氮化工艺过程的现状

少量的镘与错后 形成了细小的金属问化合 足损 伤容 限设 计 的2 0 0 0 系 A 1 一C u Mg 物第 二相 粒 子 可 使剪 切 应变 带 减 至 最 合金 8 C 0 9 A 1 一F e v s D与 8 0 1 9 A 1 一 少 从 而太大提 高材料 的延展性 与断裂韧 F e C 砩型的高温粉末冶金合金 但对它们 的 性 使之成为一类有吸引力的合金 强 度 韧 性 结 合 问 题 仍 在 争论 含S c粒 美 国航 空航 天 局 NA S A 的 W B 利 萨 子 以低 密 度 A1 一 合 金 如 8 0 9 0 2 0 0 9 哥发表的论文为 航空航天局展望粉末冶金 合 金 以及 如上所述 的高温合 金 为 基 体 的 及 其 相 关 工 艺 对 空 间 开 发 与 应 用 的 前 复合材料 景 他认为 克林 顿政府 虽然 会削减 国防部 铝合 金 的喷射堆 积成形工艺是 制造锭 坯 的经费 但是航 空航天 局 的经 费仍 会有 所 增 的新方法 其冷 却速度介于 常规 铸 造 与急 冷 加 凝 固粉末 冶 金 法 之 间 因此 锭 坯 既有 良好 由于重量轻对航空 航天与喷气推进结 的性能 例如其密度几乎与直接水冷半连续 构有着特 殊重 要的意义 航空航 天 局 正在 开 铸锭 的相 当 而生产工序又 比粉 末 冶 金 的少 发与研制 三类铝材料 亚音速 航 空结 构用 高 好几道 用 这 种 工艺 可 生产 各 种合 金 的不 强度 能满 足损 伤容 限设 计 要求 的合 金 超 同形式 的键 坯 如铝合金 高强度 高 电导 率 音速航空 结构 用 在 中温与高 温下 性 能稳 定 铜合金 特殊钢 高温合 金 的 圆坯 臂 坯 扁 的铝合金与铝基复合材料 在高温下长期稳 坯等 喷射 成 形法 的优 点 是 材 料 性 能 定 低成本 的航天结构铝合金 高 成本适中 可生产用其他方法无法生产 美 国 还 在 积 极 执 行 高 速 民 航 机 的高合金 化合金 用此法 生产 的 7 0 7 5合 金 HS C T 计划 这种飞机准备于 2 0 0 5 年投入 的 断 裂 韧 性 比常 规 法 生 产 的 材 料 高 出 营运 为 了翻造 这类渡音 飞机 正 在研 铡一 2 5 系列的高性能铝舍金 中温高强度的且船满 王祝堂 丘 星 朝 呓 薹 1 L 氮 化 J 的 现 状 一 r J J 十 I u 一 9 1 I 氮化工艺过程是一 种 化 学 热处 理 当在 精 等 为 了从 表面 清除有 机 无 机化合物和 氮或碳介质中加热时 使钢的表面层被氮扩 还原的氧化物 向氨气氛 中添加 N F 3 氟与 散饱和 通常氮化是在 5 0 o 6 0 0 进行 氧化铁 氧化铬作用 在表面生成 F 如 QF 2 低温氮化 它可用于任何璩光体 铁索体 这些生成物与氢作用后破裂 并显露 出无氧 和奥氏体钢 以及铸铁 在最近几年 更广泛 化物的金属表面 这一工艺可用于高铬钢 地将高温氮化 6 0 0 1 2 0 0 用于铁 索 的氮亿 为了提高氮化表面的硬度 抗磨性 体和奥氏体钢以及 T i Mo N b V等难熔金 和降低摩擦系数 最好向氨中器加少量 的气 属 体状磷 这样在表面上生成 F e 3 P膜 膜下是 低 温 气 体氮 化 过程 在 部分 分 解 的 氨 氮化铁 0 士 R3 P 中 在氪和氮 氨和预分解氨的混合物 中进 在温度低于共析温度所得到的氮化层是 行 为了话化过程 向氮 一氢混合物 中通 由氮化物相 E I 7 7 和 F 缸 N 圊溶体 人氧或空气 广泛地采用以都分分解氨和 底层构成 在被氮扩散饱和后 当拎却 时由 含碳成份为基的气氛 天然气 j fl I 明气 吸热 固溶体底层分解出 7 相 此时 E 相可能是纯 性气体 舍成 汽油高温分解产品 煤油和酒 的氮化物 F e z 3 N 碳氮化物 F e 2 3 N C 2 4 维普资讯 或者是氧碳氮化物 F e z 一 3 0 C o 当氮化 时 合金元素 C r Mo W T j 等 提高了 氮 在 相 中的溶解度 并在 8和 7 相 t M N M2 3 N M2 3 q 中溶解 以及生成 特殊 的氮化物 Mn M2 N 俄罗斯在 7 0 年代所进行的工作表 明 改 变 氮 气氛 的热 能 可 能 调 节 氮 化 层 的相 成 份 亦 即冷却后在表面得 到 8 7 和 相 或 者只获得内部氮化区 MN 在最近几年里 更加广泛地采用羟基氮 化工艺 即向氨 一氢气氛中掭加 1 2 0 2 或 5 l O 空气 在准备好 的介质 中添 充氧可加 速氮 的 扩 散 联 合 氧化 的氮 化工 艺 开始代替 电镀 工艺 以提 高零 件的抗腐 蚀性 能 抗 磨 损性 能和 持 久强 度 楞 限 在 进 行 5 6 0 5 8 0 气 体 氮 化和 随后在 5 5 0 水 蒸 汽气 中氧化的两臣工艺 巳取 得很 好 的结 果 在表面生成 了氧化铁 F e 3 04 F e x O3 其 下 有7 相 这 比8 相 具 有 更 高 的抗腐 蚀性能 为了改善摩合性 特别是在干和半 干摩 擦时 提高耐摩性 抗擦伤性 采用了硫代 氮化工艺 即制 品表 面 同时 用氮 碳 和硫 饱 和 硫代氮 化层 具有 与氮 化层 相似 的结 构 但在表 面上 生成 了硫化物薄膜 该工 艺 是 于 5 6 0 6 2 0 在 添 有 古 硫 物 质 H2 S C S 2 S O2等 的氨气 中进 行 在 日本 对于硫 代氰化工艺建议 采用 N I h 2 S与氨 的混 合物 和 与情 性 气 体 混 合 物 或 者 利 用 附 加 有 0 0 0 1 H S的 5 o N b 5 0 丙烷的气氛 由AB 克里 乌林提出的气体粉末硫代氮化方法是 借助 于专门的计量器向炉内加人 N C O与磨 碎的硫的混合物 工艺是 在 5 8 0 6 2 0 进 行 的 为了缩短工艺时间 常约氨和降低氮在 8 相 中的浓度 减 小氮化层 的艟 性 氮化过程 是在气体的脉动气流中进行 在俄罗斯为 了这一 目的是采用周期性供给气体 在 国外 这种氮化方法教称为 P s p工艺 处 理 温 度 高 于 共 析 温 度 6 0 0 7 0 0 的氮 化 也找到 了某 些 应用 氮化 是 在 5 0 氨 和 5 0 丙 烷 或 氨 的 气 氛 中 进 行 的 并随后淬火 在这种情况 下 在制 品表 面形成氮化层 其 下是具有更 高硬 度 的氮 化 的马氏体 在辉光放 电的等离子体 中用电离 的氮 进 行氮化 离子氮化 更为广 泛采 用 离 子 处 理 的工艺过 程 包括 抽真 空 阴极净 化 辉 光 放电加热 氮化和冷却等阶段 当阴极雾化 对 发生 氧化膜 表 面 的活化和 破坏 阴极 活 化 是 在 电 压 为 no 0 1 4 O 压 力 为 l 3 3 2 6 6 P a时进 行 5 6 mi n 氮 化 过 程 是 在 4 8 0 5 8 0 4 0 0 l 1 0 0 V 1 3 3 1 3 3 0 P a下完成 氮化在氨 氟氖和 氢 的混 合物 中进行 俄罗 斯研究 一系列用于离子氮 化的工 业 装置 如具 有 两个 加热 室 的 OKS一1 5 6 6 直 径 D 9 6 0 mm 高度 H 1 2 0 0 ram 和具有一 个 加 热 室 的 H l B 2 6 6 6 H I D 6 0 0 mm H 6 0 0 mm 和具 有 2个加热室 的 H I I B 9 1 8 6 一 M2 D 9 0 0 m m H l 8 0 0 ra m 钛 及其 合金 的氮化是 在8 5 O l O 5 0 在 氮 气 或 氨 气氛 中进 行 辐射 性 加 热 在 真空中进行感应 接触式加热 使用氨将加 速氮化工艺过程 但将导致翎品的吸氢和脆 性 钛 及 其 合 金 在 低 于 l 1 0 0 氮 化 之 后 在表面形成 T uN T i2 N 相 1 和由氮在 钛 中的 固溶体和 T u N 构成 的 内部 氮 化 区 在更高的温度下氮化对 则表面仅形成 氮化 物T i N 氮化 层 具有高 硬度 1 2 0 0 1 4 啷 高耐磨性和高的抗腐蚀性能 在 辉光放电中进行氮化 有利于在短的等温时 限和 足够 低 的温 度下 获得较 大厚 度 的扩 散 层 从而防止合金中晶粒长大和变臆 镍 基 合 金 的 氮 化 是 在 氨 介 质 中于 1 0 0 0 1 2 0 0 进行 5 1 5 h 此 时形成 了 无表面氮化物区的内部氮化区 其厚度是随 2 5 维普资讯 保温时间按抛物线规律增加 而 随温度按指 数规律增加 在温度低于 9 5 0 对钼进 行氮化时 在 表 面 形 成 了 氮 化 物 Mo 2 N 和 Mo N 当 温 度 在 9 5 0 1 3 3 0 时 只 生 成 Mo 2 N 在 更 高 的 温 度 下 只 形 成 内部 氮 化 区 在 1 0 0 0 1 1 0 0 氮化后 氮化层的硬度达 列 2 0 0 0 I I V 氮化提 高了钼及其合金的抗磨损 性能和耐热性 能 铬是 在 1 0 0 0 1 1 0 0 于 氨 气 中 氮 化 当温 度 低于 1 0 3 0 时 在 表 面 形 成 氮 化 物 C r N 其 下 是 C r 2 N 和 内部 氮 化 区 C F 2 N 在更高的温度 在 表面 只形 成氮化物 C r 2 N 当温度超过 1 5 0 0 其 扩散层只由 a Cr 2 N 构成 铌 在 很 宽 的 温 区 1 0 0 0 1 5 0 0 与 氩 和分 子 氮 激 烈 发 生 作 用 铝 及 其 合金的氮化层在表 面是 氮化物 Nb N s相 往下是 Nb 2 N 相 和由含氮低的 a相 氮 化物 N 3 2 N和合金元素的氮化物构成的内部 氮化区 氮化提高了铌及其合金的表 面硬 度 1 6 0 0 1 7 0 0 HV 抗磨损性 能和 耐热 性 能 张 国才 汽车工程师设想铝的光明前景 在最近由铝协会主办的第 l 4届铝汽车 设计 和制造年 会的学术讨论 会上 铝工 业 的 经理们和汽车工程师们都认为 铝很可能成 为汽车工业的候选金属 因为它能减轻汽车 零件和车体的重 量 7 0 0多名汽车工程师都 知道了在汽车上使用错的优点 雷 诺 兹金 属公 司硝 主 席耶 尔 布 兰 特 在其重点介绍的报告中说 铝具有 减轻汽车 重量的最大潜力 目前 汽车用铝量每台约 为 9 0 k g 但是 如果在动力传动零件 蒙皮和 底盘 以及车体结相 中增加铝的应用 则铝 在每台汽车中的使用量 将增加 3倍 以上 他还估计 1 9 9 3 年铝在汽车 中的使用量将比 1 9 9 2年增加约 2 o 在这个年会上 数家 汽车公 司的代表介 绍了铝应用于汽车工业方面的许多突破 同 时 预计 今 后 还 会有 更 大 的 进 展 1 9 9 4 年 奥迪股份公司 A u d i A G 汽车的空间框 架将全部由铝譬 代 福 特 汽车公 司 F o r d Mo t o r C o mp a n y 目前正在进行一项 3 0 0 0 2 6 万美元 的铝制汽车的革新计 划 通用 汽车 公 司 Ge n Mo t o r s 的工 程师 们 为 了发 挥 金 属 的 优 越 性 在 铝 增 强 的 科 维 特 C o r v e 汽车中增加了铝的辅助框架 通 用汽车公司的工程师卡伦 马修斯指出 在 科维特汽车上使用铝制的辅助框架后 使该 汽车具有了一些新 的特点 科 维特辅 助框 架更 换 成 挤压 铝 制 品 以后 制 造 厂 家 节 省 1 8 的