渗硅工艺及深层组织的研究

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1、渗硅工艺及渗层组织的研究姚彦桃(河北理工大学轻工学院07q轧钢135)摘要本文研究了渗硅,金属渗硅,气体渗硅,液体渗硅等工艺,各渗层组织的性能,介绍了个试验参数对渗硅层厚度和性能的影响。关键词渗硅渗层组织性能0前言渗硅是指以硅原子渗入钢的表面层的过程。它是使钢的表面层合金化,以使工件表面具有某些合金钢、特殊钢的特性,如耐热、耐磨、抗氧化、耐腐蚀等。将金属工件放在含有渗入金属元素硅的渗剂中,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。1渗硅工艺渗硅工艺可用固体法、液体法和气

2、体法,应用较多的是固体粉末渗硅,此外还有真空渗硅、流动粒子炉渗硅、机械能助渗硅等。1.1固体渗硅固体渗硅常用粉末法,供硅剂是硅铁,活化剂是氯化铵,填充剂用石墨、耐火土、氯化铝。如:80%硅铁+12%氯化铵+8%氯化铝,渗层多孔,孔隙率46%~54%,有减摩作用。在固体渗剂中加入一定量的氯化镁、氯化钙或氧化铁可减少、甚至消除渗硅层的孔隙,如80%硅铁+12%氯化铵+4%氯化镁+4%氯化钙,于1000~1050℃,保温3~6h,渗硅层厚度为0.10~0.15mm,硬度为360HV,表面层致密无孔隙,抗蚀性明显提高,在10%HCl溶液中,比未渗硅的试样提高17倍。40%~60%硅

3、铁+3%NHCl+38%石墨1050℃×4h,渗硅层厚度为0.9~1.1mm,渗剂不黏结。硅粉+3%NHCl,;(900~1100)℃×4h,用于钛渗硅,形成0.05~0.127mmTiSi、TiSi渗硅层。1.1机械能助渗硅山东大学用自己研制的设备和渗剂进行机械能助渗硅,将渗硅温度由常规的1000℃左右,降低至480~600℃,45钢540℃×4h获得60um渗硅层,组织为FeSi相无孔的白亮层,含Si18%,硬度为700HV。机械能助渗硅温度低、时间短、节能效果显著,很有应用前途。1.2液体渗硅液体渗硅有电解法和非电解法。非电解法常用的盐浴成分为65%(2/3NaSiO

4、+1/3NaCl)混合盐+35%SiC,于950~1050℃保温4~6h,渗硅层厚度为80~140um。也可用渗硅的方法及性能方法渗剂(质量分数)及工艺渗层组织及性能粉末法75%~80%硅铁,15%~20%AlO;(1050~1200)℃×(6~10)h,渗层厚度:90~900um渗硅层组织通常为硅在铁中的固溶体。有时分为两层,外层为FeSi();内层为含硅的固溶体渗硅层往往多孔,在1700~200℃油中浸煮后,有较好的减磨性能,渗硅能提高钢的抗氧化性能,但较渗铬、渗铝差。渗硅层在海水、硝酸、硫酸及大多数盐及稀碱中有良好的耐蚀性,但由于渗硅层多孔,容易出现点蚀,甚至浓疮腐蚀

5、。低硅钢片渗硅后,含硅量可提高到7%(质量分数)左右,铁损明显降低80%硅铁,8%AlO,12%NHCl;950℃×(2~3)h,多孔渗硅层熔盐法80%~85%(50%BaCl~+50%NaCl),15%~80%硅铁;1000℃×2h,10号钢,渗层厚度:0.35mm65%(2/3NaSiO+1/3NaCl)35%SiC(950~1050)℃×(2~6)h,渗层厚度:0.05~0.44mm熔盐电解法100%NaSiO;(1050~1070)℃×(1.5~2)h,电流密度0.20~0.35A/cm,可获得无隙渗硅层气体法硅铁(或SiC),HCl(或NHCl)也可外加稀释气;9

6、50~1050℃SiCl,H(或N,Ar)950~1050℃SiH,H(或NH,Ar)950~1050℃表1.1渗硅的方法及性能钢铁渗硅层的性能渗硅是提高零件的耐蚀性,特别在硫酸、硝酸、海水及大数的盐、稀碱溶液中工件的耐蚀性的有效方法。但是渗硅层较脆,降低刚的强度及塑性,难以切削加工。由于抗蚀性提高,渗硅后材料的腐蚀疲劳强度有很大提高,渗硅也可提高抗高温氧化性,但不如渗铝和渗铬,可用于750℃以下工作的工件。渗硅层多孔,在170~200℃油中浸煮后,有较好的减摩性。低碳硅钢片渗硅后,硅含量达到6.0%~6.5%,显著降低铁损。具体表现为以下几个方面:(1)硬度。钢铁的渗硅层

7、硬度不高,下图为渗硅层的显微硬度及分布。(1)耐磨性能。钢的渗硅层硬度虽然不高,但耐磨性比较好。例如45钢渗硅后得到的是多孔渗硅层,经170~200℃油中浸煮后有着较好的自润滑作用,其耐磨性与未渗硅的相比提高了1~7倍。在磨损条件下工作的铸件进行气体渗硅后,耐磨性可提高2.5倍。(2)耐腐蚀性能。渗硅层在完整无孔的条件下,在海水、硝酸、硫酸以及大多数盐及稀碱液中都有良好的耐蚀性,特别对盐酸的抗蚀能力最强。这是因为渗硅层与介质作用后,在工件表面形成了一层SiO薄膜。这种氧化膜结构致密,具有高的电阻率和优良的化学稳定性

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