TD处理技术及其应用_谢志雄

1、td处理技术0戈疝月technology and its applications of thermal diffusion process湖北汽车工业学院材料工程系（442002）谢志雄董仕节【摘要】介绍了 td处理技术概况及其应用°td处理技术是一种先进的表面强化技术，在国外 已经得到了普遍的应用。关键词td处理表面强化被覆keywords thermal diffusion process,surface hardening,coating中图分类号:tgu1.6文献标识码：atd用盐浴td 处理技术（thermal diffusion）是 1970 年由 日本（株）丰田中央研

2、究所开发出来的碳化物被覆技 术，因被覆层是由工件中的碳元素和被覆剂中的元 素高温反应而成，故称之为热反应扩散沉积处理技 术，简称为td或trd处理。td处理技术的基本原理是将含碳工件放到含 有碳化物形成元素（例如：饥、锭、常）的熔融硼砂盐 浴中，工件中的碳原子会向外扩散至工件表面，与盐 浴中的碳化物形成元素结合为1层极薄的碳化物， 因为被覆层很薄（z10 mm）,所以碳原子可以不断 地向外扩散至被覆层表面而形成更厚的碳化物层。 td处理技术分为盐浴法和流态床法2种，通常 所指的td处理技术都是指在盐浴条件下形成碳化 物的被覆技术，本文所述也是指这种技术。td处理后的碳化物被覆层具有很高的硬度，

3、 可达到hv1 6003 000,此外，碳化物覆层与基体 是冶金结合，结合力强，不影响工件表面粗糙度，具 有极高的耐磨、抗咬合、耐蚀等性能，可以大幅度提 高工模具及机械零件的使用寿命，所以td处理技 术是1项很有前途的技术。在国外，这项技术已经得到了普遍的应用和推 广，尤其是在模具和机械行业，td处理技术已经成 为模具和机械零件表面处理不可缺少的热处理工 艺。据统计，在日本，有85%以上的模具是要经过 td处理的，我国的许多进口设备上的配套模具大 嚴使用了该项技术。在我国，尽管对td处理研究很 早，但是至今国内还没有过进行模具表面强化的报 道，用于其他耐磨零件的报道基本上也没有。1 td处理的

4、设备和一般处理工艺大，一般在科研上很少用到它作为td处理设备。a）外热式塔塢盐浴炉b）内热式电极盐浴炉图1处理用盐浴示意图处理剂成分：传统的td处理剂的成分70% 90%是硼砂（na2b4o7）,根据处理被覆层的要求，再 加入碳化物的形成元素，如锐铁粉、锯铁粉、五氧化 二锐等，以及一定的还原剂。但是，随着研究的不断 深入,现代的处理剂已经不再仅仅局限于硼砂了，可 以是中性盐、碳酸盐、氯盐的混合物。td处理的一般工艺是将无水硼砂放入耐热钢 堆竭中加热到8001 100 “c,然后加入碳化物形成 元素，再将工件浸入处理剂中，充分搅拌，保温1 10 h（具体时间取决于处理温度和被覆层厚度的要 求），

5、工件表面就会形成1层致密的碳化物覆层。保 温完毕，取出工件进行淬火、回火等必要的热处理， 使工件基体获得必要的力学性能。2碳化物形成机理碳化物的形成是硼砂盐浴中的活性金属原子与 工件本身的碳原子双向扩散的结果。这个形成过程 一般包括以下几个步骤：1）碳化物形成元素的合金或氧化物粉末和还 原剂作用后不断向盐浴中融解，形成活性金属原子;2）活性金属原子在硼砂盐浴中向工件表面td处理所用的-般设备如图1所示，由于这扩散;种盐浴炉要配有专门的变压器，体积庞大，功率也3）活性金属原子在工件表面与工件中的碳原58新技术新工艺材料与表面处理2004年 第12期© 1994-2010 china a

6、cademic journal electronic publishing house. all rights reserved. 子结合形成碳化物覆层；4）工件内部碳原子不断向表面扩散，与金属原 子结合，碳化物层厚度不断增加。由此可见,td处理过程中的v、nb、cr等碳化 物形成元素与c原子结合在工件表面形成的vc、 nbc.crc等碳化物，其中的v、nb、cr来自盐浴中 所添加的合金粉末或氣化物粉末，而碳化物中的碳 原子则来自工件碳化物层的形成是旅盐浴中活性 的金属原子和碳原子的双向扩散在工件表面沉积而 形成的。碳原子的整个扩散过程均在工件内进行，不 涉及到工件外面。因此,td处理技术是一

7、种利用扩 散原理进行表面强化处理的方法。另外，由于碳化物覆层中的碳取自工件本身，所 以，要求工件必须具有一定的含碳星，一般要求工件 的含碳娥在0.4%以上，含碳ift高的工件对碳化物 的形成有利，所以含碳量较高的工具钢是最适宜做 td处理的工件。3 td处理的应用自日本丰田中央研究所成功开发出td处理技 术以来,td处理技术得到了广泛的应用，几乎在册 要耐磨性的所有领域都有应用。其主要应用领域有: 板材冲压加工、线材加工、管材加工、制管、拉丝、冷 锻、热锻、铸造、橡胶成型、麹料成型、玻璃成型、粉末 成型、切割加工、机械零件等。ti）处理技术的应用也是有限制的，在500 c 以上的氧化气氛中长期

8、使用，便不能发挥出vc、 nbc的特性，而且由于ti）处理后的被覆层很薄, 在可以使基体发生塑性变形等条件下工作时，往往 在碳化物层产生裂纹或剥离。另外，工件材料中的碳 含量少会使基体硬度降低，而且，在薄的刃口处很难 形成碳的化合物层。4 td处理的优越性td处理可以显著提离工件的耐磨性和抗粘附 性以及良好的耐蚀性和抗氧化性，用td处理可使 冷作模具寿命提高十几倍乃至儿十倍。td法与其 他表面强化方法相比除设备简单，操作方便,成本低 廉以外，还具有以下诸多优点卩叭1）更换盐浴成分就可以改变碳化物层种类，可 形成不同类型碳化物或复合碳化物层；2）无论工件形貌如何，均能形成均匀的被覆 层，在小孔槽

9、深处亦不受影响；3）被覆后的表面粗糙度与处理前大致相同，若 工件处理前表面光滑，则处理后可直接使用；4）盐浴寿命长，不容易老化；5）工件因长期服役而使碳化物层磨损时可以 重新处理，重新处理时，不必清除原来遗留的被覆 层，新覆层结合自然良好；6）盐浴主要成分离温性能稳定，几乎不产生有 害烟尘97）基材选择范围较广，含碳蛍高于0.4%的钢 铁都可以进行有效处理；8）形成的碳化物层的组织，力学性能不因基材 种类和处理条件发生改变而变化，故其使用性能稳 定；9）td处理可以获得具有比渗硼更高的超硬度 碳化物层，故可得到胜过硕质合金的耐磨性，此外, 耐蚀性和抗氣化性也非常优异。参考文献1 吴正政道等.表

10、面处理技术在模具之应用及发展z2 杨凌平模具表面强化技术及其应用j模具制造， 2002,2（7）.3 http:/www td. co. za/4 熊剑.国外金属热处理m.北京：冶金工业出版社, 1990:168480.5： dr. tohru arai. substrate selection for tools used with hard thin film coatings r http ：/archive, metalformingmagazine. com/1998/06/arvin/substrat. htm.责任编辑韩方丁上海东宝化工实业公司电话变更启事上海东宝化工实业公司原电话号码变更如下;56041143更换新号码为：36041143（总机）56049884更换新号码为：36042884（总机）56184766更换新号码为：36042942（总经理室）56186549更换新号码为：36042549（传真）56049341更换新号码为：36040341（总机）'56041