可控气氛渗碳原理

来源:热处理工艺学作者:樊东黎

3.1第Ⅰ过程—渗剂中的反应,平衡常数及其与温度的关系

无论采用何种渗碳剂,主要渗碳组分应均为CO或CH4,产生活性碳原子[C].

 

可控气氛渗碳原理

 

当{ P CO2 / P2 CO ;P2H2 / PCH4;PCO2 PH2/P COPH2O ;P1/2O2/PCO }<K时,反应正向进行,反之逆向进行。气氛的碳势CP= P2 CO/ PCO2或PCH4/ P H2; PCO/ P1/2O2,是用来度量介质活性即提供活性碳原子的能力。与其气氛组分的分压即平衡常数直接有关,而K有与温度有密切的关系。同样的组分,温度越高,碳势越低。

因此,只要控制气氛的组分的分压(或体积分数),就可控制反应进行的方向。不仅保护工件不氧化,不脱碳而且还可以实现渗碳。

所谓的碳势控制就是控制这些炉气组分间的相对量。如在RX气氛中由于燃料气体(CH4或C3H8)和空气的比例实际在一个很小的范围内变化(2.38或7.14)。所以H2,CO基本不变,分别为20.7%;38.7%或23%;32%。

要控制炉气的碳势,只需改变其中的微量组分CO2或H2O的含量即可。因为根据水煤气反应,在CO,H2量基本不变的情况的下,CO2或H2O有一定的对应关系,同样O2也与之有对应关系。

控制任意一个因子的分压即可达到控制碳势的目的。这也是CO2红外仪,露点仪,O2探头控制碳势的原理所在。

3.2 第Ⅱ过程—渗剂中的扩散,渗剂向零件表面扩散(传递、传输),然后相界面

反应物(CO2,H2O)从界面逸散(包括解吸的渗剂)。与温度T,流速有关。

流速与炉压、气流方向、排气口的开启度,保压阀的调整,风扇的数量、位置、马弗安装,零件的装载方式有关。通过排气口加以观察。(生产中拆卸的保压阀的安全问题,碳黑的清理。举例:火苗的长度、颜色—白烟、爆火星)

3.3第Ⅲ过程—相界面反应:

渗入元素活性原子[C]吸附在零件表面并发生反应。吸附过程可能是单纯的物理吸附。同时也可能是在吸附原子[C]和金属Me表面原子之间发生强烈化合的化学吸附。被吸附的活性介质与金属表面发生吸附—解吸过程。

3.3.1 以CO为气体渗碳剂时CO分解过程的相界面反应为例(见前图)

2CO CO2+[C]

该反应的实质就是一个CO分子从另一个CO分子中夺取氧原子而生成CO2,同时析出一个活性碳原子。这必然要破坏一个CO分子的C—O键而碳和氧之间的结合力是很强的,如果单靠两个CO分子间猛烈的碰撞来破坏C—O键,

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