渗碳与碳氮共渗催渗技术的发展与现状

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1、渗碳与碳氮共渗催渗技术的发展与现状作者简介：安峻岐（1968－），男，陕西泾阳人，主要从事化学热处理研究工作，2005年中国齿轮行业有突出贡献专家。联系电话：029-88305825，88303673E-mail:beiheng@bhcct.com;beiheng@yahoo.com.cn收稿日期：2006-08-25安峻岐，刘新继，何鹏（西安市北恒实业有限公司，陕西西安710069）摘要：介绍了国内催渗技术的发展状况，阐述了BH催渗技术在生产中的应用概况。关键词：催渗技术；BH催渗剂中图分类号：文献标识码：A文章编号：0254-6051(2007)05Developmentand

2、StatusofAcceleratingCarburizingandCarbonitridingTechnologyANJun-qi,LIUXin-ji,HEPeng(Xi’anBeihengIndustryCo.,Ltd.,Xi’anShaanxi710069,China)Abstract:ThedevelopmentandstatusofacceleratingtechnologyinChinawasintroduced,andtheapplicationofBHacceleratingcarburizingandcarbonitridingtechnologyinproduc

3、tionwasalsoemphasized.Keywords:acceleratingtechnology；BHcatalyst20世纪80年代初，哈尔滨工业大学和陕西机械学院的教授在试验中几乎同时发现，某些化学物质（如：稀土化合物、氯化物等）对渗碳和碳氮共渗具有催渗作用。20世纪90年代后期西北大学的“BH催渗技术”应用研究取得成功，从而开创了催渗技术工业化应用先河。目前，一汽（底盘）、二汽（变速箱），中国4大轴承厂中的3家，以及众多的齿轮、链条、活塞销、履带等零部件按生产企业都已采用了BH催渗技术。通过催渗，降低了工艺温度、减少了工件畸变、细化了产品金相组织、提高了生产效率、降

4、低了生产成本[1]。1催渗机理探讨现有的催渗技术从机理上讲，包括氧化腐蚀催渗技术、稀土催渗技术和BH催渗技术3类，对各催渗技术机理的研究目前还都处在探索阶段。1.1氧化腐蚀催渗技术该领域的研究认为，工件在处理前不可避免的会与空气、切削液、清洗剂等物质接触，从而使工件表面被钝化，形成一层“钝化膜”。钝化膜的存在会影响碳、氮在工件表面的吸附。去除钝化膜后可以提高渗速，达到催渗的目的，在具体做法上一般有两种。（1）表面预氧化法渗碳前，在无气氛保护情况下，将工件加热到400～500℃保温一段时间，使工件表面残油被清除的同时，被空气氧化生成一层薄的氧化膜：Fe+O2→Fe3O4；在渗碳、氮时

5、气氛中的碳会优先将氧化膜还原成新生态的铁：Fe3O4+CO→Fe+CO2。新生态的铁具有很强的表面活性，可以促使碳、氮在工件表面的吸附，实现催渗。表面预氧化法在实践中的应用较为广泛，但对其实际效果，却颇有争议。因为它可以很好解决渗层的均匀性问题，但对渗速却无明显作用。（2）化学腐蚀法它一般通过在渗剂或气氛中添加强腐蚀性物质，如氯化物、氟化物以及碘化物等来实现。在渗碳、氮过程中，这些强腐蚀性物质可以腐蚀、活化工件表面，增强碳、氮的吸附，实现催渗。强腐蚀性化学物质在“活化工件表面”的同时，也会对产品和设备造成腐蚀，特别对氧探头的影响更明显，所以这种方法目前已很少有人使用[2]。1.2稀

6、土催渗技术稀土催渗机理的理论研究成果较多，目前较为流行的说法是稀土原子（0.1824nm）比铁的原子半径大（0.117nm），稀土渗入后必然会引起周边金属晶格点阵的畸变，渗入元素（碳、氮等）会在畸变区富集，从而提高了渗入元素的聚集浓度和扩散驱动力，提高了渗速[3]。但按照休姆－罗瑟里（Hume.Rothery）规律或韦加（Vegard）对异类原子间固溶规律的论述，很难对大尺寸原子的渗入进行解释。对此哈工大韦永德教授认为，作为微观结构参数，表征空间特征参量的原子尺寸因素只是一个笼统的概念，事实上原子半径本身并没有十分确定的意义，它只表示原子外层电子云在空间的有效作用范围，在不同的作用

7、条件下，其范围是会变化的。5对稀土催渗机理的解释目前又有“位错模型”、“双空位模型”、“原子空位团模型”等几种。目前这一领域的研究还多处于理论和试验阶段，但其论著已经在很大程度上动摇了传统化学热处理理论的根基[4]。2.3BH催渗技术BH催渗技术是目前应用较成功的一项催渗技术，在理论上研究者们认为，气体渗碳和碳氮共渗是气（气氛）固相（渗碳工件）间进行的一种特殊化学反应，有催渗剂时，它分为4个反应过程进行：①气相中的化学反应：渗剂在催化剂作用下分解，产生活性核心体：碳、