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气体氮化的过程和原理是什么?

时间:2019-08-27? 来源:青岛丰东热处理 ?编辑:青岛丰东热处理 点击: 次
    气体氮化一般使用无水氨气(或氨+氢,或氨+氮)作为供氮介质。整个氮化过程可分三个阶段。
    (1)氨的分解
    氨是一种很不稳定的气体,在一定条件下易于分解。它的分解率随温度的升高而增加,在400~600℃温度范围内,它的自然分解率可趋向全部分解,其分解反应如下:
    2NH3=2[N]+6[H]
    氨气中分解出的活性氮原子是新生态的氮原子,具有很大的化学活性,部分被工件表面吸取,然后从表面向内部扩散,剩余的[N]很快结合成分子态的N2与H2等一起从废气中排出,所以氨分解式实际上是:
    2NH3=2[N]+6H=3H2+N2
    为了使氮化作用继续不断地进行下去,必须连续地输入氨气,不断地产生活性氮原子。
    (2)钢件表面吸取氮原子
    活性氮原子被钢件表面吸取后,溶入铁素体中形成含氮量较高的铁素体,过饱和后又形成氮化物。
    (3)扩散
    钢件表面吸取氮原子以后,在表面和里层存在着氮浓度梯度,促使氮原子从表面向里扩散,形成一定厚度的氮化层。
    在氮化温度下,吸附层中的活性氮原子向金属晶格内部移动,留下的空隙又迅速地被吸附层的氮原子所填满,因而始终保持金属表面上有活性氮原子连续渗入。因此,扩散过程如下。
    ①向炉内不断输入含氮的气体:
    氨分子向金属表面迁移;
    氨分子被金属表面吸附;
    氨分子在相界面上不断分解,形成氮原子和氢原子;
    吸取剩余的活性原子复合成分子,不断从炉内排出;
    表面吸附的氮原子溶解于γ-Fe、α-Fe中。
    ②氮原子由金属表面向内部扩散,并产生一定的浓度梯度。
    ③当氮超过在α-Fe中的溶解度后,表层开始形成氮化物。
    ④氮化物沿金属表面的垂直方向和平行方向长大。
    ⑤表面依次形成γ相和ε相。
    ⑥氮化层不断增厚。
    ⑦氮从氮化物层向金属内部扩散。
    影响以上基本过得的因素很多,如温度、时间、压力、介质成分(或氮势)以及零件钢材成分和组织等。气体氮化工艺就是要合理地控制这些影响因素,获得满意的氮化层。

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