每一种化学热处理工艺都各有其特点，如果需 要分别或同时提高耐磨、减摩、抗咬死、耐蚀、抗 高温氧化和耐疲劳性能，则根据工件的材质和工作 条件选择相应的化学热处理工艺。

  渗层的形成主要是依靠加热扩散的作用，所得 渗层与基体金属之间是靠形成合金来结合的，即 形成冶金结合，因而结合非常牢固，渗层不宜脱 落。

  液体渗硼（盐浴渗硼）：是将工件置于熔融盐浴中 的渗硼方法。硼砂作为供硼剂。还原剂的作用是从 硼砂熔融分解产物中还原出活性硼原子。凡是与氧 的亲和力大于硼和氧的亲和力的物质均可作为还原 剂。通常选用的还原剂有碳酸钠、碳酸钾、氟硅酸 钾。渗硼温度一般为900~1000度，保温2~6小时。 碳钢渗硼可代替合金钢。

  根据渗入元素的介质所处状态的不同，金属 表面化学热处理可分为:固体渗、液体渗、气体渗、 等离子渗。

  1 固体渗-----粉末渗 粉末渗就是把工件埋入装有粉末渗剂的容器 中，然后密封容器高温加热即可。 这种方法很简单，是固渗中最普通的方法，也 是历史最为悠久的渗镀法。

  ③晶体缺陷：基体中的位错、空位和晶界等缺 陷都是有利于扩散的。 ④基体合金成分。 ⑤渗剂金属原子浓度的影响：在其他条件相同 时，基体金属表面渗剂金属原子的起始浓度愈高， 扩散速度增大。

  膏剂渗硼：是将粉末溶剂加上粘结剂调成膏状，涂 在需要渗硼的工件表面上，然后加热扩散。加热方 式一般为装箱(用木炭或三氯化二铝作为填充剂)密封 后在空气炉中加热；或不装箱，在保护气（氩气或 氮基气氛)中加热，也可置于感应器中(工件无需装箱) 进行感应加热。

  渗氮（又称氮化），是使氮原子向金属工件表 层扩散的化学热处理工艺。钢铁渗氮后，可形成以 氮化物为主的表层。当钢中含有铬、铝、钼等氮化 物时，可获得比渗碳层更高的硬度、更高的耐磨、 耐蚀和抗疲劳性能。渗氮大多数都用在对精度、畸变量、 疲劳强度和耐磨性要求都很高的工件，例如镗床主 轴、镗杆，磨床主轴，气缸套等。 渗氮可使钢铁零件表面硬度达到950-2200HV。

  ①渗入元素与基体金属必须能形成固溶体或金属 间化合物。 ②渗入元素与基体金属一定要保持直接的紧密接触。 ③保持一定的温度，即保证一定的渗镀速度。

  三、钢的渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗 （一）钢的渗碳 按照渗碳介质的状态，渗碳方法分为：气体渗、 液体渗、固体渗。 对多数中、小型零件来说，渗碳层深度一般为 0.7-1.5mm、碳的质量分数为0.7％-0.9％。

  渗碳层组织特点： 由表及里：网状碳化物珠光体------珠光体----珠光体铁素体------珠光体减少，铁素体增多。 渗碳层不允许出现过多的网状碳化物，防止 渗碳层和零件变脆。只要控制渗碳介质的活性或碳 势（钢表面的含碳量），就可以加以控制。 组织：表面(层)为高碳回火马氏体组织、心部 为低碳回火马氏体组织。

  （2）高温渗氮 渗氮温度高于共析转变温度，为600-1200℃。 渗氮后需进行淬火工艺。

  渗硼方法：固体渗硼、气体渗硼、液体渗硼、 等离子渗硼。固体渗硼：粉末渗、膏剂渗。

  1.渗硼原理（以固体渗硼为例） 渗硼剂：供硼剂、活化剂、填充剂。 1) 供硼剂 供硼剂是渗硼的硼源。使用较多的是硼 铁、碳化硼（B4C）和硼砂（Na2B4O7）。 2）活化剂 活化剂的最大的作用是提高渗剂的活性， 与供硼剂进行化学反应，产生气态化合物，促进活 性硼原子的产生，加速渗硼过程。常用的活化剂是 氟硼酸钾(KBF4)、 碳化硅(SiC)。 3）填充剂 填充剂是渗硼剂中的载体。它的主要 作用是使供硼剂、活化剂均匀分布在渗剂中，保证 渗硼层的均匀性。通常的活化剂是碳化硅（SiC）、 三氧化二铝（Al2O3）、木炭。

  离子渗 离子渗是利用物质的第四态——等离子体进 行渗镀。因为等离子体离子活性比原子高，加上电 场的作用，因此渗速较高，质量较好

  渗鹏是使硼原子渗入工件表层的化学热处理工艺。 硼在钢中的溶解度很小，主要是与铁和钢中某些合 金元素形成硼化物。渗硼件的耐磨性高于渗氮和渗 碳层，而且有较高的耐热性和耐蚀性。渗硼层脆 性较大，难以变形和加工，故工件应在渗硼前精加 工。这种工艺大多数都用在中碳钢、中碳合金结构钢零 件，也用于钛等有色金属和合金的表面强化。 渗硼方法：固体渗硼、气体渗硼、液体渗硼、等离 子渗硼。固体渗硼：粉末渗、膏剂渗。

  ②活性原子在基体金属表面上吸附，并被基体金属 吸收。 ③已溶入的渗剂原子在渗镀的高温下向基体金属内 部扩散。

  （四）化学热处理渗层基本组织类型 渗层的相组织和各相化学成分取决于组成该合 金系的相图。 在二元合金系统中，只有单相区、无两相共存 区，渗层的浓度分布呈阶梯跳跃式分布，并且有相 互毗邻单相区所构成。

  影响扩散速度的参数主要有两个，即扩散系 数D和浓度梯度，而许多因素都会影响这两个参数， 进而影响扩散速度，几个主要的影响因素为： ①温度：扩散系数D与温度之间的关系为：D ＝D0EXP(-Q/RT)，可见扩散系数随温度上升而急 剧增大。 ②晶体结构：原子排列越紧密，扩散时点阵畸 变大，所需扩散激活能升高，扩散越困难。

  （二） 化学热处理方法 最重要的包含：渗碳、渗氮、渗硼、渗硫、渗硅、渗 铝、渗铬、渗锌（钛、铌、钽、钒、钨），以及其 他多元共渗工艺，例如铝硅共渗、硼铬共渗、碳氮 和氮碳共渗、硫氮和硫氮碳共渗等。

  一、概述 （一）化学热处理原理 将工件置于含有欲渗元素的活性介质中加热到 一定温度，使活性介质分解出欲渗元素的活性原子， 活性原子被工件表面吸附并向工件内部扩散，以改 变工件表层的化学成分。通常，在工件表层获得高 硬度、耐磨损和高强度的同时，心部仍保持良好的 韧性，使被处理工件具有抗冲击载荷的能力。

  三、钢的渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗 （一）钢的渗碳 渗碳目的是在低碳钢或低碳合金钢零件的表面得 到高的含碳量（高于0.8%)。其后经淬火、低温回火 得到高的硬度和耐磨性的渗碳层，而零件的内部具 有高的强韧性。但缺点是处理温度高（900C 左右）， 工件畸变大。 渗碳工艺大范围的应用于飞机、汽车、机床等设备的 重要零件中，如齿轮、轴和凸轮轴等。渗碳是应用 最广、发展得最全面的化学热处理工艺。用微处理 机可实现渗碳全过程的自动化，能控制表面含碳量 和碳在渗层中的分布。

  3、渗硼层性能 （1）高硬度和高耐磨性 Fe2B和FeB具有高的硬度，其显微硬度分别为 1300-1800HV和1600-2200HV。钢铁材料渗硼后的 表面硬度也很高．可达1300-2300HV。 （2）高的热硬性 Fe2B和FeB化合物稳定性高，渗硼层在800C 能保持高硬度。

  液体渗------盐浴法 将工件直接浸入含有欲渗元素的熔盐槽内， 经扩散形成渗层。

  3 气体渗 首先把工件加热到扩散的温度，然后把含有 欲渗元素的气体介质通入，气体介质发生反应，生 成活性原子渗入工件表面。

  3、渗硼层性能 （3）良好的高温抗氧化性能及抗蚀性 在高温下、工件表面的铁硼化合物与氧反应， 生成B2O3．使工件受到保护。 渗硼层对盐酸、硫酸、磷酸、醋酸、氢氧化纳 水溶液、氯化钠水溶液，都具有较高的抗蚀性，但 不耐硝酸腐蚀。

  （4）脆性 渗硼层硬度很高，但脆性较大。尤其 FeB，脆性大，一般希望得到单层的Fe2B层。厚度 在0.07-0.15mm .

  钢经过渗硼以后、表面具备极高的硬度（1300 2300HV)和耐磨性、良好的抗蚀性、抗氧化性和热硬 性。已在承受磨损的磨具、受到磨粒磨损的石油钻 机的钻头、煤水泵零件、拖拉机履带板、在腐蚀介 质或较高温度条件下工作的阀杆、阀座等石油化学工业 机械、汽车拖拉机、纺织机械、工模具、钻杆等耐 磨零件上得到普遍应用。 但渗硼工艺还存在处理温度比较高、畸变大、熔 盐渗硼件清洗较困难和渗层较脆等缺点。

  2.渗硼层组织： FeB→Fe2B→扩散 层→心部组织 钢件渗硼后，渗硼层 由单一的Fe2B化合物 层或由Fe2BFeB构成 的两相化合物。Fe2B 和FeB通常为指状(或 梳齿状)，且垂直于表 面楔入基体。

  1 渗氮的分类： （1）低温渗氮 渗氮温度不高于共析转变温度，一般为500600℃，零件渗氮后不进行淬火工艺，渗氮零件的 变形很小。 大多数都用在结构钢和铸铁。目前生产中多采用气 体渗氮和离子渗氮。 气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动 的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生 活性氮原子,不断吸附到工件表面，并扩散渗入工 件表层内，形成渗氮层。 (2NH3=2[N]3H2)