表面合金化

金屬表面合金化技術是九十年代高科技技術，此技術是用化學滲透方法在金屬表面結合上一層合金，以改善其耐腐蝕性與耐磨性，並有良好的表面裝飾效果。

基本介紹

• 中文名：表面合金化
• 外文名：Surface alloying
• 實質：材料保護技術
• 目的：改善材料耐腐蝕性和耐磨性
• 所屬學科：金屬工藝學

原理

在機械製造中主要套用的是鋁、鉻、矽、釩、鋅等的表面合金化層或滲層。滲層是利用金屬鹵化物蒸汽與金屬表面層產生化學反應形成的，或是在液相中發生化學反應而形成的。

生成特點

鉻的滲層可在低碳鋼、高碳鋼、合金鋼、不鏽鋼、工具鋼、鑄鐵和鐵粉燒結件上生成。可用粉末法，也可用熔鹽法。在低碳鐵金屬表面形成含高鉻的合金，厚度可達75微米，而且在高溫下的抗氧化性較好；在高碳的金屬表面可形成較薄的（12～50微米）碳化鉻層，這種滲鉻層在濕腐蝕條件下工作較好。滲鉻層在以後的熱處理中不受損毀，抗蝕性相當於含鉻30%的鋼。碳化鉻層的硬度很高，耐磨性良好，多用於保護閥門、噴嘴、泵、量規和工模具。

滲矽主要用於低碳(C<0.25%)、低硫(S<0.04%)鋼。工件埋在碳化矽粉末中，加熱到930～980℃時導入氯氣，經氣相反應後可得125～250微米厚的脆性滲矽層。這種覆層具有耐磨、耐蝕性能，硬度高，還具有良好的抗擦傷性，用於泵軸、缸襯、閥門、傳送帶鏈的聯結件和洗瓶機的構件。鈮、鉬、鉭、鎢等難熔金屬可作為太空飛行器的短期有效構件材料，多採用矽化物層來減少它們在1650℃時的氧化。發展更有效的抗熱腐蝕的滲層，也在探索中。

滲釩時，基體鋼材中的碳含量至少應為0.4%,滲釩層的硬度很高，但冷焊性不佳。高碳工具鋼的VC層，表面硬度在2牛頓載荷下可達HV22300，滲層厚度為19微米。在220號剛玉砂紙上的圓盤試驗結果表明,它的相對抗磨粒磨損性，遠高於滲硼層、滲氮層和滲碳層。

技術特點

1、鍍層與基體是化學結合,形成非晶態合金。具有牢固、表面硬度高、不剝離等性能頗似不鏽鋼。

2、催化反應無孔不入，任何複雜形狀的工件均可均勻加工。

表面合金化技術的套用領域

1、替代電鍍製品

電鍍是在電流作用下進行的，對於複雜工件由於電流分布不均勻造成鍍層薄厚不均。表面合金化是化學反應，無孔不入，不論多複雜的工件都能保證合金層均勻。電鍍鍍層通常為單一金屬(鉻)的晶態，表面結合力差、硬度小、易剝落，表面合金化鍍層為非晶態合金，結合力強、硬度高、不剝剝落。電鍍常採用多金屬層套鍍，工藝繁鎖，加工成本較高。表面合金化採用化工原料次完成，加工成本低。

2、代替部分不鏽鋼製品

不鏽鋼價格昂貴,製成商品價格高。有些物品用普通碳鋼易腐蝕生鏽，用不鏽鋼又“大才小用”，採用普通碳鋼進行表面合金化處理，處理後表面的耐腐蝕性、耐磨性、硬度均大大提高，且價格低。如：廚房用具、裝飾鋼板、標牌等。

3、增強建築五金製品的性能

有些碳碳鋼製品(如釘子、螺絲等)表面不宜塗防鏽漆，長時間使用後會生鏽、腐蝕,影響建築結構的穩固，經過表面合金化處理，可解決這些缺陷。其它一些碳鋼製品(如水管、龍頭、合頁等)經過表面合金化處理，不但有防鏽功能，還能起到美化效果。