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发表于 2013-11-12 08:58:41
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另外，老孤在前面的帖子中亦曾提到渗氮过程是否会渗入氢的问题，关于这个问题，老孤在《关于气体渗氮—氮碳共渗的若干问题讨论》有比较详细的描述，内容如下：
2.1 渗氮的同时是否也渗入氢
众所周知：用氨作渗氮剂，氨在工艺温度下发生如下分解反应：NH3→2【N】+3H2↑。实际上这个反应式应写为2NH3→2【N】+6【H】， 6【H】→3H2↑。其实，还有一部分【N】来不及渗入工件表面，也会发生2【N】→N2↑的反应而形成N2，连同H2和未分解的NH3一同作为废气排放。那么在工件表面渗入氮的同时，是否也会渗入氢呢？如果渗入，为什么鲜有人提及渗氢一说？又为什么不讲渗氮引起的氢脆呢？
氨的分解是靠钢铁表面的触媒作用实现的，换言之，只有通过氨与钢铁工件表面接触，氨才会发生分解。有资料介绍：氨与钢件表面接触的瞬间（大约0.5～1.5S）即发生分解。那么氨分解的瞬间它的生成物应该是活性氮原子和活性氢原子，即【N】和【H】。这时，活性氮原子即被钢的表面吸附，而来不及被表面吸附的氮原子很快便结合为氮分子，即N2，众所周知，氮分子是不能渗入的，所以它将以废气的形态被排出。那么，活性的氢原子也应该被吸附，进而渗入钢件基体内，吸附不及时，才结合成氢分子，随废气排出炉外。所以，废气可以点燃，其主要成分就是可燃性的氢。当然，添加弱渗碳剂的氮碳共渗气氛中也存在一定数量的可燃性气体CO。
从氮和氢的原子半径上看，前者是0.80埃，而后者是0.78埃，那么前者能渗入，后者也必然能渗入。所以，这一点应该是毋庸质疑的。
关于渗氮技术引入的“渗氢”、“除氢”的研究，最早见诸文献［17］，但该文的研究侧重于过程氢含量的测定，而未涉及氢的渗入、逸出机理和行为研讨。
2.2 氢的渗入、逸出机理浅析
作者认为，渗氮的同时必然伴随着氢的渗入！不过，因为氢是不能形成化合物的元素，所以即使渗入一定深度，也会结合成氢分子，在渗氮的工艺温度下很容易逸出表面；即便氢与钢中碳结合形成甲烷（CH4）也会逸出表面的！
不言而喻，渗氮和渗碳的机理是不同的，二者尽管都会不同程度的渗入一些（或者说少量）氢，但由于二者的表层状态明显不同，所以渗入氢时，氢的渗入和扩散行为也应有所不同。
渗氮过程中的相行为研究指出，渗氮过程白亮层的形成以及氮原子的扩散渗入机理是：ε相单向（向内）长大；γ′是双向溶解；α[N]双向长大。
在渗层相组成为ε-γ′-α[N]时，ε相起储氮、γ′起传递氮的作用。
在渗入过程中，氮扩散流强度为 JεN≥JNγ≥≥JαN，通常ε、γ′不会阻碍α[N]扩展。
那么，在渗氮进行到一定时间（程度）后，假如表面已形成完整的化合物层，哪怕仅仅是一层很薄的膜，则此后这种化合物层（或者说是化合物薄膜）对氢原子的继续渗入和内部氢分子的外逸，会产生什么作用呢？
2.3 氮化结束后的冷却方式对氢分子逸出的作用
基于上述分析，当氮化—氮碳共渗工件表面已经形成完整化合物层膜后，必然会阻止氢的继续渗入。可以认为，在工件表面形成完整化合物层膜后，便不再有渗入氢的行为发生。
仅从动力学角度考虑，在缓慢冷却过程中，钢件表面至一定厚度处已结合成分子态的氢有是机会（或者说是有时间）逸出的，但如前所述，化合物层膜的形成对其逸出有无阻碍（或完全屏蔽）作用呢？作者认为，完整化合物层膜的形成，既然能阻止氢的继续渗入，也必然会阻挡工件内部的H2或CH4的逸出，即化合物层膜起到了对氢的双向“屏蔽”作用。而像采用渗后油冷等快冷方式，当然会对氢分子的逸出起到一定的抑制作用。所以，在正常的氮化条件下是不应担心渗入氢的。因为根据以上分析，氢的渗入机会仅限于工件表面形成完整白亮层之前；而且因为氢与铁的亲合力远小于氮，所以在氮化工件形成完整白亮层之前，渗入氢的含量极其有限，其富集程度尚不至于造成氢损伤。
值得探讨的是：上述H2与CH4的逸出与化合物层疏松（通常认为：形成疏松的主要原因是由于亚稳态的ε相发生分解，形成高压分子氮向表面逸出而形成的孔洞。有试验表明，当化合物层ε相的氮及碳总含量大于8.5％时，便会产生明显疏松。也有人认为：在进行气体渗氮时，NH3分解后产生的氢原子也会渗入钢中，当氢原子结合成氢分子时也会产生很大压力，从而形成孔洞。）的关系。 |
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发表于 2013-11-11 14:05:41
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发表于 2013-11-11 14:20:29
