因此，化学热处理前，钢件表面的清理很重要。......
2023-06-24
渗剂分解及扩散特性研究
【摘要】：化学热处理的渗剂一般由含有欲渗元素的物质组成，有时还须按一定比例加入一种催渗剂，以便从渗剂中分解出含有被渗元素的活性物质。在渗剂一定的条件下，则影响渗剂活性的因素是温度和分解反应前后参与反应物质的浓度或分压。但在某些特定的情况下，外扩散也可能成为化学热处理的关键所在。
化学热处理的渗剂一般由含有欲渗元素的物质组成，有时还须按一定比例加入一种催渗剂，以便从渗剂中分解出含有被渗元素的活性物质。但不是所有含有被渗元素的物质均可作为渗剂，而作为渗剂的物质应该具有一定的活性。所谓渗剂的活性，就是在相界面反应中易于分解出被渗元素原子的能力。例如，普通气体渗氮就不能用N2作为渗氮剂，因为N2在普通渗氮温度不能分解出活性氮原子。
催化剂是促进含有被渗元素的物质分解或产生出活性原子的物质，它仅是一种中间介质，本身不产生被渗元素的活性原子。例如，固体渗碳时，除炭粒外，还须加碳酸钡和碳酸钠，这里的碳酸钡和碳酸钠就是催渗剂，固体渗碳过程的基本反应是
在渗碳温度时
分解出的CO2与炭粒表面作用
CO2＋C＝＝2CO
生成CO至钢件表面发生界面反应
2CO＝＝CO2＋[C]
C渗入γ-Fe中
在冷却时
Na2O＋CO2＝＝Na2CO3
BaO＋CO2＝＝BaCO3
显然，碳酸钡和碳酸钠在渗碳前后没有变化，仅在渗碳过程中把炭粒变成活性物质CO。
渗剂的分解是指在一定温度下，工件周围的渗剂将发生一系列的分解反应，产生渗入元素活性原子的过程。化学热处理时分解出活性原子的化学反应有如下几类。
(1)分解反应。
热裂解：如CnH2n＋2＝＝(n＋1)H2＋n[C](渗C)
热分解：如2CO＝＝CO2＋[C](渗C)
CH4＝＝2H2＋[C](渗C)
NH3＝＝3/2H2＋[N](渗N)
分解出的CO2与炭粒表面作用
CO2＋C＝＝2CO
生成CO至钢件表面发生界面反应
2CO＝＝CO2＋[C]
C渗入γ-Fe中
在冷却时
Na2O＋CO2＝＝Na2CO3
BaO＋CO2＝＝BaCO3
显然，碳酸钡和碳酸钠在渗碳前后没有变化，仅在渗碳过程中把炭粒变成活性物质CO。
渗剂的分解是指在一定温度下，工件周围的渗剂将发生一系列的分解反应，产生渗入元素活性原子的过程。化学热处理时分解出活性原子的化学反应有如下几类。
(1)分解反应。
热裂解：如CnH2n＋2＝＝(n＋1)H2＋n[C](渗C)
热分解：如2CO＝＝CO2＋[C](渗C)
CH4＝＝2H2＋[C](渗C)
NH3＝＝3/2H2＋[N](渗N)
(2)置换反应：如
＋Me(渗Me)
(2)置换反应：如
＋Me(渗Me)
(3)还原反应：如
(渗Me)
不论何种反应，其分解出被渗元素的能力均可根据质量作用定律确定。根据质量作用定律，每一反应的平衡常数，在常压下，取决于温度。而当温度一定时，平衡常数也一定，则主要取决于参加反应物质的浓度(液态反应)或分压(气态反应)。因此，影响渗剂活性的因素首先是渗剂本身的性质。在渗剂一定的条件下，则影响渗剂活性的因素是温度和分解反应前后参与反应物质的浓度或分压。
化学热处理基本上都是在流体介质(气体或液体)中进行的，在一般化学热处理条件下，流体介质中的各组分只能实现部分混合。在部分混合的情况下，流体介质流经固体表面时，将出现一个流动方向与表面基本保持平行的层流层，称为“界面层”。在界面层内，物质的输送不能靠介质本身的流动来进行，只能通过扩散实现物质的传递。而与物质对流传递相比，扩散传递速度是缓慢的，这就造成在邻近工件表面的界面层内界面反应物的贫乏和生成物的富集，因此在界面层中出现了介质中不同组分的浓度差异。由于浓度差的存在导致扩散过程的产生，此扩散因其方向与工件表面垂直，又产生于工件表面外的介质中，故习惯上称为外扩散。
渗剂分解产物的外扩散是化学热处理过程中必不可少的，正因为有了外扩散，工件表面上的界面反应才得以持续进行，因而其对化学热处理的渗速和均匀性有一定的影响。外扩散在流体介质中进行，与在工件内部进行的内扩散相比，速度要快很多，所以在一般条件下，外扩散不会成为整个化学热处理过程的制约因素。但在某些特定的情况下，外扩散也可能成为化学热处理的关键所在。例如，在气体渗碳时，直径不大的深孔内壁，尤其是盲孔内壁，由于孔内的气体介质接近静止状态，外扩散速度减慢，致使内孔壁的表面碳浓度明显降低，同时渗碳层厚度也明显减小。
(3)还原反应：如
(渗Me)
不论何种反应，其分解出被渗元素的能力均可根据质量作用定律确定。根据质量作用定律，每一反应的平衡常数，在常压下，取决于温度。而当温度一定时，平衡常数也一定，则主要取决于参加反应物质的浓度(液态反应)或分压(气态反应)。因此，影响渗剂活性的因素首先是渗剂本身的性质。在渗剂一定的条件下，则影响渗剂活性的因素是温度和分解反应前后参与反应物质的浓度或分压。
化学热处理基本上都是在流体介质(气体或液体)中进行的，在一般化学热处理条件下，流体介质中的各组分只能实现部分混合。在部分混合的情况下，流体介质流经固体表面时，将出现一个流动方向与表面基本保持平行的层流层，称为“界面层”。在界面层内，物质的输送不能靠介质本身的流动来进行，只能通过扩散实现物质的传递。而与物质对流传递相比，扩散传递速度是缓慢的，这就造成在邻近工件表面的界面层内界面反应物的贫乏和生成物的富集，因此在界面层中出现了介质中不同组分的浓度差异。由于浓度差的存在导致扩散过程的产生，此扩散因其方向与工件表面垂直，又产生于工件表面外的介质中，故习惯上称为外扩散。
渗剂分解产物的外扩散是化学热处理过程中必不可少的，正因为有了外扩散，工件表面上的界面反应才得以持续进行，因而其对化学热处理的渗速和均匀性有一定的影响。外扩散在流体介质中进行，与在工件内部进行的内扩散相比，速度要快很多，所以在一般条件下，外扩散不会成为整个化学热处理过程的制约因素。但在某些特定的情况下，外扩散也可能成为化学热处理的关键所在。例如，在气体渗碳时，直径不大的深孔内壁，尤其是盲孔内壁，由于孔内的气体介质接近静止状态，外扩散速度减慢，致使内孔壁的表面碳浓度明显降低，同时渗碳层厚度也明显减小。
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