渗碳技术对金属表面处理的应用探讨

渗碳技术对金属表面处理的应用探讨

李纯

阜新市细河区公共事务服务中心 123000

摘要：金属表面处理主要的作用是为了实现金属表面形状的改变，从而提升涂层质量。在材料表面处理过程中渗透技术的应用可以在金属材料中渗入大量碳元素，进而全面提升金属材料的刚度、硬度和耐磨性等性能，而且工件进过渗透技术处理后其自身性状不会发生改变。本文主要对金属表面处理中渗碳技术的应用进行探讨。

关键词：渗碳技术；金属；表面处理；电镀

引言

在金属表面处理过程中渗碳技术的应用非常广泛，且渗碳处理多数是应用在低碳钢和低碳合金钢的表面处理中。由于碳素合金钢以及碳素钢本身的含碳量相对较大，因此金属材料自身的硬度更大，脆性也会相应较大，因此，利用渗碳处理技术可以让金属材料中间部分的含碳量始终处于较低的状态，从而有效改善金属材料中间的塑性，但是其表面具有更好的刚度，金属表面渗入碳原子后，内部特性并未发生改变，这样就能让材料达到表面硬度高、耐磨性好的使用要求。

1 金属渗碳技术概述

我国早在春秋战国时期就有兵器工件利用渗碳技术来处理兵器，当时主要是在铁质兵器上利用固体碳进行处理^[1]。近代工业的快速发展是机械工程技术得以快速进步，在当前的渗碳技术应用过程中气态碳和液态碳已经得到了广泛应用。

在金属表面处理中渗碳技术的应用比较广泛，尤其是各类机械零部件的表面处理领域。渗碳处理技术可以对机械运行部件脆弱部门经过处理后表面硬度、耐磨性、抗震性等都得到有效提升，但是金属材料内部性状不会发生任何改变，机械零部件低碳钢的特性并未发生改变。鉴于这些有点，渗碳技术与现代工业节能、环保的发展战略完全相符^[2]。

在当今的工业领域，高浓度渗碳技术工艺已经得到广泛应用，与传统的渗碳技术相比较，该技术主要是作用在acl-accm范围的不均匀奥氏体状态，处理过程中金属表面的碳渗透浓度甚至能够达到2%-4%。通过高浓度渗透技术处理后，可以在金属表面形成一层由细小颗粒组成的呈现出均匀分布的渗层。而且当其处理温度处在800℃-860℃范围内的情况下绝大多数的合金钢或者钢材相当于直接进行了淬火处理；此外，高浓度渗碳技术在应用过程中，渗碳层内部分布着很大比例呈现出弥散分布的碳元素，因此金属表面经过处理后会体现出更高的耐磨性和闹都市习惯，金属的抗疲劳强度也更高。

渗碳技术在金属表面处理中的应用具有将强的适用性，且对处理设备的要求并不高。为了有效避免奥氏体在渗碳处理过程中出现粗化扩大的问题，通常会将适量的钛元素加入到刚才中，通过处理后能形成碳氮化钛离子。但需要注意的是，钛的添加量应该严格控制在0.04～0.08wt%的范围内。但也有相关研究发现，当钛添加量一旦超过0.032%的情况下，渗碳钢经过后续冶炼后会析出微米级的氮化钛分子，此时，碳钢表面奥氏体晶粒的增长通过渗碳处理不能进行有效阻止，碳钢自身的韧性也会受到严重影响。此外相关研究发现如果将钛含量严格控制在0.02-0.032%范围内的情况下，渗碳钢表面奥氏体晶粒的增长可以受到有效抑制，且不会在冶炼中产生氮化钛分子，因此，在进行渗碳处理过程中要严格讲钛含控制在0.02-0.032%左右。

2 电镀处理

所谓电镀处理主要指的是将工件作为阴极放置在含有预镀金属离子的盐溶液中，利用化学电解的方法就可以在工件技术表面形成一层镀层。进而有效提升金属表面性能，且工件的金属表面与内部金属特性查具有较大差异。电镀工艺按照功能可以进一步划分为装饰性电镀、防氧化性电镀以及保护性电镀等。而且从本质上来看，电镀本身是一个发生电化学氧化反应的过程，通过在金属表面让离子发生化学反应让其在工件表面覆盖，在电化学反应发生的过程中，金属工件本身属于阴极，而溶液中的金属离子属于阳极，这样就可以在金属表面形成一层致密的电镀层^[3]。但需要注意的是并非所有金属离子都可以从电镀溶液中分离出沉淀，如果金属工件表面并没有发生化学反应，而是在电镀溶液中发生了氢离子的还原反应，那么在这种情况下金属工件表面很难形成电镀层。根据相关化学实验可以知道，在电镀水溶液中主要存在可溶性和不溶性等两种阳极离子，在一些电镀溶液中由于阳极离子溶解比较困难，因此必须要使用不溶性阳极离子来进行电镀加工。例如进行酸性镀金加工的过程中通常情况下会使用铂或钛来作为阳极离子。

3 渗碳工艺技术路线

渗碳处理技术主要是将带加工零件放置在渗碳剂中，将其在中向奥氏体温度环境下保温后在零件表面渗入碳原子的加工过程。渗碳处理技术的最终目的是有效提升金属零件表面含碳量。在处理过程中最后将金属表面渗碳层的含碳量控制在0.85%~1.5%的范围内^[4]。最后利用淬火和低温回火等处理工艺来进一步提升金属表面的硬度和耐磨性，在此过程中金属内部的塑性和韧性仍然未发生改变。因此利用渗碳处理技术的过程中为了能够达到上述目的通常情况下应该选择低碳钢和低合金钢来作为渗碳零件。在当前渗碳工艺技术的应用过程中根据渗碳剂的不同可以进一步划分为固体渗碳、气体渗碳和液态渗碳等三种方法。其中生产效率最高的属于气体生态，而且在处理过程中能够有效控制渗碳质量，也可以实现自动化和机械化生产，在当前生态处理领域中的应用最为广泛。

4 结束语

在当前的金属表面处理领域中渗碳处理技术的应用非常广泛，利用该技术能够全面提升金属表面含碳量，但是不会改变材料内部的低含碳量状态，这样能够保持其内部材料具备良好塑性，但是表面能体现出良好刚度和耐磨性，让金属工件能够满足使用需求。在本文研究过程中主要对渗碳技术的发展过程以及电镀工艺等进行了详细阐述，通过分析可以知道通过渗碳技术进行基础表面处理能够发挥出与电镀工艺一样的功效，都能够让金属表面的抗腐蚀性能、强度、耐磨性得到有效提升，而且也能够让金属工件外观得到美化，从理论角度完全可以替代电镀技术。

参考文献

[1]刘士伟,顾学林,陈爽,宁腾飞,刘会娥.微乳液应用于金属表面油污的清洗[J/OL].精细化工:1-16[2021-09-19].https://doi.org/10.13550/j.jxhg.20210575.

[2]孙灵鑫,崔红,张光喜,李瑞珍,薛朋飞.表面金属化纤维材料研究进展[J].高科技纤维与应用,2021,46(04):18-23.

[3]张永军.对提高金属材料抗渗碳性能的表面处理技术的探析[J].世界有色金属,2021(04):119-120.

[4]谢飞.提高金属材料抗渗碳性能的表面处理技术[J].表面技术,2004(06):15-17.