什么是渗金属?

[拼音]：shenjinshu

[外文]：diffusion metallizing

使一种或多种金属原子渗入金属工件表层内的化学热处理工艺。将金属工件放在含有渗入金属元素的渗剂中，加热到一定温度，保持适当时间后，渗剂热分解所产生的渗入金属元素的活性原子便被吸附到工件表面，并扩散进入工件表层，从而改变工件表层的化学成分、组织和性能。与渗非金属相比，金属元素的原子半径大，不易渗入，渗层浅，一般须在较高温度下进行扩散。金属元素渗入以后形成的化合物或钝化膜，具有较高的抗高温氧化能力和抗腐蚀能力，能分别适应不同的环境介质。

渗金属的方法主要有固体法（如粉末包装法、膏剂涂渗法等）、液体法（如熔盐浸渍法、熔盐电解法、热浸法等）和气体法。金属元素可单独渗入，也可几种共渗，还可与其他工艺（如电镀、喷涂等）配合进行复合渗。生产上应用较多的渗金属工艺有：渗铝、渗铬、渗锌、铬铝共渗、铬铝硅共渗、钴（镍、铁）铬铝钒共渗、镀钽后的铬铝共渗、 镀铂（钴）渗铝、 渗层夹嵌陶瓷、铝-稀土共渗等。

钢铁和镍基、钴基等合金渗铝后，能提高抗高温氧化能力，提高在硫化氢、含硫和氧化钒的高温燃气介质中的抗腐蚀能力。为了改善铜合金和钛合金的表面性能，有时也采用渗铝工艺。

渗铝的方法很多。冶金工业中主要采用热浸、静电喷涂或电泳沉积后再进行热扩散的方法，大量生产渗铝钢板、钢管、钢丝等。静电喷涂或电泳沉积后，必须经过压延或小变形量轧制，使附着的铝层密实后再进行扩散退火。热浸铝可用纯铝浴，但更普遍的是在铝浴中加入少量锌、钼、锰、硅，温度一般维持在670℃左右，时间是10～25分。机械工业中应用最广的是粉末装箱法，渗剂主要由铝铁合金（或纯铝、氧化铝）填料和氯化铵催化剂组成。

渗铝主要用于化工、冶金、建筑部门使用的管道、容器，能节约大量不锈钢和耐热钢。在机械制造部门，渗铝的应用范围也不断扩大。低碳钢工件渗铝后可在780℃下长期工作。在900～980℃环境中，渗铝件的寿命比未渗铝件显著提高。18-8型不锈钢和铬不锈钢渗铝后，在594℃硫化氢气氛中，抗腐蚀能力比未渗铝的大大增加。760℃ 时在含铅燃料燃烧产物的腐蚀下工作的汽车排汽阀，或是在900℃下工作的燃气轮机叶片，渗铝后的腐蚀抗力都有明显增加。

碳素钢和合金钢（包括耐热钢和高温合金）在渗铬后，可提高耐蚀、耐磨和抗高温氧化性能。

渗铬主要有粉末法、气体法和熔盐法，其中以粉末法在工业上应用较多。粉末渗剂由铬粉、卤化铵和氧化铝组成。渗铬温度1000～1100℃，保温时间一般为4～8小时。渗铬后的镍基合金，在850℃时有相当高的抑制硫化物腐蚀的能力，可用于燃汽轮机叶片等零件。渗铬后的热锻模和喷丝头等耐磨性提高，使用寿命成倍增加。许多与水、油或石油接触的部件都采用渗铬处理，以抵抗多种介质的腐蚀。渗铬后的钢件还可代替不锈钢用于各种医疗手术器械和奶制品加工器件。

工件渗锌后可提高抗大气腐蚀能力。这是因为锌比铁更显正电性，在腐蚀介质中锌首先被腐蚀，使基体受到保护。工业上多采用粉末渗锌，即以锌粉作为渗剂，也有加惰性或活性材料的，一般在380～400℃下进行，通常保温2～4小时。热浸渗锌是将工件浸入400～500℃的熔融纯锌中，扩散渗入。渗锌层与基体有良好的结合力，厚度均匀，适用于形状复杂的工件，如作为带有螺纹、内孔等的工件的保护层。碳钢渗锌已用于紧固件、钢板、d簧、电台和电视台天线等产品。

两种以上金属元素的原子依次渗入或同时渗入的化学热处理方法。有时也采用镀-渗、喷-渗、镀-喷-渗、电泳－渗等化学热处理工艺与其他工艺相配合的方法。共渗或复合渗可以使工件获得较单一扩散保护层优越的性能，以满足航空、航天和其他动力工业对机械零件的特殊要求。例如，铬铝共渗件有良好的抗含硫燃气腐蚀和抗高温氧化性能；铬铝硅共渗能得到较满意的抗氧化、抗高温腐蚀的综合性能。又如，耐热合金在高温下使用时，其表面扩散保护层与基体之间有相互扩散作用，能使表面层合金含量降低，丧失保护作用。为解决这一问题，可采用先渗钽（或铬-钽），然后再渗铝或铬铝、镍（钴）铝等共渗，也可采用镀铂(钴)后渗铝。

渗层夹嵌陶瓷，如渗铝将二氧化钛、三氧化二铝陶瓷微粒夹嵌在渗层内的渗铝夹嵌陶瓷，可改善抗高温氧化性能和抗起皮性能，增加抗硫蚀、抗冲蚀的能力。

如果在渗剂中加稀土元素可显著地改善渗层的抗硫化物的腐蚀性能。

气相沉积是在钢、镍基合金、钴基合金和硬质合金表面建立金属碳化物、氮化物、硼化物和复合化合物等覆盖层的现代方法。覆盖方法大致分为化学气相沉积和物理气相沉积两种。化学气相沉积的处理温度一般在1000℃以上。通常，在工模具、高速钢和硬质合金刀具的表面覆盖一层碳化钛或氮化钛，可使使用寿命提高数十倍。化学气相沉积形成的覆盖层在沉积过程中可以有一二种元素扩散进入基体金属而形成过渡层，提高结合力，但由于处理温度高，工件易畸变，同时气氛中含氯化氢多，容易污染大气。物理气相沉积是承袭化学气相沉积提高表面性能的优点，克服高温等缺点而发展起来的，主要有真空蒸镀、真空溅射和离子镀等方法。物理气相沉积的共同特点是用高能密度的镀覆粒子撞击工件，释放的能量使工件发热，但一般不超过600℃，故畸变小。根据需要，沉积层厚度为1～150微米，一般为5～15微米。 物理气相沉积比化学气相沉积优越之处在于温度低（如空心阴极放电蒸镀，工件温度甚至不超过300℃）、畸变小，无氢脆，但设备比较复杂，而且与基体金属的结合力尚嫌不足。