01 化學(xué)熱處理的定義

化學(xué)熱處理

化學(xué)熱處理是將金屬或合金工件置于含有適當?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。

化學(xué)熱處理亦稱“表面滲擴”或“熱擴滲”處理。實際上，化學(xué)熱處理是把金屬材料或制件置于含有一種或多種化學(xué)元素的固體、液體或氣體介質(zhì)中，在爐中加熱到一定溫度，通過介質(zhì)高溫裂解物在金屬材料表面的分解、吸附、固溶、化合反應(yīng)使這些元素進入金屬表面，并經(jīng)過熱擴散逐漸滲入金屬材料，在金屬表層形成富一種或多種合金元素的滲層。

化學(xué)熱處理技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中占有很高的比重，它之所以被廣泛應(yīng)用，是因其可在很大程度上提高工件“表硬內(nèi)韌”的性能要求，如要求工件表面高強度、高硬度、高耐磨性等力學(xué)性能、抗咬合性能、抗疲勞性能以及特殊的耐蝕性、抗高溫氧化性能等物理化學(xué)性能等，同時工件自身還應(yīng)保持原有的良好的塑韌型等基本性能，從而提高機器零件在各種復(fù)雜工況下的耐用度。

化學(xué)熱處理的主要特征是：固體擴散滲入，既改變工件表面層的化學(xué)成分，又改變其組織，滲層與基體之間有擴散層，獲得單一材料難以獲得的性能或進一步提高工件的使用性能。化學(xué)熱處理的驅(qū)動力是濃度梯度。化學(xué)熱處理形成滲層的結(jié)構(gòu)遵守相圖，其結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，屬于冶金結(jié)合。

02 化學(xué)熱處理的分類

01 按滲入元素的種類分類

可分為滲碳、滲氮（氮化）、滲硼、滲鋁、滲硫、碳氮共滲、碳鉻復(fù)合滲等。 

2 按滲入元素的種類和先后順序分類

1 單元滲，滲入單一種元素

如滲碳（單元滲碳）、滲硼（單元滲硼）等。

2 二元共滲。同時滲入兩種元素的稱為二元共滲

如同時滲入碳、氮兩種元素即稱碳氮二元共滲（簡稱碳氮共滲），同時滲入硼、鋁兩種元素即稱硼鋁二元共滲（簡稱硼鋁共滲）等。

3 多元共滲。同時滲入兩種以上元素的稱為多元共滲

如同時滲入碳、氮、硼三種元素即稱碳氮硼三元共滲等。

4 二元復(fù)合滲。先后滲入兩種元素的稱為二元復(fù)合滲

如先后滲入鎢和碳兩種元素即稱鎢碳二元復(fù)合滲等。

5 多元復(fù)合滲。先后滲入兩種以上元素的稱為多元復(fù)合滲

如氮碳硫三元復(fù)合滲等。

3 按滲入元素的活性介質(zhì)所處狀態(tài)的不同分類

1 固體法

包括粉末填充法、膏劑（料漿）法、電熱旋流法等。

2 液體法

包括鹽浴法、電解鹽浴法、水溶液電解法等

3 氣體法

包括真空法、固體氣體法、間接氣體法、流動離子爐法等

4 離子轟擊法

包括離子轟擊滲碳、離子轟擊氮化、離子轟擊滲金屬等。

4 按照表面化學(xué)成分的變化特點分類

擴散滲入又可分為4個類別：

滲入各種非金屬元素；

滲入各種金屬元素；

同時滲入金屬-非金屬元素；

擴散消除雜質(zhì)元素等。

5 按照滲入元素與鋼中元素形成的相結(jié)構(gòu)分類

1 第一類是滲入元素溶于溶劑元素的晶格中形成固溶體

如滲碳、碳氮共滲等。

2 第二類是反應(yīng)擴散

此類又可分兩種：第一種是滲入元素與鋼中元素反應(yīng)形成有序相（金屬化合物），如滲氮（俗稱氮化）；第二種是滲入元素在溶劑元素晶格中的溶解度很小，滲入元素與鋼中元素反應(yīng)形成化合物相，如滲硼。

6 按照滲入元素對鋼件表面性能的作用/目的進行分類

1 提高工件表面的硬度、強度，疲勞強度和耐磨性。如滲碳、氮化、碳氮共滲等。

2 提高工件表面的硬度、耐磨性。如滲硼、滲釩、滲鈮等。

3 減少摩擦系數(shù)、提高抗咬合、抗擦傷性。如滲硫、氧氮化、硫氮共滲處理等。

4 提高抗腐蝕性。如滲硅、滲鉻、滲氮等。

5 提高抗高溫氧化性。如滲鋁、滲鉻、滲硅等。

7 按鋼材在進行化學(xué)熱處理時的組織狀態(tài)進行分類

 表1 按照鋼的組織狀態(tài)所形成的分類表

如表1所示，由于鋼處于鐵素體狀態(tài)下，化學(xué)熱處理溫度一般均低于600℃，故將處于鐵素體狀態(tài)下的化學(xué)熱處理，又稱為低溫化學(xué)熱處理；而鋼處于奧氏體狀態(tài)下的化學(xué)熱處理溫度一般均高于600℃ ，則稱為高溫化學(xué)熱處理。

低溫化學(xué)熱處理工藝具有處理溫度低，節(jié)能，工件畸變小，耐腐蝕和抗咬合性好，硬度高，耐磨、減摩性能好等優(yōu)點。

同時，從表1還可以看出，鋼的化學(xué)熱處理通常以滲入不同的元素來命名的，如滲碳、滲氮、碳氮共滲等。

03 化學(xué)熱處理的特點

與表面淬火、表面形變強化等表面強化方法相比，其具有以下特點。

1 通過滲入不同的元素，可有效地改變工件表面的化學(xué)成分和組織，以獲得各種不同的表面性能，從而滿足不同工作條件對工件的性能要求。

2 一般化學(xué)熱處理的滲層深度可根據(jù)工件的技術(shù)要求來調(diào)節(jié)，而且滲層的成分、組織和性能由表至里是逐漸變化的，滲層與基體屬于冶金結(jié)合，結(jié)合牢固，表層不易剝落。

3 通常化學(xué)熱處理不受工件幾何形狀的限制，無論形狀如何復(fù)制均可使外殼和內(nèi)腔獲得所要求的滲層或局部滲層，不像表面淬火、滾壓、冷壓、冷軋等冷作硬化處理那樣，要受到工件形狀的限制。

4 絕大部分化學(xué)熱處理具有工件變形小、精度高、尺寸穩(wěn)定性好等特點。如氮化、軟氮化、離子氮化等工藝，均使工件保持較高的精度、較低的表面粗糙度和良好的尺寸穩(wěn)定性。

5 所有化學(xué)熱處理均可獲得改善工件表面性能的綜合效果，大部分化學(xué)熱處理在提高表面力學(xué)性能的同時，還能提高工件表面層的耐蝕性、抗氧化性、減摩、抗咬合性、耐蝕性等多種性能。

6 一般化學(xué)熱處理對提高機械產(chǎn)品的質(zhì)量、挖掘材料潛力、延長使用壽命具有更為顯著的成效，因此可節(jié)約較貴重的金屬材料，降低成本，提高經(jīng)濟效益。

7 多數(shù)化學(xué)熱處理既是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，也是一個復(fù)雜的冶金過程，它需要在一定的活性介質(zhì)中進行加熱，通過界面上的物理化學(xué)反應(yīng)和由表及里的冶金擴散來完成。因而其工藝較復(fù)雜，處理周期長，而且對設(shè)備的要求也較高。

04 結(jié)束語

化學(xué)熱處理

本期文章主要和大家分享了化學(xué)熱處理的定義、分類及特點。相信通過這期基礎(chǔ)性的資料介紹，大家對化學(xué)熱處理有了進一步的了解。