触，使渗剂保持适当的浓度，保证渗层的均匀性；
2）产生或保持还原气氛，以保持渗硼件表面的活性；
3）防止渗剂的烧结，提高渗剂的松散性。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(1) 固体渗硼固体法渗硼又分为粉末渗硼和膏剂渗硼。
1) 粉末渗硼粉末渗硼是将工件埋入含硼粉末中装箱密封，并在箱式或井式电炉中加热保温。它具有设备简单、清洗容易的优点，适合批量处理。
生产上常用的渗硼剂多由硼铁、碳化硼、无水硼砂和适量的氧化铝及卤化物组成。处理温度在 900～ 1000℃,时间为 1～ 5h。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(1) 固体渗硼
1) 粉末渗硼适当调整渗硼剂的成分可获得耐磨而又不脱落的 FeB相表面层。该法质量稳定、操作简便，已在生产中应用。
2) 膏剂渗硼在粉末渗硼剂的基础上加入一定量的粘结剂，形成膏状渗剂，然后涂在工件表面进行渗硼，膏剂渗硼尤其适合大件局部处理。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(1) 固体渗硼
2) 膏剂渗硼在膏剂法渗硼剂中，加入粘结剂的作用是使渗剂能涂附于金属表面。常用的粘结剂有甲基纤维素、水解硅酸乙酯、松香酒精、可溶性淀粉、水玻璃加浆糊等。粘结剂的选择对渗硼后渗剂的脱落性有重要影响。该法渗层均匀致密，表面质量好。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(2) 液体渗硼液体渗硼包括电解盐浴渗硼和非电解盐浴渗硼。
1）电解盐浴渗硼是日本丰田汽车公司和美国通用电器公司以及前苏联的一些工厂在生产上已经采用的方法。电解时浸在熔融硼砂中的工件作阴极，容器或石墨棒为阳极进行电解渗硼。电解渗硼速度快、渗剂便宜。渗层深、易调节；但也有渗层欠均匀、坩埚寿命较短等缺点。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(2) 液体渗硼
2）非电解盐浴渗硼是目前国内应用较多的一种方法，该法是在硼砂和硼酸的混合熔盐中加入渗硼剂（如 B4C）进行渗硼。
4.1.3 渗硼层的组织与性能渗硼后的渗层组织由表向里依次为 FeB、
Fe2B、过渡层、心部组织，即由化合物、过渡层和基体组织三部分组成。
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4.1.3 渗硼层的组织与性能渗硼层具有如下性能：
（ 1）高硬度和耐磨性。碳钢渗硼后表面硬度可达 1400～ 2000HV，具有极高的耐磨性。试验表明，渗硼试样的耐磨性能比其它任何处理
（如渗碳、碳氮共渗等）的都高。此外，渗硼处理还有比较高的耐腐蚀磨损和泥浆磨损能力。
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4.1.3 渗硼层的组织与性能
（ 2）高的红硬性。钢铁渗硼后形成的铁硼化合物（ FeB,Fe2B）是一种十分稳定的金属化合物，它具有良好的红硬性，经渗硼处理的工件一般可在 600℃ 下可靠地工作。
（ 3）良好的耐腐蚀性和抗氧化性。渗硼层对盐酸、硫酸、磷酸及碱具有良好的抗蚀性，在
600℃ 下硼化物层抗氧化性良好。例如 45钢渗硼后在盐酸、硫酸水溶液中的耐腐蚀性比渗硼前提高 5～ 14倍。
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4.1.4 渗硼的应用近年来，在渗硼领域里，人们在渗硼的基础理论、工艺过程和工业应用等方面进行了大量的研究，取得了重要的进展，该工艺已逐渐成为广泛应用的表面扩渗处理工艺。
目前，渗硼主要用于耐磨并且兼有一定的耐蚀性方面，例如钻井用的泥浆泵零件，滚压模具、
热锻模具及某些工夹具等。近年来，渗硼还逐渐扩大到硬质合金、有色金属和难熔金属，例如难熔属的渗硼已经在宇航设备中获得应用。
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4.1.4 渗硼的应用渗硼还可用于印刷机凸轮、止推板、各种活塞、离合器轴、压铸机料筒与喷嘴、轧钢机导辊、油封滑动轴、块规、闸阀和各种拔丝模等。
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4.2 渗金属渗金属工艺（ Diffusion Metallizing）就是采用加热的方法，使一种或多种金属扩散渗入零件表面形成表面合金层的方法。这一表面层被称为渗层或扩散渗层。渗金属的特点是：渗层是靠加热扩散形成的，所渗元素与基体金属常发生反应而形成化合物相，使渗层与基体结合牢固，其结合强度是电镀、化学镀等机械结合所难以达到的。
渗层具有不同于基体金属的成分和组织，因而可以使零件表面获得特殊的性能，如抗高温氧化、
耐腐蚀、耐磨损等性能。
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4.2.1 渗铬渗铬（ Chromizing）的目的主要有两个：
一是为了提高钢和耐热合金的耐蚀性和抗氧化性，提高持久强度和疲劳强度；二是为了用普通钢材代替昂贵的不锈钢、耐热钢和高铬合金钢。
（ 1）渗铬的方法
1）固体粉末渗铬目前工业生产中应用较多的方法。
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(1) 渗铬的方法
1) 固体粉末渗铬该法是将工件埋入渗铬剂中，放在高温的密封容器中保温一定的时间进行渗铬。渗剂一般由金属铬粉（或铬铁粉）、适量的 Al2O3（或 SiO2）
和卤化铵配成。渗铬一般为 950～ 1100℃,时间为 4～ 10小时。
固体粉末渗铬工艺虽然简单，但由于其加热温度高、保温时间长、渗层薄、铬耗量大，因此限制了此工艺的推广应用，近年又发展了多种固体粉末渗铬法。
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(1) 渗铬的方法
1) 固体粉末渗铬
（ a）固体粉末通氢渗铬法 氢气促进了化学还原反应的进行，使之产生更多的活性 [Cr]，加快了渗速。例如低碳钢在 1000℃,保温 6h后，
可渗 55μm。
（ b）不含卤化物的渗铬法 主要用于粉末冶金件渗铬，可防止残留卤化物的腐蚀。
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(1) 渗铬的方法
1) 固体粉末渗铬
（ c）快速渗铬法 利用高频感应加热或直接通电加热，使零件迅速加热到高温，从而能在很短的时间内得到一定厚度的渗铬层。这种方法大大缩短了工艺周期，并保持零件心部性能不变。快速渗铬的方法很多，诸如在活性粉末渗铬剂中的快速渗铬，在真空中的快速渗铬，用铬的电镀层快速渗铬等。
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(1) 渗铬的方法
1) 固体粉末渗铬
（ d）膏剂渗铬法 将渗铬剂调成糊状涂敷在零件上，通过感应加热使 [Cr]渗入工件表面。膏剂由渗铬源、熔剂和粘结剂配成。渗铬源是铬粉或铬铁粉，溶剂是冰晶石，粘结剂可用水玻璃、干性油漆、清漆、硅酸盐等。膏剂渗铬可提高渗铝剂的利用率，而且可大幅度加快渗铬速度。
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(1) 渗铬的方法
2) 气体渗铬气体渗铬的反应机理与固体粉末法相似，在密封的电炉中进行。气体渗铬的介质多为铬的氟化物、氯化物。渗铬气氛（卤化铬）可在炉外制取，也可在炉内放置铬或铬铁粉末，通以
Cl2和 H2制取。卤化铬气体在工件表面通过置换、还原、热分解等反应，产生活性 [Cr]原子而渗入工件表面。
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(1) 渗铬的方法
2) 气体渗铬如在密封的炉子中通入 CrCl2,N2（或
H2+N2）对 42CrMo进行 1000℃ × 4h气体渗铬，可获得 40μm的渗层。
气体渗铬具有渗速快、劳动强度小、渗层质量高、表面光洁、无粉尘危害等优点，但氢气易爆炸、氯气有毒，要注意防护。
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(1) 渗铬的方法
3) 液体渗铬液体渗铬是在含有活性铬原子的盐浴中进行的，具有设备简单、加热均匀、生产周期短、
可直接淬火等特点。液体渗铬主要有硼砂盐浴渗铬和氯化物盐浴渗铬两类。盐浴渗铬（即
TD法）是先将硼砂熔化（ 740℃ ），然后将烘干（ 120～ 150℃ ）的铬粉或碳素铬粉加人硼砂浴中，升温到渗铬温度把（ 850～ 1050℃ ）
时，再将工件放入渗铬。
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(2) 渗铬层的性能及应用
1）抗氧化性能 渗铬件具有良好的抗高温氧化和抗高温腐蚀性能。工件经渗铬后可在 800℃
以上较长时间使用，在 900℃ 仍有一定的抗氧化能力。渗铬钢的抗氧化性能较渗铝钢更优。
低碳钢渗铬，在 700℃ 时其抗氧化能力可比不渗铬钢高 1000倍。奥氏作耐热钢、镍基和钴基合金材料渗铬后，抗高温氧化性能可显著提高。
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(2) 渗铬层的性能及应用
2）耐腐蚀性能 工件经渗铬处理后具有良好的耐蚀性，在潮湿空气、水、强碱液、过热蒸汽和其他许多介质中都有良好的耐蚀性；能耐硫酸和硝酸的浸蚀；但耐盐酸腐蚀性差。
3）耐磨性能 含 0.25%C的碳钢渗铬后表面硬度为 1300～ 1600HV；而 1.0%～ 1.2%Ｃ的碳钢渗铬后表面硬度达 1750～ 1800HV。碳化铬层具有高硬度、低摩擦系数（与金属对摩），因此耐磨性很高。例如，渗铬高碳钢的耐磨性比
GCr15钢还高几倍，与渗硼层耐磨性相近。
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(2) 渗铬层的性能及应用
4）力学性能 渗铬后普通碳钢晶粒粗大，静拉伸强度和韧性下降，为此需进行热处理；渗铬可显著提高钢在高温下的持久强度。
渗铬可以代替不锈钢和耐热钢用于制造机械和工具。如：仪表中的叶轮、浮子、弹簧管等零件；还可用于飞机、船舰、电站的燃气轮机叶片等高温部件。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
1）固体粉末渗铝 固体粉末渗铝是将渗铝工件埋在粉末状的渗铝剂中，然后加热到 900～
1050℃ 进行保温。优点是设备简单，操作方便，特别适合于机械的零部件；缺点是工件尺寸受到限制，效率不高。
渗铝剂一般由三部分组成：铝粉或铝铁合金粉；氧化铝粉起稀释填充和防止金属粉末粘结的作用；氯化铵作活化剂。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
1）固体粉末渗铝固体粉末渗铝的工件可以是钢铁件，也可以是镍基和钴基高温合金，还可用于钛合金、铜合金及钼、铌等难熔金属。
2）喷镀渗铝法把热喷涂铝后的工件 800～ 1000℃ 下保温
5h，让铝进行扩散，称为喷镀渗铝。该处理不仅改善了喷铝层与基体表面的结合强度，还提高了喷铝层的密度。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
3）料浆渗铝法料浆渗铝是由固体粉末渗铝法发展而来的一种工艺方法。将渗铝剂调糊状，然后涂刷在工件表面上，在 120℃ 时烘干，再加热到 1000℃
左右进行扩散渗铝。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
4）气体渗铝法气体渗铝是在密封的贯通式炉或井式炉中进行的。渗铝气氛为铝的卤化物，反应机理基本同体粉末法，气氛可以从炉外通入，也可以在炉内制取。该法质量稳定，效率较高。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
5）其它渗铝方法 电泳渗铝法是先用电泳法将铝粉均匀地沉积在工件表面上，再加热扩散制成镀层。电泳沉积铝的溶液是由铝粉
（ 10?m）、无水乙醇和三氯化铝组成的，配比时按每升乙醇含铝粉 50g、三氯化铝的 5～ 8
g配制。工件为阴极，铝板为阳极。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
5）其它渗铝方法快速电加热渗铝法将电流直接通过零件和渗铝剂或用高频感应将零件加热，使表面形成渗铝层。国外有三种快速渗铝工艺：
1）高频加热热喷涂铝之后的工件；
2）在渗铝气氛中用高频电流加热工件；
3）在活性膏剂中用高频感应加热工件。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
5）其它渗铝方法该渗铝法可使渗铝周期从几十小时缩短为几分钟甚至几十秒钟，且可改善渗铝层质量，实现自动化生产，是近十几年出现的一种渗铝新工艺。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(2) 渗铝层的性能渗铝层具有特殊的抗氧化性和耐腐蚀性。
1）抗氧化性能 一般来说，渗铝后的钢与原来未渗铝的钢相比，使用温度可提高 200℃ 。
Q235钢渗铝后抗高温氧化性能优于
0Cr17Mn13Mo2N不锈钢，与未渗铝的 Q235
钢比较，抗高温氧化能力提高 100倍以上。试验证明，渗铝层要具有高的抗氧化能力，其含铝量必须高于 12%，最好是 32%～ 33%。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(2) 渗铝层的性能
2）耐腐蚀性渗铝是目前提高钢材耐硫化物腐蚀最有效的手段之一。在大气条件下，渗铝钢比热镀锌钢具有更好的耐蚀性。渗铝钢的腐蚀量仅是热镀锌钢的 1/10～ 1/5。
把渗铝钢和热镀锌钢在不同的 pH值溶液下的耐腐蚀性进行比较后知，在 pH值 2～ 9范围内，前者的耐蚀性要好得多。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(3) 渗铝的应用渗铝主要用于提高机件的耐热耐腐蚀寿命，
可用于炉内构件、烟道、汽车消音器、汽车进排气零部件、高温石油化工用换热器、加热管、热风管、加热炉排风扇、空气预热器和热处理用设备，以及一切与 H2S,SO2,CO2、
H2CO3,HNO3、液 N、水煤气接触的设备。
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4.3共渗共渗是指将工件置于含有至少两种欲渗元素的渗剂中，经过一次加热扩散过程，使多种元素同时渗入工件表层的扩散渗入工艺。
4.3.1硫氮共渗 （ Sulphnitriding）
硫氮共渗的目的是为了兼顾渗硫、渗氮二者的优点，其共渗层的组织、性能与渗氮后渗硫基本相同，但工艺简单。渗层最外层的微孔组织可储存润滑油、降低摩擦系数，次层硬度较高，因而耐磨性尤其抗粘着、咬合性能显著提高。
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4.3共渗
4.3.1硫氮共渗 （ Sulphnitriding）
硫氮共渗的工艺方法有盐浴法，气体法、离子法等。
经气体硫氮共渗后的金相组织分为三层。最外层是 FeS，第二层是以 Fe2～ 3N为主的氮化物白亮层，第三层是氮的扩散层。硬度峰值可达 1000HV，由表及里的硬度变化较平缓。
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4.3共渗
4.3.1硫氮共渗 （ Sulphnitriding）
用高速钢刀具进行了硫氮共渗处理与不处理的对比试验发现，在不润滑条件下前者使用寿命较后者提高 2倍以上；在润滑条件下，加工低硬度零件时可提高 0.5～ 2倍，加工中硬度零件（ 310～ 400 HB）时可提高 1.5～ 6倍。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
硫氮碳共渗实质是渗硫与氮碳共渗的结合。
与硫氮共渗相比，其优点在于能使低碳钢零件也得到较好的强化效果。
(1) 硫氮碳共渗方法硫氮碳共渗有粉末法、膏剂法、气体法、液体法和离子法。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(1) 硫氮碳共渗方法
1) 粉末法粉末渗剂：由 FeS,K4Fe(CN)6及石墨、木炭等组成。
工艺,500～ 650℃ × 4～ 10h。
优点：简单易行，成本低。
缺点：质量不易控制，生产率低，劳动条件差，目前已应用不多。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(1) 硫氮碳共渗方法
2) 膏剂法膏剂配方,37%ZnSO4＋ 18.5%K2SO4＋
18.5%Na2SO4＋ 2.25%KSCN＋ 3.75%
Na2SO3＋ 20%的高岭土和水。
工艺：分两次涂敷 0.5～ 2mm,500～
600℃ × 3～ 4h共渗。
特点：简单易行，成本低，但质量不易控制，
目前仅用于特大零件或单件生产等特殊情况。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(1) 硫氮碳共渗方法
3) 盐浴法盐浴硫氮碳共渗是在盐浴氮碳共渗的基础上发展起来的，渗剂以盐浴氮碳共渗渗剂为基础，加入适量渗硫剂。
盐浴硫氮碳共渗的温度一般是 540～ 650℃,
时间 1～ 3h。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(1) 硫氮碳共渗方法
4) 气体法气体法硫氮碳共渗有两种：一种是滴入渗剂的同时通入氨气，如：三乙醇胺 1Kg；乙醇
1Kg，再溶入 20g硫脲，另外再通入适量的氨气。工艺一般是 540～ 560℃ × （ 1～ 3） h。另一种是以丙烷和空气为载气，通入 5%NH3和
0.02%～ 2%H2S。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(1) 硫氮碳共渗方法
4) 气体法工艺一般是 500～ 650℃ × （ 1～ 4） h。必要时滴入碳当量小的煤油或苯，以提高碳势。
气体法的优点是，在质量稳定性、技术经济指标优良的前提下，基本无公害。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(1) 硫氮碳共渗方法
5) 等离子法往真空室中通入 NH3，并将 CS2溶于酒精中再汽化后通入，便可进行离子硫氮碳共渗。工艺一般取 500～ 650℃ × （ 1～ 4） h。离子法的特点是经济无公害。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(2) 硫氮碳共渗层的组织与性能硫氮碳共渗层中，最外层是 5～ 20μm的
FeS,FeS2层；次层为白亮层，由 Fe2～
3(N,C),Fe4(N,C)等组成；白亮层下面是过渡层，其中有少量 Fe4(N,C)。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(2) 硫氮碳共渗层的组织与性能一层韧而硬度较低的硫化物层，使摩擦接触表面具有良好的磨合性，同时该层的微孔中可储存润滑油，加之硫化物本身干摩擦系数较低，所以其减摩性、抗胶合性、接触疲劳强度均优于一般的气体氮碳共渗；此外，由于硫的渗入，改变了
Fe2～ 3(N,C) 及 Fe4(N,C)的分布状态，减小了渗层脆性和剥落倾向；但硫氮碳共渗层的抗磨料磨损能力比气体氮碳共渗要差一些。
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4.3共渗
4.3.3 含硼共渗渗硼层硬度高，耐磨性好，而且具有一定的耐热性和对某些介质的抗蚀能力，但亦存在脆性高等缺点，为了降低渗硼层的脆性，为进一步提高渗硼层的耐磨性、耐热性和耐蚀性，改善其脆性，产生了硼和其他元素共渗的各种工艺。
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4.3共渗
4.3.3 含硼共渗
(1) 硼铝共渗粉末法硼铝共渗在铝铁合金（ 50%Al）、硼砂和氯化铵等混合物中进行。如 21%B4C＋
4%Na2B4O7＋ 3%NH4Cl＋ 72%铝铁合金；
49%Al2O3＋ 29.4%B2O3＋ 19.6%Al＋
2%NaF，将渗剂和工件同时装入容器，用水玻璃调耐火泥密封，干燥后装入炉内。共渗温度为 800℃ 以上,1050℃ 以下，时间为 4～ 6h。
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4.3共渗
4.3.3 含硼共渗
(1) 硼铝共渗膏剂法硼铝共渗剂由硼的化合物、铝的化合物和粘结剂组成，如 50%B4C＋ 50%Na3AlF6
＋粘结剂。
硼铝共渗能明显地提高疲劳强度，特别是腐蚀疲劳强度，同时明显降低钢在空气介质和腐蚀介质中循环受载的应力敏感性。
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4.3共渗
4.3.3 含硼共渗
(2) 硼氮共渗硼原子半径为 0.82?，氮原子半径为 0.75?。
对硼而言，氮在钢中的溶解量大得多，由于氮原子渗入能力强，所形成的渗层和过渡层深，
因此，硼氮共渗能降低硬度梯度，减小渗硼层的脆性。
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4.3共渗
4.3.3 含硼共渗
(2) 硼氮共渗膏剂法硼氮共渗由供硼剂、供氮剂、催渗剂、填充剂组成。将原料用粘结剂调成糊状涂在洁净的工件表面，涂层厚 3～ 4mm，共渗温度 890℃ 。氮的渗入减少了渗层的脆性，提高了韧性。 5CrMnMo钢柴油机连杆模具共渗处理后，寿命提高 2～ 3倍。
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4.3共渗
4.3.3 含硼共渗
(3) 硼钒共渗粉末硼钒共渗渗剂的典型成分有,5%B4C
＋ 5%～ 8%V2O5＋ 2%～ 3%KBF4＋ 0.5%～
1%NH4Cl,SiC为余量，在 920～ 960℃ 保温
3～ 4h。硼钒共渗层组织致密，由 Fe2B和 VC
组成，高硬度的 VC呈弥散状态分布在表层，
共渗层具有较高的韧性和很高的耐磨性、抗咬合性、抗氧化性和耐蚀性。
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4.3共渗
4.3.4铬铝共渗铬铝共渗或铝铬共渗的目的在于提高钢、镍铬合金、铜合金及钛合金的热强性。
常用的铬铝共渗剂由铬铁粉（或铬粉）、铝铁粉（或铝粉）及活化剂组成。共渗温度为
900～ 1050℃,保温时间 5～ 15小时。
45钢铬铝共渗后，其塑性及冲击韧性降低；
疲劳强度也有所降低，但在 3%NaCl水溶液中的腐蚀疲劳强度则明显提高。
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4.3共渗
4.3.4铬铝共渗用铬铝共渗在铁丝上获得铬铝覆层制成的电热丝在 850～ 950℃ 下工作，寿命达 400～ 500小时，而渗铝的铁丝在 800～ 850℃ 下工作，寿命仅为 120～ 150小时。
经共渗处理的镍基合金 Nimonic75在
1025℃ ～ 1090℃ 保温 100小时后的氧化增重仅为未处理 1/8～ 1/24。
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4.3共渗
4.3.5 铝硅共渗铝硅共渗的目的主要是提高钢、镍基热强合金、难熔金属及其合金以及铜等的耐热性能和在硫气氛中的抗高温氧化能力。
目前，在工业上使用较多的是料浆法铝硅共渗，渗剂由铝粉 90%＋硅粉 10%组成。将渗剂和粘结剂按一定配比调制成料浆，经喷射到工件后在氮气保护下加热。
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4.3共渗
4.3.5 铝硅共渗与固体粉末法相比，由于薄层料浆导热系数较大，采用高温扩散（ 1000～ 1080℃ ）时，可在较短时间内（ 4～ 6 小时）获得厚 0.025～
0.68mm的共渗层。由于随保温时间的增加，
料浆层中铝、硅活性原子通常降低，所以料浆法所获渗层脆性较低。国内曾用此法为飞机的某些耐热部件渗铝硅，使用寿命明显提高。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.1 TD处理工艺
TD处理所用设备与普通外热式盐浴炉的结构基本相同，有直接加热和间接加热两种形式。将 70%～
90%的硼砂放入耐热钢坩埚中熔融后，向坩埚中加入可形成欲镀覆的碳化物的物质。
例如欲涂 NbC时，加入 Fe-Nb的合金粉末或
Nb2O5粉末，将含碳较高的钢件浸入此盐浴中，在
800～ 1200℃ 保温 1～ 10h，便得到了碳化物镀覆表面覆层。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.2 碳化物层的组织结构金相观察和 X射线衍射分析结果表明，涂层几乎全由纯碳化物组成，无过渡区出现，碳化物层的成分不受基体金属的影响。不存在铁、氧、磷、硫等成分。
典型的 NbC涂层组织细小、致密，无疏松、夹杂等缺陷，在显微镜下呈白色，基体金属与碳化物层之间有清晰的界面。对 NbC层内及层下进行的能谱分析结果表明,NbC层内不含碳以外的基体元素，
而 NbC层下没有发生 Nb原子向基体的扩散。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.3 涂层的性能硬度
ＴＤ处理获得碳化物层的硬度明显高于淬火硬度、镀铬或氮化层的硬度,NbC的硬度约为约为
2500HV,VC和 TiC的硬度为 2980～ 3800HV。 VC、
NbC即使在 800℃ 其硬度也高于 800HV，经高温加热再到室温，其室温硬度也不降低。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理耐磨性以 20CrMnTi钢（固体渗硼后直接淬火）为配对材料，在加磨料及不加磨料两种情况下，用 MM-200磨损试验机研究了 Cr12钢淬火 +低温回火及 TD处理的磨损量。结果表明，用 TD处理涂覆 NbC后，耐磨性提高 3倍以上。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理抗氧化性及耐蚀性抗氧化性的好坏因所涂覆的碳化物种类而不同。
VC,NbC在 500℃ 的大气中几乎不氧化，但若在
600℃ 保温 1h则有数微米厚的碳化物完全被氧化。另一方面，以 Cr为主体的碳化物（ Cr7C3,Cr23C6）
涂层即使加热到 900℃ 也只稍许氧化，显示出优越的抗氧化性。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.4 TD法的特点及应用用 CVD,PVD,TD法都能得到同样硬的碳化物薄层，但是,PVD需要真空室、等离子系统以及蒸发源。 CVD需要气密减压的反应容器，其排出物污染环境、有害健康，大多数经 CVD处理的工件必须做重新加热淬火。而且 PVD和 CVD的设备价格高。
TD法与其它碳化物被覆法比较，除具有设备简单、操作方便、生产能力高、成本低之外，还有以下优点：
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.4 TD法的特点及应用
（ 1）不论工件形状如何，都能形成均匀的被覆层，
在小孔深处也可以形成被覆层。也可以在工件局部被覆碳化物层。还可以形成其复合碳化物。
（ 2）被覆后的表面粗糙度与处理前大致相同，如若母材表面加工光滑，处理后可以直接使用。
（ 3）工件因长期工作而使碳化物层磨完时可以多次重新处理。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.4 TD法的特点及应用
（ 4）盐浴的主要成分是在高温下性能稳定的硼砂，
故几乎不产生一般热处理盐浴出现的气体。而且盐浴使用寿命长。
（ 5）所形成碳化物层的组成、性能几乎不因基体钢种、处理条件而发生变化，故其使用性能稳定、基体材料选择广泛。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.4 TD法的特点及应用目前,TD处理主要应用于模具工业之中。在板材冲压，管、线材加工，冷、热锻造，橡胶、塑料、
玻璃、粉末成型等加工方法中使用的各种模具都已广泛应用了 TD处理法。用 TD法可使冷作模具寿命提高数倍到数十倍，一般来说，这样大幅度地提高模具寿命是令人难以想象的。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.4 TD法的特点及应用此外,TD处理法也在切割、切削加工工具以及机械零件上得到了应用。比如切割刀头、钻头、丝锥、切边刀；柱塞、喷嘴、阀座、叶片；各种机械中的凸轮、轴承、芯棒、导轨等。
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4.7 等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入是利用低真空中气体辉光放电产生的离子轰击工件表面，使表面成分、组织结构及性能发生改变的处理方法。
通过辉光放电获得的等离子体实际上是正离子、负离子、分子、中性原子、电子、光子等各种粒子的复合体。其中的带电粒子在电场的作用下作定向运动，
具有足够能量的粒子与中性的气体原子或分子相撞，
会使其处于激发态，成为活性原子或离子。这些活性原子或离子，比较容易被金属表面吸收，进人金属内部。
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4.7 等离子体扩散渗入方法用等离子体方法进行渗镀有以下优点：
（ 1）由于离子对表面的轰击可使表面高度活化，加之离子和随离子一起冲击表面的活性原子都易被表面吸收，因而渗镀速度快。例如，在指定的温度和氮化层深度时，离子渗氮比气体渗氮的时间缩短 1
倍。
（ 2）可方便地通过调整渗剂气成分、有关电参数和气体参数控制渗层组织。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
（ 3）由于离子的轰击作用，可以去除氧化膜和钝化膜，对于那些易氧化或钝化的金属，如不锈钢等特别适合。
（ 4）辉光放电可均匀地覆盖于工件表面，因此比较适合形状复杂及多沟槽和孔隙工件的处理。
（ 5）易实现工艺过程的计算机控制。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1 离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
辉光离子渗氮简称离子氮化，是把被处理的工件放在真空室，抽真空至 13.3～ 1.33Pa，然后充以稀薄的含氮气体，在阴阳极间加上直流高压后，气体被电离而发生辉光放电，放电过程中氮离子在高压电场的作用下，冲向阴极表面，产生大量的热把工件加热到所需的温度，同时氮的离子或原子为工件表面所吸附，并迅速扩散，形成了一定厚度的氮化层。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(1) 离子氮化机理普通气体氮化仅靠氮的分解提供活性氮原子，而离子氮化是由多种方式提供氮原子。在辉光放电中，具有高能量的氮、氢离子轰击作为阴极的工件，一部分离子直接为表面所吸附，渗入工件，另一部分通过阴极溅射轰击出电子及铁、氧等原子。
溅射出的铁原子与附近的活性氮原子结合，形成
FeN，被工件吸收。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(1) 离子氮化机理
FeN受到高温作用和离子的轰击会按照
FeN→Fe 2N→Fe 3N→Fe 4N的顺序分解为低价氮化铁，同时析出原子氮。析出的原子氮会向工件内部渗入。离子的轰击还可使材料生成晶格缺陷，促进氮的扩散。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(2) 离子氮化层的典型组织通常离子氮化层可能出现四种典型组织：
（ a）只有扩散层；
（ b） γ'（ Fe4N）化合物＋扩散层；
（ c） ε化合物（ Fe3N）＋扩散层；
（ d） ε化合物＋ γ'化合物＋扩散层。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(2) 离子氮化层的典型组织
γ‘化合物韧性较好，强度较高，单相的 γ’化合物组织主要用于承受较大动力载荷又要求耐磨的工作条件。 ε化合物耐磨和耐蚀性好，但脆性大。主要用于耐磨耐蚀工件。纯扩散层主要用于不能增加脆性的模具钢、耐磨合金等工件，用于不锈钢可使其耐蚀性降低的程度最小；通过控制有关工艺参数可以获得希望的氮化层。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(3) 钢离子氮化后的性能
（ a）硬度 钢经离子氮化后表面硬度的提高是明显的。当然提高幅度与具体工艺有关。
（ b）疲劳强度 氮化可以提高疲劳强度，且随氮化层深度的增加而增加。
（ c）强韧性 只有扩散层时韧性最好，单相 γ’氮化物层时次之，单相 ε氮化层最差。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(4) 离子氮化与其它氮化方法的比较离子氮化与其它氮化方法比较具有如下主要特点：
（ a）化速度快，处理温度低，热效率高，热变形小。
（ b）离子渗氮不生成脆性相，渗层致密，提高了渗氮件的耐磨性、耐蚀性和抗疲劳性能。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(4) 离子氮化与其它氮化方法的比较
（ c）用辉光放电直接加热工件表面，无需辅助加热设备，方便、节能，又可获得均匀的加热温度。
（ d）因为是真空处理，表面无氧化，无污染，劳动条件好，社会效益明显。
（ e）用普通方法难以氮化的不锈钢、钛等都可进行离子氮化。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(5) 离子氮化的应用离子氮化的应用范围极广。碳钢、合金结构钢、
高速钢、铸铁、耐热钢及耐蚀钢、难熔金属及其合金都可以用离子氮化强化表面。例如，机床工业中用离子氮化大批量的齿轮、丝杆、离合器、顶针套、轴等。切削工具通过离子氨化，可提高寿命
1.5～ 2倍，用于连杆、曲轴的热锻模，寿命提高刃
140%～ 260%。
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一次装炉 23000个活塞环
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密集装炉方式
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液压元件氮化后液压元件氮化前
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不同形状零件混装各种工具混装
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不同材料混装叠放式装载
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无化合物层氮化
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氮化钢的氮化
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粉末冶金部件
材料表面热扩渗处理是将工件放入一定的活性介质 中，使 金属元素或非金属元素 扩散到工件表层中，改变表层 化学成分,可得到一 扩散合金层,有时表面上还会 形成化合物层,从而获得所需的组织和性能。该技术的突出特点是表面强化层的形成主要依靠加热扩散的作用，渗层与金属基体的结合是 冶金结合,它们之间无明显的分界面，它们的成分、组织和性能是逐渐变化的。
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按 接触介质 划分有 固体法,液体法,气体法和 等离子法 。
按渗入元素的种类进行分类，渗碳、渗氮、
如渗硼、氮碳共渗、硼铝共渗等。
1．固体法
1）粉末法粉末法是固体法中最普通的方法，历史最为悠久，至今世界各国仍以此法应用最多。
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这种方法的早期应用是把工件埋入装有 渗层金属粉末 的容器里进行加热扩散，但由于烧结使得表面难以清理，后来便进行了改进，在粉末中加入了防粘结粉末（如 Al2O3）和活化剂
（助渗剂）。活化剂一般为卤化物，如
NH4Cl,NH4I等。
粉末法的优点是设备简单，操作容易，适用于形状复杂的工件的渗镀；缺点是效率低，尺寸受限制，温度高，时间长，基体金属的强度有一定降低。
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2）流化床法这种方法与粉末法相似，不同之处是将工件放于带有固体渗剂的流化床内，然后加热，同时通入运载气体（ H2,Ar），使之与流体粒子反应产生欲渗金属的活性原子渗入工件。
优点,传热性好,渗速快,渗层质量高,有利于机械化和自动化 ；
缺点,流化床设备装置 成本极高,运转 费用大,因此这种方法尚未推广使用。
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2．液体法目前世界上采用的较新的液体法热扩渗技术是盐浴法,其基本原理是在金属盐熔融液体中加入 V,Nb,Cr,Ti,Ta等铁合金粉末,然后把含有较高 C,N的钢件浸入 （ 可预先进行渗碳,氮化或碳氮共渗 ）,在 800～ 1250℃ 温度下,经过 0.5～ 10h的时间后；可在表面上形成一极硬的金属的碳氮化合物薄层,从而赋予工件表面高的耐磨性。
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3．气体法气渗首先把工件加热到渗剂原子在基体中能产生显著扩散的温度，然后把含有渗入金属卤化物（ MCl2）的氢气通人，气体和表面接触时，工件表面的金属和氢本身与 MCl2发生反应。
气体渗的优点是渗层厚度均匀，易控制，对异形件和小孔结构的渗镀效果好，且无粉尘，
劳动条件好。
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4．等离子法等离子法是利用物质的第四态 — 等离子体进行渗镀。等离子体是利用低真空下气体辉光放电获得的，因为离子活性比原子高，加上电场的作用，因此渗速较高，质量较好。但是该法除离子氮化已经成熟，包括渗碳在内的离子渗金属尚在开发之中。
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4.1 渗硼技术渗硼是将工件置于含硼的介质中，经过加热和保温，使硼原子渗入其表面，形成硼化物的工艺过程。
硼原子半径为 0.82?，与过渡元素原子半径之比大都大于 0.59，因而，硼与过渡族元素形成的化合物，具有远比正常的间隙相要复杂得多的晶体结构，如 FeB,Fe2B,TiB2,ZrB2
等，硬度极大，热稳定性好，几乎比相应的碳化物、氮化物的硬度和热稳定性都要高。
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4.1 渗硼技术钢的渗硼层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐热性能均比渗碳层和氨化层高。此外，微量的硼还能增加钢的淬透性。
4.1.1渗硼原理在渗硼过程中，含硼介质发生化学反应，生成流体含硼组元，流体含硼组元通过邻接金属表面的“边界层”进行外扩散，扩散到金属表面并被吸附，然后发生各种界面反应，生成活性硼原子、
活性硼原子由金属界面向纵深迁移，从而形成有一定深度的渗硼层。
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4.1.1渗硼原理由图 Fe-B相图可知，在 α,γ相中溶解硼的能力极微，在 1149℃ 时,γ相中具有最大溶硼量为 0.02%，而溶碳量大于 2%，氮的溶解度更大。随着硼在铁中渗入量的增加，硼与铁依次形成稳定的化合物 Fe2B和 FeB，这些铁的硼化物，在高温时也具有较高的稳定性。
硼在 α－ Fe中只能以置换固溶体的形式存在，而在 γ－ Fe中既可以置换固溶体的形式存在，又可以间隙固溶体的形式存在。
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4.1.1渗硼原理因置换固溶体形式的扩散比间隙固溶体形式困难得多，因此，硼在 γ－ Fe中扩散速度远大于硼在 α－ Fe中的扩散速度，因此，渗硼温度大多选在钢处于奥氏体状态的温度范围内。
4.1.2 渗硼工艺方法渗硼的方法有固体法、液体法和气体法。比较常用的是固体法和液体法。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(1) 固体渗硼渗剂,供硼剂、活化剂、填充剂组成。
供硼剂,提供硼源，它在活化剂的催化作用下提供硼原子，硼铁和碳化硼在目前是使用得较多的供硼剂。
活化剂,提高渗剂的活性，理想的活化剂不仅可降低渗剂成本，而且可提高渗速，增加渗层深度，改善渗层组织性能。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(1) 固体渗硼填充剂,渗硼介质的分散剂和载体，一般由惰性物质组成。
三方面的作用：
1）使复合渗剂均匀分布其中，以便工件和渗剂均匀接触，使渗剂保持适当的浓度，保证渗层的均匀性；
2）产生或保持还原气氛，以保持渗硼件表面的活性；
3）防止渗剂的烧结，提高渗剂的松散性。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(1) 固体渗硼固体法渗硼又分为粉末渗硼和膏剂渗硼。
1) 粉末渗硼粉末渗硼是将工件埋入含硼粉末中装箱密封，并在箱式或井式电炉中加热保温。它具有设备简单、清洗容易的优点，适合批量处理。
生产上常用的渗硼剂多由硼铁、碳化硼、无水硼砂和适量的氧化铝及卤化物组成。处理温度在 900～ 1000℃,时间为 1～ 5h。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(1) 固体渗硼
1) 粉末渗硼适当调整渗硼剂的成分可获得耐磨而又不脱落的 FeB相表面层。该法质量稳定、操作简便，已在生产中应用。
2) 膏剂渗硼在粉末渗硼剂的基础上加入一定量的粘结剂，形成膏状渗剂，然后涂在工件表面进行渗硼，膏剂渗硼尤其适合大件局部处理。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(1) 固体渗硼
2) 膏剂渗硼在膏剂法渗硼剂中，加入粘结剂的作用是使渗剂能涂附于金属表面。常用的粘结剂有甲基纤维素、水解硅酸乙酯、松香酒精、可溶性淀粉、水玻璃加浆糊等。粘结剂的选择对渗硼后渗剂的脱落性有重要影响。该法渗层均匀致密，表面质量好。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(2) 液体渗硼液体渗硼包括电解盐浴渗硼和非电解盐浴渗硼。
1）电解盐浴渗硼是日本丰田汽车公司和美国通用电器公司以及前苏联的一些工厂在生产上已经采用的方法。电解时浸在熔融硼砂中的工件作阴极，容器或石墨棒为阳极进行电解渗硼。电解渗硼速度快、渗剂便宜。渗层深、易调节；但也有渗层欠均匀、坩埚寿命较短等缺点。
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4.1.2 渗硼工艺方法
(2) 液体渗硼
2）非电解盐浴渗硼是目前国内应用较多的一种方法，该法是在硼砂和硼酸的混合熔盐中加入渗硼剂（如 B4C）进行渗硼。
4.1.3 渗硼层的组织与性能渗硼后的渗层组织由表向里依次为 FeB、
Fe2B、过渡层、心部组织，即由化合物、过渡层和基体组织三部分组成。
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4.1.3 渗硼层的组织与性能渗硼层具有如下性能：
（ 1）高硬度和耐磨性。碳钢渗硼后表面硬度可达 1400～ 2000HV，具有极高的耐磨性。试验表明，渗硼试样的耐磨性能比其它任何处理
（如渗碳、碳氮共渗等）的都高。此外，渗硼处理还有比较高的耐腐蚀磨损和泥浆磨损能力。
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4.1.3 渗硼层的组织与性能
（ 2）高的红硬性。钢铁渗硼后形成的铁硼化合物（ FeB,Fe2B）是一种十分稳定的金属化合物，它具有良好的红硬性，经渗硼处理的工件一般可在 600℃ 下可靠地工作。
（ 3）良好的耐腐蚀性和抗氧化性。渗硼层对盐酸、硫酸、磷酸及碱具有良好的抗蚀性，在
600℃ 下硼化物层抗氧化性良好。例如 45钢渗硼后在盐酸、硫酸水溶液中的耐腐蚀性比渗硼前提高 5～ 14倍。
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4.1.4 渗硼的应用近年来，在渗硼领域里，人们在渗硼的基础理论、工艺过程和工业应用等方面进行了大量的研究，取得了重要的进展，该工艺已逐渐成为广泛应用的表面扩渗处理工艺。
目前，渗硼主要用于耐磨并且兼有一定的耐蚀性方面，例如钻井用的泥浆泵零件，滚压模具、
热锻模具及某些工夹具等。近年来，渗硼还逐渐扩大到硬质合金、有色金属和难熔金属，例如难熔属的渗硼已经在宇航设备中获得应用。
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4.1.4 渗硼的应用渗硼还可用于印刷机凸轮、止推板、各种活塞、离合器轴、压铸机料筒与喷嘴、轧钢机导辊、油封滑动轴、块规、闸阀和各种拔丝模等。
表面扩渗新技术
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4.2 渗金属渗金属工艺（ Diffusion Metallizing）就是采用加热的方法，使一种或多种金属扩散渗入零件表面形成表面合金层的方法。这一表面层被称为渗层或扩散渗层。渗金属的特点是：渗层是靠加热扩散形成的，所渗元素与基体金属常发生反应而形成化合物相，使渗层与基体结合牢固，其结合强度是电镀、化学镀等机械结合所难以达到的。
渗层具有不同于基体金属的成分和组织，因而可以使零件表面获得特殊的性能，如抗高温氧化、
耐腐蚀、耐磨损等性能。
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4.2.1 渗铬渗铬（ Chromizing）的目的主要有两个：
一是为了提高钢和耐热合金的耐蚀性和抗氧化性，提高持久强度和疲劳强度；二是为了用普通钢材代替昂贵的不锈钢、耐热钢和高铬合金钢。
（ 1）渗铬的方法
1）固体粉末渗铬目前工业生产中应用较多的方法。
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(1) 渗铬的方法
1) 固体粉末渗铬该法是将工件埋入渗铬剂中，放在高温的密封容器中保温一定的时间进行渗铬。渗剂一般由金属铬粉（或铬铁粉）、适量的 Al2O3（或 SiO2）
和卤化铵配成。渗铬一般为 950～ 1100℃,时间为 4～ 10小时。
固体粉末渗铬工艺虽然简单，但由于其加热温度高、保温时间长、渗层薄、铬耗量大，因此限制了此工艺的推广应用，近年又发展了多种固体粉末渗铬法。
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(1) 渗铬的方法
1) 固体粉末渗铬
（ a）固体粉末通氢渗铬法 氢气促进了化学还原反应的进行，使之产生更多的活性 [Cr]，加快了渗速。例如低碳钢在 1000℃,保温 6h后，
可渗 55μm。
（ b）不含卤化物的渗铬法 主要用于粉末冶金件渗铬，可防止残留卤化物的腐蚀。
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(1) 渗铬的方法
1) 固体粉末渗铬
（ c）快速渗铬法 利用高频感应加热或直接通电加热，使零件迅速加热到高温，从而能在很短的时间内得到一定厚度的渗铬层。这种方法大大缩短了工艺周期，并保持零件心部性能不变。快速渗铬的方法很多，诸如在活性粉末渗铬剂中的快速渗铬，在真空中的快速渗铬，用铬的电镀层快速渗铬等。
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(1) 渗铬的方法
1) 固体粉末渗铬
（ d）膏剂渗铬法 将渗铬剂调成糊状涂敷在零件上，通过感应加热使 [Cr]渗入工件表面。膏剂由渗铬源、熔剂和粘结剂配成。渗铬源是铬粉或铬铁粉，溶剂是冰晶石，粘结剂可用水玻璃、干性油漆、清漆、硅酸盐等。膏剂渗铬可提高渗铝剂的利用率，而且可大幅度加快渗铬速度。
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(1) 渗铬的方法
2) 气体渗铬气体渗铬的反应机理与固体粉末法相似，在密封的电炉中进行。气体渗铬的介质多为铬的氟化物、氯化物。渗铬气氛（卤化铬）可在炉外制取，也可在炉内放置铬或铬铁粉末，通以
Cl2和 H2制取。卤化铬气体在工件表面通过置换、还原、热分解等反应，产生活性 [Cr]原子而渗入工件表面。
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(1) 渗铬的方法
2) 气体渗铬如在密封的炉子中通入 CrCl2,N2（或
H2+N2）对 42CrMo进行 1000℃ × 4h气体渗铬，可获得 40μm的渗层。
气体渗铬具有渗速快、劳动强度小、渗层质量高、表面光洁、无粉尘危害等优点，但氢气易爆炸、氯气有毒，要注意防护。
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(1) 渗铬的方法
3) 液体渗铬液体渗铬是在含有活性铬原子的盐浴中进行的，具有设备简单、加热均匀、生产周期短、
可直接淬火等特点。液体渗铬主要有硼砂盐浴渗铬和氯化物盐浴渗铬两类。盐浴渗铬（即
TD法）是先将硼砂熔化（ 740℃ ），然后将烘干（ 120～ 150℃ ）的铬粉或碳素铬粉加人硼砂浴中，升温到渗铬温度把（ 850～ 1050℃ ）
时，再将工件放入渗铬。
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(2) 渗铬层的性能及应用
1）抗氧化性能 渗铬件具有良好的抗高温氧化和抗高温腐蚀性能。工件经渗铬后可在 800℃
以上较长时间使用，在 900℃ 仍有一定的抗氧化能力。渗铬钢的抗氧化性能较渗铝钢更优。
低碳钢渗铬，在 700℃ 时其抗氧化能力可比不渗铬钢高 1000倍。奥氏作耐热钢、镍基和钴基合金材料渗铬后，抗高温氧化性能可显著提高。
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(2) 渗铬层的性能及应用
2）耐腐蚀性能 工件经渗铬处理后具有良好的耐蚀性，在潮湿空气、水、强碱液、过热蒸汽和其他许多介质中都有良好的耐蚀性；能耐硫酸和硝酸的浸蚀；但耐盐酸腐蚀性差。
3）耐磨性能 含 0.25%C的碳钢渗铬后表面硬度为 1300～ 1600HV；而 1.0%～ 1.2%Ｃ的碳钢渗铬后表面硬度达 1750～ 1800HV。碳化铬层具有高硬度、低摩擦系数（与金属对摩），因此耐磨性很高。例如，渗铬高碳钢的耐磨性比
GCr15钢还高几倍，与渗硼层耐磨性相近。
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(2) 渗铬层的性能及应用
4）力学性能 渗铬后普通碳钢晶粒粗大，静拉伸强度和韧性下降，为此需进行热处理；渗铬可显著提高钢在高温下的持久强度。
渗铬可以代替不锈钢和耐热钢用于制造机械和工具。如：仪表中的叶轮、浮子、弹簧管等零件；还可用于飞机、船舰、电站的燃气轮机叶片等高温部件。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
1）固体粉末渗铝 固体粉末渗铝是将渗铝工件埋在粉末状的渗铝剂中，然后加热到 900～
1050℃ 进行保温。优点是设备简单，操作方便，特别适合于机械的零部件；缺点是工件尺寸受到限制，效率不高。
渗铝剂一般由三部分组成：铝粉或铝铁合金粉；氧化铝粉起稀释填充和防止金属粉末粘结的作用；氯化铵作活化剂。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
1）固体粉末渗铝固体粉末渗铝的工件可以是钢铁件，也可以是镍基和钴基高温合金，还可用于钛合金、铜合金及钼、铌等难熔金属。
2）喷镀渗铝法把热喷涂铝后的工件 800～ 1000℃ 下保温
5h，让铝进行扩散，称为喷镀渗铝。该处理不仅改善了喷铝层与基体表面的结合强度，还提高了喷铝层的密度。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
3）料浆渗铝法料浆渗铝是由固体粉末渗铝法发展而来的一种工艺方法。将渗铝剂调糊状，然后涂刷在工件表面上，在 120℃ 时烘干，再加热到 1000℃
左右进行扩散渗铝。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
4）气体渗铝法气体渗铝是在密封的贯通式炉或井式炉中进行的。渗铝气氛为铝的卤化物，反应机理基本同体粉末法，气氛可以从炉外通入，也可以在炉内制取。该法质量稳定，效率较高。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
5）其它渗铝方法 电泳渗铝法是先用电泳法将铝粉均匀地沉积在工件表面上，再加热扩散制成镀层。电泳沉积铝的溶液是由铝粉
（ 10?m）、无水乙醇和三氯化铝组成的，配比时按每升乙醇含铝粉 50g、三氯化铝的 5～ 8
g配制。工件为阴极，铝板为阳极。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
5）其它渗铝方法快速电加热渗铝法将电流直接通过零件和渗铝剂或用高频感应将零件加热，使表面形成渗铝层。国外有三种快速渗铝工艺：
1）高频加热热喷涂铝之后的工件；
2）在渗铝气氛中用高频电流加热工件；
3）在活性膏剂中用高频感应加热工件。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(1) 渗铝的方法
5）其它渗铝方法该渗铝法可使渗铝周期从几十小时缩短为几分钟甚至几十秒钟，且可改善渗铝层质量，实现自动化生产，是近十几年出现的一种渗铝新工艺。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(2) 渗铝层的性能渗铝层具有特殊的抗氧化性和耐腐蚀性。
1）抗氧化性能 一般来说，渗铝后的钢与原来未渗铝的钢相比，使用温度可提高 200℃ 。
Q235钢渗铝后抗高温氧化性能优于
0Cr17Mn13Mo2N不锈钢，与未渗铝的 Q235
钢比较，抗高温氧化能力提高 100倍以上。试验证明，渗铝层要具有高的抗氧化能力，其含铝量必须高于 12%，最好是 32%～ 33%。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(2) 渗铝层的性能
2）耐腐蚀性渗铝是目前提高钢材耐硫化物腐蚀最有效的手段之一。在大气条件下，渗铝钢比热镀锌钢具有更好的耐蚀性。渗铝钢的腐蚀量仅是热镀锌钢的 1/10～ 1/5。
把渗铝钢和热镀锌钢在不同的 pH值溶液下的耐腐蚀性进行比较后知，在 pH值 2～ 9范围内，前者的耐蚀性要好得多。
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4.2.2渗铝（ Aluminizing,Calorizing）
(3) 渗铝的应用渗铝主要用于提高机件的耐热耐腐蚀寿命，
可用于炉内构件、烟道、汽车消音器、汽车进排气零部件、高温石油化工用换热器、加热管、热风管、加热炉排风扇、空气预热器和热处理用设备，以及一切与 H2S,SO2,CO2、
H2CO3,HNO3、液 N、水煤气接触的设备。
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4.3共渗共渗是指将工件置于含有至少两种欲渗元素的渗剂中，经过一次加热扩散过程，使多种元素同时渗入工件表层的扩散渗入工艺。
4.3.1硫氮共渗 （ Sulphnitriding）
硫氮共渗的目的是为了兼顾渗硫、渗氮二者的优点，其共渗层的组织、性能与渗氮后渗硫基本相同，但工艺简单。渗层最外层的微孔组织可储存润滑油、降低摩擦系数，次层硬度较高，因而耐磨性尤其抗粘着、咬合性能显著提高。
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4.3共渗
4.3.1硫氮共渗 （ Sulphnitriding）
硫氮共渗的工艺方法有盐浴法，气体法、离子法等。
经气体硫氮共渗后的金相组织分为三层。最外层是 FeS，第二层是以 Fe2～ 3N为主的氮化物白亮层，第三层是氮的扩散层。硬度峰值可达 1000HV，由表及里的硬度变化较平缓。
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4.3共渗
4.3.1硫氮共渗 （ Sulphnitriding）
用高速钢刀具进行了硫氮共渗处理与不处理的对比试验发现，在不润滑条件下前者使用寿命较后者提高 2倍以上；在润滑条件下，加工低硬度零件时可提高 0.5～ 2倍，加工中硬度零件（ 310～ 400 HB）时可提高 1.5～ 6倍。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
硫氮碳共渗实质是渗硫与氮碳共渗的结合。
与硫氮共渗相比，其优点在于能使低碳钢零件也得到较好的强化效果。
(1) 硫氮碳共渗方法硫氮碳共渗有粉末法、膏剂法、气体法、液体法和离子法。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(1) 硫氮碳共渗方法
1) 粉末法粉末渗剂：由 FeS,K4Fe(CN)6及石墨、木炭等组成。
工艺,500～ 650℃ × 4～ 10h。
优点：简单易行，成本低。
缺点：质量不易控制，生产率低，劳动条件差，目前已应用不多。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(1) 硫氮碳共渗方法
2) 膏剂法膏剂配方,37%ZnSO4＋ 18.5%K2SO4＋
18.5%Na2SO4＋ 2.25%KSCN＋ 3.75%
Na2SO3＋ 20%的高岭土和水。
工艺：分两次涂敷 0.5～ 2mm,500～
600℃ × 3～ 4h共渗。
特点：简单易行，成本低，但质量不易控制，
目前仅用于特大零件或单件生产等特殊情况。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(1) 硫氮碳共渗方法
3) 盐浴法盐浴硫氮碳共渗是在盐浴氮碳共渗的基础上发展起来的，渗剂以盐浴氮碳共渗渗剂为基础，加入适量渗硫剂。
盐浴硫氮碳共渗的温度一般是 540～ 650℃,
时间 1～ 3h。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(1) 硫氮碳共渗方法
4) 气体法气体法硫氮碳共渗有两种：一种是滴入渗剂的同时通入氨气，如：三乙醇胺 1Kg；乙醇
1Kg，再溶入 20g硫脲，另外再通入适量的氨气。工艺一般是 540～ 560℃ × （ 1～ 3） h。另一种是以丙烷和空气为载气，通入 5%NH3和
0.02%～ 2%H2S。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(1) 硫氮碳共渗方法
4) 气体法工艺一般是 500～ 650℃ × （ 1～ 4） h。必要时滴入碳当量小的煤油或苯，以提高碳势。
气体法的优点是，在质量稳定性、技术经济指标优良的前提下，基本无公害。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(1) 硫氮碳共渗方法
5) 等离子法往真空室中通入 NH3，并将 CS2溶于酒精中再汽化后通入，便可进行离子硫氮碳共渗。工艺一般取 500～ 650℃ × （ 1～ 4） h。离子法的特点是经济无公害。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(2) 硫氮碳共渗层的组织与性能硫氮碳共渗层中，最外层是 5～ 20μm的
FeS,FeS2层；次层为白亮层，由 Fe2～
3(N,C),Fe4(N,C)等组成；白亮层下面是过渡层，其中有少量 Fe4(N,C)。
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4.3共渗
4.3.2硫氮碳共渗 （ Sulphnitrocarburizing）
(2) 硫氮碳共渗层的组织与性能一层韧而硬度较低的硫化物层，使摩擦接触表面具有良好的磨合性，同时该层的微孔中可储存润滑油，加之硫化物本身干摩擦系数较低，所以其减摩性、抗胶合性、接触疲劳强度均优于一般的气体氮碳共渗；此外，由于硫的渗入，改变了
Fe2～ 3(N,C) 及 Fe4(N,C)的分布状态，减小了渗层脆性和剥落倾向；但硫氮碳共渗层的抗磨料磨损能力比气体氮碳共渗要差一些。
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4.3共渗
4.3.3 含硼共渗渗硼层硬度高，耐磨性好，而且具有一定的耐热性和对某些介质的抗蚀能力，但亦存在脆性高等缺点，为了降低渗硼层的脆性，为进一步提高渗硼层的耐磨性、耐热性和耐蚀性，改善其脆性，产生了硼和其他元素共渗的各种工艺。
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4.3共渗
4.3.3 含硼共渗
(1) 硼铝共渗粉末法硼铝共渗在铝铁合金（ 50%Al）、硼砂和氯化铵等混合物中进行。如 21%B4C＋
4%Na2B4O7＋ 3%NH4Cl＋ 72%铝铁合金；
49%Al2O3＋ 29.4%B2O3＋ 19.6%Al＋
2%NaF，将渗剂和工件同时装入容器，用水玻璃调耐火泥密封，干燥后装入炉内。共渗温度为 800℃ 以上,1050℃ 以下，时间为 4～ 6h。
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4.3共渗
4.3.3 含硼共渗
(1) 硼铝共渗膏剂法硼铝共渗剂由硼的化合物、铝的化合物和粘结剂组成，如 50%B4C＋ 50%Na3AlF6
＋粘结剂。
硼铝共渗能明显地提高疲劳强度，特别是腐蚀疲劳强度，同时明显降低钢在空气介质和腐蚀介质中循环受载的应力敏感性。
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4.3共渗
4.3.3 含硼共渗
(2) 硼氮共渗硼原子半径为 0.82?，氮原子半径为 0.75?。
对硼而言，氮在钢中的溶解量大得多，由于氮原子渗入能力强，所形成的渗层和过渡层深，
因此，硼氮共渗能降低硬度梯度，减小渗硼层的脆性。
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4.3共渗
4.3.3 含硼共渗
(2) 硼氮共渗膏剂法硼氮共渗由供硼剂、供氮剂、催渗剂、填充剂组成。将原料用粘结剂调成糊状涂在洁净的工件表面，涂层厚 3～ 4mm，共渗温度 890℃ 。氮的渗入减少了渗层的脆性，提高了韧性。 5CrMnMo钢柴油机连杆模具共渗处理后，寿命提高 2～ 3倍。
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4.3共渗
4.3.3 含硼共渗
(3) 硼钒共渗粉末硼钒共渗渗剂的典型成分有,5%B4C
＋ 5%～ 8%V2O5＋ 2%～ 3%KBF4＋ 0.5%～
1%NH4Cl,SiC为余量，在 920～ 960℃ 保温
3～ 4h。硼钒共渗层组织致密，由 Fe2B和 VC
组成，高硬度的 VC呈弥散状态分布在表层，
共渗层具有较高的韧性和很高的耐磨性、抗咬合性、抗氧化性和耐蚀性。
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4.3共渗
4.3.4铬铝共渗铬铝共渗或铝铬共渗的目的在于提高钢、镍铬合金、铜合金及钛合金的热强性。
常用的铬铝共渗剂由铬铁粉（或铬粉）、铝铁粉（或铝粉）及活化剂组成。共渗温度为
900～ 1050℃,保温时间 5～ 15小时。
45钢铬铝共渗后，其塑性及冲击韧性降低；
疲劳强度也有所降低，但在 3%NaCl水溶液中的腐蚀疲劳强度则明显提高。
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4.3共渗
4.3.4铬铝共渗用铬铝共渗在铁丝上获得铬铝覆层制成的电热丝在 850～ 950℃ 下工作，寿命达 400～ 500小时，而渗铝的铁丝在 800～ 850℃ 下工作，寿命仅为 120～ 150小时。
经共渗处理的镍基合金 Nimonic75在
1025℃ ～ 1090℃ 保温 100小时后的氧化增重仅为未处理 1/8～ 1/24。
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4.3共渗
4.3.5 铝硅共渗铝硅共渗的目的主要是提高钢、镍基热强合金、难熔金属及其合金以及铜等的耐热性能和在硫气氛中的抗高温氧化能力。
目前，在工业上使用较多的是料浆法铝硅共渗，渗剂由铝粉 90%＋硅粉 10%组成。将渗剂和粘结剂按一定配比调制成料浆，经喷射到工件后在氮气保护下加热。
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4.3共渗
4.3.5 铝硅共渗与固体粉末法相比，由于薄层料浆导热系数较大，采用高温扩散（ 1000～ 1080℃ ）时，可在较短时间内（ 4～ 6 小时）获得厚 0.025～
0.68mm的共渗层。由于随保温时间的增加，
料浆层中铝、硅活性原子通常降低，所以料浆法所获渗层脆性较低。国内曾用此法为飞机的某些耐热部件渗铝硅，使用寿命明显提高。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.1 TD处理工艺
TD处理所用设备与普通外热式盐浴炉的结构基本相同，有直接加热和间接加热两种形式。将 70%～
90%的硼砂放入耐热钢坩埚中熔融后，向坩埚中加入可形成欲镀覆的碳化物的物质。
例如欲涂 NbC时，加入 Fe-Nb的合金粉末或
Nb2O5粉末，将含碳较高的钢件浸入此盐浴中，在
800～ 1200℃ 保温 1～ 10h，便得到了碳化物镀覆表面覆层。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.2 碳化物层的组织结构金相观察和 X射线衍射分析结果表明，涂层几乎全由纯碳化物组成，无过渡区出现，碳化物层的成分不受基体金属的影响。不存在铁、氧、磷、硫等成分。
典型的 NbC涂层组织细小、致密，无疏松、夹杂等缺陷，在显微镜下呈白色，基体金属与碳化物层之间有清晰的界面。对 NbC层内及层下进行的能谱分析结果表明,NbC层内不含碳以外的基体元素，
而 NbC层下没有发生 Nb原子向基体的扩散。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.3 涂层的性能硬度
ＴＤ处理获得碳化物层的硬度明显高于淬火硬度、镀铬或氮化层的硬度,NbC的硬度约为约为
2500HV,VC和 TiC的硬度为 2980～ 3800HV。 VC、
NbC即使在 800℃ 其硬度也高于 800HV，经高温加热再到室温，其室温硬度也不降低。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理耐磨性以 20CrMnTi钢（固体渗硼后直接淬火）为配对材料，在加磨料及不加磨料两种情况下，用 MM-200磨损试验机研究了 Cr12钢淬火 +低温回火及 TD处理的磨损量。结果表明，用 TD处理涂覆 NbC后，耐磨性提高 3倍以上。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理抗氧化性及耐蚀性抗氧化性的好坏因所涂覆的碳化物种类而不同。
VC,NbC在 500℃ 的大气中几乎不氧化，但若在
600℃ 保温 1h则有数微米厚的碳化物完全被氧化。另一方面，以 Cr为主体的碳化物（ Cr7C3,Cr23C6）
涂层即使加热到 900℃ 也只稍许氧化，显示出优越的抗氧化性。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.4 TD法的特点及应用用 CVD,PVD,TD法都能得到同样硬的碳化物薄层，但是,PVD需要真空室、等离子系统以及蒸发源。 CVD需要气密减压的反应容器，其排出物污染环境、有害健康，大多数经 CVD处理的工件必须做重新加热淬火。而且 PVD和 CVD的设备价格高。
TD法与其它碳化物被覆法比较，除具有设备简单、操作方便、生产能力高、成本低之外，还有以下优点：
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.4 TD法的特点及应用
（ 1）不论工件形状如何，都能形成均匀的被覆层，
在小孔深处也可以形成被覆层。也可以在工件局部被覆碳化物层。还可以形成其复合碳化物。
（ 2）被覆后的表面粗糙度与处理前大致相同，如若母材表面加工光滑，处理后可以直接使用。
（ 3）工件因长期工作而使碳化物层磨完时可以多次重新处理。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.4 TD法的特点及应用
（ 4）盐浴的主要成分是在高温下性能稳定的硼砂，
故几乎不产生一般热处理盐浴出现的气体。而且盐浴使用寿命长。
（ 5）所形成碳化物层的组成、性能几乎不因基体钢种、处理条件而发生变化，故其使用性能稳定、基体材料选择广泛。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.4 TD法的特点及应用目前,TD处理主要应用于模具工业之中。在板材冲压，管、线材加工，冷、热锻造，橡胶、塑料、
玻璃、粉末成型等加工方法中使用的各种模具都已广泛应用了 TD处理法。用 TD法可使冷作模具寿命提高数倍到数十倍，一般来说，这样大幅度地提高模具寿命是令人难以想象的。
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4.6 TD（ Toyota Diffusion）法扩散渗入处理
4.6.4 TD法的特点及应用此外,TD处理法也在切割、切削加工工具以及机械零件上得到了应用。比如切割刀头、钻头、丝锥、切边刀；柱塞、喷嘴、阀座、叶片；各种机械中的凸轮、轴承、芯棒、导轨等。
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4.7 等离子体扩散渗入方法等离子体扩散渗入是利用低真空中气体辉光放电产生的离子轰击工件表面，使表面成分、组织结构及性能发生改变的处理方法。
通过辉光放电获得的等离子体实际上是正离子、负离子、分子、中性原子、电子、光子等各种粒子的复合体。其中的带电粒子在电场的作用下作定向运动，
具有足够能量的粒子与中性的气体原子或分子相撞，
会使其处于激发态，成为活性原子或离子。这些活性原子或离子，比较容易被金属表面吸收，进人金属内部。
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4.7 等离子体扩散渗入方法用等离子体方法进行渗镀有以下优点：
（ 1）由于离子对表面的轰击可使表面高度活化，加之离子和随离子一起冲击表面的活性原子都易被表面吸收，因而渗镀速度快。例如，在指定的温度和氮化层深度时，离子渗氮比气体渗氮的时间缩短 1
倍。
（ 2）可方便地通过调整渗剂气成分、有关电参数和气体参数控制渗层组织。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
（ 3）由于离子的轰击作用，可以去除氧化膜和钝化膜，对于那些易氧化或钝化的金属，如不锈钢等特别适合。
（ 4）辉光放电可均匀地覆盖于工件表面，因此比较适合形状复杂及多沟槽和孔隙工件的处理。
（ 5）易实现工艺过程的计算机控制。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1 离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
辉光离子渗氮简称离子氮化，是把被处理的工件放在真空室，抽真空至 13.3～ 1.33Pa，然后充以稀薄的含氮气体，在阴阳极间加上直流高压后，气体被电离而发生辉光放电，放电过程中氮离子在高压电场的作用下，冲向阴极表面，产生大量的热把工件加热到所需的温度，同时氮的离子或原子为工件表面所吸附，并迅速扩散，形成了一定厚度的氮化层。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(1) 离子氮化机理普通气体氮化仅靠氮的分解提供活性氮原子，而离子氮化是由多种方式提供氮原子。在辉光放电中，具有高能量的氮、氢离子轰击作为阴极的工件，一部分离子直接为表面所吸附，渗入工件，另一部分通过阴极溅射轰击出电子及铁、氧等原子。
溅射出的铁原子与附近的活性氮原子结合，形成
FeN，被工件吸收。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(1) 离子氮化机理
FeN受到高温作用和离子的轰击会按照
FeN→Fe 2N→Fe 3N→Fe 4N的顺序分解为低价氮化铁，同时析出原子氮。析出的原子氮会向工件内部渗入。离子的轰击还可使材料生成晶格缺陷，促进氮的扩散。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(2) 离子氮化层的典型组织通常离子氮化层可能出现四种典型组织：
（ a）只有扩散层；
（ b） γ'（ Fe4N）化合物＋扩散层；
（ c） ε化合物（ Fe3N）＋扩散层；
（ d） ε化合物＋ γ'化合物＋扩散层。
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4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(2) 离子氮化层的典型组织
γ‘化合物韧性较好，强度较高，单相的 γ’化合物组织主要用于承受较大动力载荷又要求耐磨的工作条件。 ε化合物耐磨和耐蚀性好，但脆性大。主要用于耐磨耐蚀工件。纯扩散层主要用于不能增加脆性的模具钢、耐磨合金等工件，用于不锈钢可使其耐蚀性降低的程度最小；通过控制有关工艺参数可以获得希望的氮化层。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(3) 钢离子氮化后的性能
（ a）硬度 钢经离子氮化后表面硬度的提高是明显的。当然提高幅度与具体工艺有关。
（ b）疲劳强度 氮化可以提高疲劳强度，且随氮化层深度的增加而增加。
（ c）强韧性 只有扩散层时韧性最好，单相 γ’氮化物层时次之，单相 ε氮化层最差。
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4.7 等离子体扩散渗入方法
4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(4) 离子氮化与其它氮化方法的比较离子氮化与其它氮化方法比较具有如下主要特点：
（ a）化速度快，处理温度低，热效率高，热变形小。
（ b）离子渗氮不生成脆性相，渗层致密，提高了渗氮件的耐磨性、耐蚀性和抗疲劳性能。
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4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(4) 离子氮化与其它氮化方法的比较
（ c）用辉光放电直接加热工件表面，无需辅助加热设备，方便、节能，又可获得均匀的加热温度。
（ d）因为是真空处理，表面无氧化，无污染，劳动条件好，社会效益明显。
（ e）用普通方法难以氮化的不锈钢、钛等都可进行离子氮化。
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4.7.1离子氮化 （ Plasma Nitrizing）
(5) 离子氮化的应用离子氮化的应用范围极广。碳钢、合金结构钢、
高速钢、铸铁、耐热钢及耐蚀钢、难熔金属及其合金都可以用离子氮化强化表面。例如，机床工业中用离子氮化大批量的齿轮、丝杆、离合器、顶针套、轴等。切削工具通过离子氨化，可提高寿命
1.5～ 2倍，用于连杆、曲轴的热锻模，寿命提高刃
140%～ 260%。
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一次装炉 23000个活塞环
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密集装炉方式
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液压元件氮化后液压元件氮化前
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不同形状零件混装各种工具混装
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不同材料混装叠放式装载
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无化合物层氮化
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氮化钢的氮化
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粉末冶金部件
