Internal Combustion Engine&Parts
0引言
共渗是热扩渗技术应用最广泛的一种处理工艺，通过一次加热扩散，使多种元素同时渗入工件表层。共渗的出现，其目的是希望能吸收各种单元渗的优点，通过元素的配合来弥补单元渗的不足之处，使工件表面可以获得更好的综合性能。 热扩渗技术是用加热扩散的方式使欲渗金属或非金属元素渗入金属材料或工件的表面，从而形成表面合金层的工艺。常用于热扩渗的合金元素包括碳、氮、硼、铝、硫、钒、钛等。上述元素都已在不同程度上应用于各类产品表面的强化。而相比单元渗，共渗强调多种元素的互补与配合，吸收各种单元渗的优点，弥补其不足之处，使工件达到
更高的综合性能指标，使其达到1+1>2的效果。
在共渗工艺中，一般以其中一种元素为渗剂主，其他元素为辅的渗剂配方。因此，本文将现阶段的主要共渗工艺按照不同的渗剂配方进行介绍，分为金属元素为主的共渗、非金属元素为主的共渗、稀土共渗。 1金属元素为主的共渗
现阶段对共渗工艺的研究和发展中，以金属元素为主，特别是均为金属元素的共渗工艺研究与应用较少。其主要有两个方向的研究，一是含铝共渗、另一个是含铬共渗。 1.1含铝共渗
常用的含铝共渗工艺见表1。
含铝共渗的主要研究集中在增强材料耐蚀性能上。徐啸等[1]对乙烯裂解炉管材料Cr35Ni45Nb钢进行铝硅共渗处理，总结出铝硅共渗处理提升了材料的抗渗碳能力的结论。李春红、杜安等[2]研究结果表明：锌铝共渗的试样比单纯渗锌试样的耐腐蚀性能有较大提升。
李选亭[3]通过研究以及应用表明，铝钛共渗钢具有良好的抗低温H2S腐蚀的能力，并具有优良的耐冲刷、耐磨蚀性能。
盛长松[4]通过分析及实验表明，铝钼共渗钢耐高硫、高酸腐蚀效果优于渗铝钢、18钢。研制的铝钼共渗钢表现出良好的防腐效果。
1.2含铬共渗
现阶段含铬共渗工艺主要有Cr-Al共渗、Cr-Ti共渗、Cr-Si共渗以及Cr-V共渗后再渗N。有部分前文已经叙述就不再赘述。表2是几种含铬共渗的工艺。
楼白杨，李乐国等[5]的研究表明通过表面铬钛渗层改性处理，可提高钢的表面硬度和耐磨性，从而提高工件的表面性能。 在其他金属元素的共渗工艺研究上报道还较少，有待
共渗工艺的研究应用及进展
Research Application and Progress of Co-seepage Process
门昕皓MEN Xin-hao
（重庆交通大学机电与车辆工程学院，重庆400074）
（Mechanical and Electrical Engineering College，Chongqing Jiaotong University，Chongqing400074，China）摘要：共渗是热扩渗技术应用最广泛的一种工艺，本文依据渗剂类型将共渗类型大致分为金属元素为主的共渗、非金属元素为主的共渗、稀土共渗三种。本文论述了共渗的几种工艺的研究应用及进展，特别是对稀土共渗这一热点研究现状进行了介绍，并对稀土共渗的发展趋势进行了探讨。NUEMANN
Abstract:Co-infiltration is the most widely used process of thermal expansion technology.According t
o the type of infiltration agent, the types of co-infiltration are mainly divided into metal elements,non-metal elements and rare earth co-infiltration.The research application and progress of several processes of co-infiltration are discussed in this paper,especially the hot spot research of rare earth co-infiltration,and the development trend of rare earth co-infiltration is discussed.
关键词：热扩渗；碳氮共渗；稀土共渗；多元共渗
Key words:thermal diffusion;carbonitriding;rare earth co-infiltration;multi-element penetration
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作者简介：门昕皓（1994-），男，河南南阳人，硕士，研究方向为材料表面工程，共渗工艺的研究应用及进展。
工艺性能特点及应用
钻石机
Al-Cr共渗Al-Cr共渗用于提高钛铜及其合金的热
稳定性，耐蚀性，提高工件抵抗冲蚀磨损
和磨料磨报的能力。
Al-B共渗主要用于提高金属和合金的热稳定性和
耐磨性。
Al-Ti共渗主要用于提高热稳定性、耐蚀性和耐磨
性。但Al-Ti共渗对提高碳钢的抗氧化
性并不比单独渗Al好。
Al-V共渗较单独渗铝有更高的热稳定性。
Al-Cr-Si共渗主要用于提高热稳定性和抗腐蚀，抗冲
蚀磨损能力。
Al-Ti-Si Al-Zr-Si共渗用于提高热稳定性和某些腐蚀介质中的
耐蚀性。
表1常用的含铝共渗工艺
表2常用的含铬共渗工艺
工艺渗层性能特点
Cr-Si共渗提高耐磨（包括冲蚀磨损）、耐蚀（气蚀、气体腐
蚀、电化学腐蚀）能力。
Cr-Ti共渗提高抗氧化、耐腐蚀、耐磨及耐气蚀性，还可用
于提高热稳定性。其抗高温氧化性和耐磨均
高于渗铬层
Cr-V共渗后再渗N渗层抗高温氧化、磨损性比渗铬或铬钒共渗好
进一步的研究与开发。
2非金属元素为主的共渗
非金属元素的共渗主要有含硫共渗、含硼共渗、碳氮
共渗、氮碳共渗。其中对于碳氮这两种元素共渗的研究最
为成熟。
2.1含硫共渗
含硫共渗主要有硫氮共渗和硫氮碳共渗两种。①硫氮
共渗的目的是为了兼顾渗硫、渗氮二者的优点，耐磨性尤
其抗黏着、咬合性能显著提高。硫氮共渗的方法有盐法、气
体法和离子法等。②硫氮碳共渗实质是渗硫与氮碳共渗的
结合。与硫氮共渗相比，其优在于能使低碳钢零件也得到
紫金线鲃
较好的强化效果。岳文等[6]在钻杆材料35CrMo钢表面制备了渗氮层和硫氮共渗层。分析结果表明，油润滑条件下, 35CrMo钢硫氮共渗层的摩擦学性能明显优于渗氮层，硫氮共渗层中FeS固体润滑膜在高硬度渗氮层的支撑下，可
以有效地改善35CrMo钢的摩擦学性能。
2.2含硼共渗
对含硼的共渗剂的研究也是比较成熟的，主要是硼和
金属元素，如硼铝共渗、硼铬共渗、硼钒共渗、硼钼共渗。另
外还有硼硅、硼碳、硼氮共渗等。
我国将硼氮共渗技术首先应用于模具上，经硼氮共渗
处理的1Cr18Ni9Ti不锈钢模具，使用寿命可达8~10万
次，无磁钢模具经过硼氮共渗后使用寿命延长1.5~2倍[7]。
除此之外，何志盛等在Ti-6Al-4V（TC4）合金表面进
论文网站行盐浴硼氧共渗试验，结果表明：Na2B4O7-SiC型盐浴可
在Ti-6Al-4V合金表面获得含硼钛化合物的共渗层，渗层
连续且致密。
2.3碳氮共渗
碳氮共渗是以渗碳为主同时渗入氮的化学热处理工
艺。与渗碳相比，具有较快的渗入速度，较高的渗层深度、
较好的淬透性和回火抗力同时耐磨性和抗疲劳性能均有
提升，且处理温度较低。同渗氮相比，在一定程度上克服了
渗氮层硬度高但渗层较浅的缺点。
①根据共渗温度的不同，可分为低温（500℃~600℃），中温（700℃~800℃）和高温（900℃~950℃）碳氮共渗3种。所以低温碳氮共渗也可称为氮碳共渗，也就是钢在含氮和含碳的介质中加热，在渗氮的同时，还有少量的碳原子渗入的过程。适合于要求硬化层薄、负荷较小条件下工作的工件。该工艺在国内外均得到了推广和应用。②碳氮共渗按照其提供活性N、C原子的介质状态可分为固体碳氮共渗、液体碳氮共渗、气体碳氮共渗和离子碳氮共渗。其中固体和液体碳氮共渗已很少使用。气体碳氮共渗法不用氰盐，容易控制表面质量，可实现机械化、自动化，应用较广泛。等离子体热扩渗是一种较新的技术，通过离子轰击工件使其表面高度活化，从而扩渗速度增加。
3稀土共渗
稀土共渗更是近年来发展最快的一种新的热扩渗技
术。研究表明，在相同的化学热处理条件下，稀土元素的添
加可使化学热处理过程明显加快，同时也可以有效改善各
种渗层质量，因而具有重要的研究意义和发展前景。
3.1稀土碳氮共渗
由于稀土元素具有特殊的原子结构和化学物理特性，稀土元素的引入对氮碳共渗介质间的化学反应、表面吸附、表面物理化学反应、内扩散和体相反应都有一定的作用，从而对氮碳共渗渗层的硬度、耐磨性等性能的提高起到积极的作用，所以钢的稀土氮碳共渗技术的研究具有重要意义。
稀土氮碳共渗最开始同时也是最多的应用是在钢的表面处理上，国内的主要研究方向在稀土氮碳共渗技术上，而国外氮碳共渗、稀土离子注入和稀土强流脉冲离子束表面强化研究相比国内更多也更成熟。
国内在碳氮共渗技术上的早期研究的发展上，哈工大韦永德等研究发现渗层深度相同的情况下，添加稀土可以将时间减少一小时左右，疲劳极限提高了30MPa。
大量元素刘志儒等首次提出了以稀土、间隙碳、氮原子Cottrell 气团为核心的稀土化学热处理创新理论，在该领域开创出一种全新的扩散模式。创建了钢中新的稀土渗碳、稀土渗氮及稀土氮碳共渗工艺体系。
3.2稀土多元共渗
而随着稀土共渗技术的发展，人们渐渐不满足于固定的共渗配方与工艺，人们希望开发更多的共渗工艺与技术，以满足更多的不同类型产品表面需求。开始尝试在碳氮共渗的基础上加入另外的元素以期望达到更多更好的表面处理效果。
任慧平等对3Cr2W8V钢进行了硫碳氮共渗试验。结果表明适量稀土对硫碳氮共渗具有明显的催渗作用。
钟厉等对38CrMoA l钢进行了不同扩渗处理，研究不同工艺对表面硬度、渗层组织、硬度梯度的影响。
4结束语
振镜共渗作为热扩散技术的发展热点之一，有着广阔的发展的应用前景。其中碳氮共渗发展较为成熟，而金属共渗发展研究较少，稀土共渗的研究是目前世界热扩渗领域最热门的课题。渗剂中加入稀土不仅能够提高各类单元扩渗工艺的渗速或降低渗入温度，而且能有效改善各种渗层质量，这一结论在大量
研究后已成为共识。我国的稀土蕴藏量和产量都很大，是举世公认的稀土资源大国。所以，稀土共渗技术在我国有很大的发展潜力。
参考文献院
[1]徐啸，赵建平.Cr35Ni45Nb钢铝硅共渗涂层抗渗碳性能研究[J].热加工工艺，2016，45（08）：180-182.
[2]李春红，杜安，马瑞娜，范永哲，赵雪，曹晓明.42CrMo钢锌铝共渗层的组织及性能[J].金属热处理，2017，42（10）：47-51. [3]李选亭.铝钛共渗钢的研制与工业应用[J].炼油技术与工程，2006（05）：41-46.
[4]盛长松.铝钼共渗钢的性能与应用[J].炼油技术与工程，2004（06）：27-30.
[5]楼白杨，李乐国，马晓春，郑晓华.铬钛共渗及渗层耐磨性分析[J].中国表面工程，2006（05）：19-21.
[6]岳文.35CrMo钢渗氮层与硫氮共渗层的摩擦学性能对比研究[A].中国机械工程学会表面工程分会.第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛论文集（四）[C].中国机械工程学会表面工程分会，2010：5.
[7]吕耀坤，李建国，阮广德.不锈钢硼氮共渗工艺的研究及应用[J].金属热处理，1994，19（3）：26-28.
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