[服務(wù)項(xiàng)目]主題： 爐壓對氣體滲氮的作用-氮化處理 ... 發(fā)布者： 王先生
06/17/2016
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爐壓對氣體滲氮的作用-氮化處理
氣體滲氮 一般以提高金屬的耐磨性為主要目的，因此需要獲得高的表面硬度。它適用于38CrMnAc等滲氮鋼。氮化處理滲氮后工件表面硬度可達(dá)HV850～1200。滲氮溫度低，工件畸變小，可用于精度要求高、又有耐磨要求的零件，如鏜床鏜桿和主軸、磨床主軸、氣缸套筒等。但由于滲氮層較薄，不適于承受重載的耐磨零件。
氣體滲氮可采用一般滲氮法（即等溫滲氮）或多段（二段、三段）滲氮法。前者是在整個(gè)滲氮過程中滲氮溫度和氨氣分解率保持不變。溫度一般在480～520℃之間，氨氣分解率為15～30％，保溫時(shí)間近80小時(shí)。這種工藝適用于滲層淺、畸變要求嚴(yán)、硬度要求高的零件，但處理時(shí)間過長。多段滲氮是在整個(gè)滲氮過程中按不同階段分別采用不同溫度、不同氨分解率、不同時(shí)間進(jìn)行滲氮和擴(kuò)散。
爐壓對氣體滲氮的作用有以下幾方面——等離子滲氮企業(yè)來為大家娓娓道來：
1)提高爐內(nèi)氣壓可以增加零件表面的吸附量
在顯微鏡下觀察金屬表面是凹凸不平的。從化學(xué)觀點(diǎn)看，這些尖角、凸出邊緣上的原子或離子，他們的化合價(jià)大部分沒有達(dá)到飽和，化學(xué)性質(zhì)至活潑，容易和外界的分子結(jié)合，這些部位稱為活性中心。金屬表面依靠未飽和化合價(jià)吸附氣體分子稱為化學(xué)吸附。此外，依靠引力(范德華力)吸附氣體分子，稱為物理吸附。不論那種吸附，根據(jù)物理化學(xué)原理，金屬表面所吸附的氣體量，由溫度和壓力決定。當(dāng)溫度恒定時(shí)，決定于氣體壓力。
弗倫德里希(Freundlich)根據(jù)大量的試驗(yàn)，建立了吸附等溫方程式：
（1）式中：為單位質(zhì)量吸附的氣體量；為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；n為吸附平衡時(shí)氣體的壓力。
公式表明氣體壓力增大，表面吸附量增加。此外，爐壓增大，意味著爐內(nèi)氨氣密度增大(可由氣體方程式推導(dǎo)出)。氣體密度增大，可為表面吸附提供更多的機(jī)率。
2)提高爐壓，增加氣體分子的動(dòng)能
氣體壓強(qiáng)是分子碰撞力的宏觀表現(xiàn)。由公式p= 可知，壓力p與分子動(dòng)能成正比關(guān)系。當(dāng)爐壓提高時(shí)，氨氣分子的動(dòng)能大大提高，對于克服金屬表面的各種障礙和阻力大有幫助，增加表面吸附量，促進(jìn)界面反應(yīng)。
3)提高爐壓可以提高界面反應(yīng)速率
滲氮過程可看作是催化反應(yīng)。假如反應(yīng)機(jī)理是氨分子與金屬表面相碰撞，則反應(yīng)速率υ與壓力ρ的關(guān)系為：
(2)式中：N=6.023×1023；P為氣體壓力；R為氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度;.M為分子量;E為反應(yīng)激活能。由式(2)可知增高爐壓，可以提高界面反應(yīng)速率和表層的氮化物量，為擴(kuò)散創(chuàng)造條件。
4)增高爐壓可以提高滲氮?dú)夥盏幕疃?br/>
(3)式中的Fe[N]為氮在鐵中的固溶體。爐氣中NN3、H2 與固溶體中氮的活度αN之間存在著一定的關(guān)系：
(4)式中K為系數(shù)。氨氣的分解是可逆反應(yīng)，當(dāng)壓力增大時(shí)，NH3分解減少，NH3的分壓 增高，所以αN也提高，使模具滲氮活度增大。提高爐壓，氨分解率下降，可以節(jié)約氨氣達(dá)20%～30%。
5)提高爐壓可以提高狹縫、深孔、盲孔、小孔等的滲氮能力
這些部位由于通氣截面小，氣體流動(dòng)受阻造成氣體流速、流量減小，靠近管壁附近的氣體幾乎不流動(dòng)，形成“粘滯流”管道中粘滯流的流量qν與氣體的密度和壓力梯度成正比: 。當(dāng)壓力提高時(shí)，氣體密度提高，壓力梯度也大幅度提高，從而促進(jìn)這些部位氨氣的流量增加，提高滲氮能力。實(shí)踐證明提高壓力后，這些部位滲層優(yōu)良。
以上理論，在生產(chǎn)實(shí)踐中得以驗(yàn)證是正確的。
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最后更新: 2016-06-17 13:50:53
