鋼鐵表面處理的稀土催滲技術

對于金屬表面的改性處理，通過稀土的加入能夠顯著提高元素滲入速度，改善滲層組織，提高滲層性能，表現(xiàn)出催滲效果，在鋼鐵熱處理領域具有良好的應用前景稀土的催滲效應源于以下一些因素：一、稀土元素具有高的化學活性，與O、H及N均可發(fā)生強烈的化學反應，尤其與O的親和力很強。因此，爐內(nèi)氣氛中含有稀土元素，有利于煤油等高分子斷鍵，使爐氣得到活化，對滲劑的分解過程起促進作用;使分解動力學過程加速，并促使熱分解更完全。二、稀土元素在一定溫度下滲入金屬表面，具有微量固溶特點，由于稀土元素的原子半徑比Fe原子半徑大得多，它的存在會引起它周圍的原子晶格畸變，這種晶格畸變產(chǎn)生以下效應：一方面由于C、N間隙原子在畸變區(qū)的偏聚導致表面C、N濃度增高，加快C、N原子的擴散;另一方面由于晶體缺陷對原子擴散的通道作用，促使間隙原子沿著位錯等畸變區(qū)快速擴散。

稀土的催滲效應目前已應用于滲碳、滲氮、滲硼、滲釩及各種復合共滲。

一、稀土滲碳。稀土催滲碳在汽車變速箱齒輪、減速器齒輪、內(nèi)燃機活塞銷、機床摩擦片等零件上已得到廣泛運用，在活塞銷零件的應用上也取得明顯效果。稀土催滲碳的效果主要表現(xiàn)在：一是能降低滲碳溫度，縮短滲碳周期;二是減少工件變形，減少工件表面積碳;三是細化滲層組織晶粒，改善碳化物形態(tài);四是使?jié)B層硬度的變化較為平緩。加稀土可提高滲碳速度20%~30%，節(jié)電70%，熱處理成本下降60%。

二、稀土滲氮。稀土催滲氮可有效提高滲氮速度，在同樣溫度下稀土滲氮可提高滲速15%~20%;當滲氮溫度高出傳統(tǒng)溫度10~20℃，則可使?jié)B氮速度提高60%以上。稀土也可使碳氮共滲的滲速提高20%~50%。稀土催滲氮可使氮化物的分布變得細小彌散，避免氮化物沿晶界的偏聚及脈狀組織的產(chǎn)生，能有效提高表面硬度。稀土催滲氮不僅有催滲和改善滲氮層硬度和滲層組織的效果，還有一定的離子轟擊效應，使鋼鐵表層內(nèi)的空位與位錯密度增加，加快氮原子的擴散;同時，稀土原子也沿晶界、位錯等特殊通道以較快速度向內(nèi)部擴散，具有一定的微合金化作用。

三、稀土滲硼。加稀土的滲硼劑顯示出較好的催滲效果，滲速提高幅度在20%~30%，特別是對低碳材料的效果更明顯。研究表明，稀土的加入可抑制FeB的生長，有利于Fe2B的形成，所形成的Fe2B形如針齒細密直長，能減少硼化層脆性，提高滲層與基體的結合力。

四、稀土滲釩。滲釩技術所形成的碳化釩覆層在常溫下具有良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的抗磨損能力，但傳統(tǒng)的鹽浴滲釩方法一直存在著設備腐蝕嚴重、工件變形大以及表面粘鹽難以清理等技術難點。采用稀土催滲釩技術，能加速活性原子的產(chǎn)生，加速滲劑的分解，提高鹽浴中的釩勢，從而提高滲釩的速度，增加滲層厚度。