鋼鐵表面處理的稀土催滲技術(shù)

對(duì)于金屬表面的改性處理，通過稀土的加入能夠顯著提高元素滲入速度，改善滲層組織，提高滲層性能，表現(xiàn)出催滲效果，在鋼鐵熱處理領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景稀土的催滲效應(yīng)源于以下一些因素：一、稀土元素具有高的化學(xué)活性，與O、H及N均可發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，尤其與O的親和力很強(qiáng)。因此，爐內(nèi)氣氛中含有稀土元素，有利于煤油等高分子斷鍵，使?fàn)t氣得到活化，對(duì)滲劑的分解過程起促進(jìn)作用;使分解動(dòng)力學(xué)過程加速，并促使熱分解更完全。二、稀土元素在一定溫度下滲入金屬表面，具有微量固溶特點(diǎn)，由于稀土元素的原子半徑比Fe原子半徑大得多，它的存在會(huì)引起它周圍的原子晶格畸變，這種晶格畸變產(chǎn)生以下效應(yīng)：一方面由于C、N間隙原子在畸變區(qū)的偏聚導(dǎo)致表面C、N濃度增高，加快C、N原子的擴(kuò)散;另一方面由于晶體缺陷對(duì)原子擴(kuò)散的通道作用，促使間隙原子沿著位錯(cuò)等畸變區(qū)快速擴(kuò)散。

稀土的催滲效應(yīng)目前已應(yīng)用于滲碳、滲氮、滲硼、滲釩及各種復(fù)合共滲。

一、稀土滲碳。稀土催滲碳在汽車變速箱齒輪、減速器齒輪、內(nèi)燃機(jī)活塞銷、機(jī)床摩擦片等零件上已得到廣泛運(yùn)用，在活塞銷零件的應(yīng)用上也取得明顯效果。稀土催滲碳的效果主要表現(xiàn)在：一是能降低滲碳溫度，縮短滲碳周期;二是減少工件變形，減少工件表面積碳;三是細(xì)化滲層組織晶粒，改善碳化物形態(tài);四是使?jié)B層硬度的變化較為平緩。加稀土可提高滲碳速度20%~30%，節(jié)電70%，熱處理成本下降60%。

二、稀土滲氮。稀土催滲氮可有效提高滲氮速度，在同樣溫度下稀土滲氮可提高滲速15%~20%;當(dāng)滲氮溫度高出傳統(tǒng)溫度10~20℃，則可使?jié)B氮速度提高60%以上。稀土也可使碳氮共滲的滲速提高20%~50%。稀土催滲氮可使氮化物的分布變得細(xì)小彌散，避免氮化物沿晶界的偏聚及脈狀組織的產(chǎn)生，能有效提高表面硬度。稀土催滲氮不僅有催滲和改善滲氮層硬度和滲層組織的效果，還有一定的離子轟擊效應(yīng)，使鋼鐵表層內(nèi)的空位與位錯(cuò)密度增加，加快氮原子的擴(kuò)散;同時(shí)，稀土原子也沿晶界、位錯(cuò)等特殊通道以較快速度向內(nèi)部擴(kuò)散，具有一定的微合金化作用。

三、稀土滲硼。加稀土的滲硼劑顯示出較好的催滲效果，滲速提高幅度在20%~30%，特別是對(duì)低碳材料的效果更明顯。研究表明，稀土的加入可抑制FeB的生長，有利于Fe2B的形成，所形成的Fe2B形如針齒細(xì)密直長，能減少硼化層脆性，提高滲層與基體的結(jié)合力。

四、稀土滲釩。滲釩技術(shù)所形成的碳化釩覆層在常溫下具有良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的抗磨損能力，但傳統(tǒng)的鹽浴滲釩方法一直存在著設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、工件變形大以及表面粘鹽難以清理等技術(shù)難點(diǎn)。采用稀土催滲釩技術(shù)，能加速活性原子的產(chǎn)生，加速滲劑的分解，提高鹽浴中的釩勢(shì)，從而提高滲釩的速度，增加滲層厚度。