L eading-edge technology 对提高金属材料抗渗碳性能的表面处理技术的探析 张永军
（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 ７３０２０７）
摘 要：随着国家工业化进程的推进以及众多高新技术的发展，新材料领域也不断进步并开拓新的领域，金属材料表
面抗渗碳能力的处理技术是一项对于工业发展极其重要的技术，也是目前相关领域人员努力研究的课题。本文对提高
金属材料表面抗渗碳能力的一系列处理技术进行分析，希望帮助相关领域技术研发人员更好地对金属材料进行优化， 使其性能可以更好地适应设备所需。
关键词：金属材料；抗渗碳性；表面处理技术
中图分类号：ＴＧ１７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２１）０４－０１１９－２
Probe into Surface Treatment Technology for Improving the Carburization Resistance of Metal Materials
ZHANG Yong-jun
（Ｇａｎｓｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ， Ｌａｎｚｈｏｕ ７３０２０７，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｕｎｔｒｙ’ｓ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｎｙ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｎｅｗ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｎｅｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｓ ａｌｓｏ ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｐ ｎｅｗ ａｒｅａｓ． Ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｉ
ｓｔａｎｃｅ ｉｓ ａｎ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｔｈｉｓ ｉｓ ａ
ｔｏｐｉｃ ｔｈａｔ ｐｅｏｐｌｅ ｉｎ ｒｅｌａｔｅｄ ｆｉｅｌｄｓ ａｒｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｈａｒｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ． Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｚｅｓ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ
ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ｈｏｐｉｎｇ ｔｏ ｈｅｌｐ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｉｎ ｒｅｌａｔｅｄ ｆｉｅｌｄｓ ｔｏ ｂｅｔｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚｅ
gggｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｓｏ ｔｈａｔ ｔｈｅｉｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃａｎ ｂｅｔｔｅｒ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．
Keywords: ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ； ｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ； ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
在目前我国的工业制造相关行业中，各种设备都需要使用到金属材料，它对于整个行业的帮助作用是无处不在的，因此如何将金属材料的性能进一步优化，尤其是耐用性方面进行提高成为了相关研究人
员持续研究的课题。针对目前的金属零部件在实际工业领域所发生的损耗情况，对于金属材料抗渗碳性能提高的研究更是非常迫切。
1 抗渗碳技术研究的重要性
在对当前工业领域所运用的金属表面处理技术的相关情况进行分析过后发现金属的相关表面处理技术在实际工业过程中发挥了很大的作用，使得金属的使用寿命普遍变长，而且金属材料在工作过程中受碳渗透影响的情况也减少了很多[1]。
经过相关技术研究人员长期的研究，目前在与其他领域进行结合的实例中已经出现了众多工作效果良好的高新金属材料表面处理技术，这其中表现优秀的技术主要有气相沉积、表层喷涂以及化学反应覆盖膜等金属表面处理技术，这些相关技术都表现出了强大的优越性和广阔的发展前景。而金属材料的表面处理技术未来还会随着我国工业化的推进展现出更强大的生命力。
研究人员经过实验发现，当前在工业领域应用的金属材料零部件在高温的环境中长时间使用时，会与空气中的一些化学物质发生反应，具体表现为如果空气中碳含量较高而且温度过高时，碳元素就会逐渐通过渗透作用经过金属表面进入金属元器件内部中，这种情况就会很大程度上影响该零部件的工作性能以及总体使用时长，因此金属零件在制造时就应该对其表面进行抗渗碳的处理从而进一步延长金属材料制成的零部件的使用寿命[2]。目前提高金属材料抗渗碳性领域存在着很多技术，但经过实际研
究，对金属使用一些表面处理技术是相对优秀的一种方式，这种方式实际上就是利用一些表面处理技术使得金属表面覆盖上一层保护金属不受碳元素侵蚀的保护膜从而提升金属的防护能力，这种保护膜一般是氧化膜，氧化膜的内部主要是由一些氧化物组成，这些氧化物由于其化学特性能够表现出非常好的稳定性和致密性。基于以上这些特点，在金属表面进行相关表面处理技术对于金属零部件是非常重要的。
肖秉林2 提高金属抗渗碳性的表面处理技术博弈清末
目前常用的对金属材料进行抗渗碳能力提高的方式有很多种，但大多都是基于在金属材料的表面形成一层特殊物质覆盖的保护层从而防止空气中的碳元素通过金属制品表面渗透进入金属内部，这样可以最大程度减小碳元素对于金属材料的影响，因此这些技术可以很好地提高金属制品的耐用性，使金属制品的使用寿命大大延长，以下分别对几种优秀的提高金属材料抗渗碳性的表面处理技术进行详细介绍。
2.1 化学处理技术
在对金属材料的研究历程进行分析后发现金属的抗渗碳能力的研究得益于渗铝技术的突破，最开始是在油气相关产业，由于其工作环境的特殊性，研究人员为了保护相关设备而逐渐发展了渗铝技术，这种技术的特点就是能够对硫化氢这种油气开采环境中最多的气体进行防护，与此同时对于一些具有强
腐蚀作用酸性物质比如二氧化硫也可以进行有效防护，这是渗铝技术相对于其他技术来说自身独特的优势
收稿日期：２０２１－０２
作者简介：张永军，男，生于１９９０年，汉族，甘肃会宁人，本科，讲师，研
究方向：材料科学与工程。
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2021年 2月下 世界有金属119
世界有金属 2021年 2月下
120前沿技术
L eading-edge technology
陈天虹
和特点。在不断与其他工业领域进行结合应用的过程中，渗铝技术已经在逐渐成长为一种高效的表面处理技术，在当前被应用的一些表面处理技术中，渗铝技术是一种能够改善材料性能的优秀技术而且
拥有很广阔的发展前景。此外经过分析目前在各工业领域的一些应用，可以知道目前在抗渗碳的处理工艺上主要还是引进渗铝处理技术，在另一方面还可以使用渗铝的相关新材料对金属材料进行热处理从而更好地对表面达到防护效果，渗铝技术目前的主要操作是首先将渗铝转化为粉末状或者使用气体扩散相关技术对渗铝先进行处理然后通过热处理让粉末渗铝进行渗透处理从而在表面形成优良防护层。2.2 表层喷涂技术
教育督导论文表层喷涂技术是一种应用广泛的表面处理技术，它不仅仅适用于工业领域，对于建筑、新材料等领域也有很重要的作用，比如建筑外墙或者玻璃的处理。这种表层喷涂技术的主要作用就是在需要进行抗渗保护的金属材料的表面制造一层复合材料，这种复合材料有很多种目前主要是陶瓷以及
玻璃的复合材料[3]。
这种表层喷涂技术产生的表层使得处理过后的材料的防护性能有一个进阶式的提升从而使得材料具备抗渗碳的能力也能进一步地减小环境对于金属材料寿命的不良影响。表层喷涂技术的操作流程主要是首先在待处理的金属材料的表层覆盖上一层粉末状物质，其主要由二氧化硅、三氧化二铝、氧化钾、氧化钠、氧化钙、氧化镁等等化学物质组成，下一步就是将这些氧化物的混合粉末置于一定温度下面进行升温操作从而帮助金属材料进行抗防护性能的加持，除此之外这种表层喷涂技术可以在金属材料的表层覆盖上一层优良的以陶瓷和玻璃为混合主体的防护涂层从而使金属表层在覆盖上这一混合涂层
后延伸出优秀的连续性能以及便于吸附的附着性能，在另一方面对于容易出现开裂的金属零部件能够起到防止开裂的效果从而有效地避免零部件的金属表面出现不良孔状的情况[4]。针对这一表层喷涂技术，研究人员做出了非常多的针对性实验，这些实验表明由表层喷涂技术覆盖在金属材料表面的涂层是非常稳定的，实验人员在实验过程中将温度提升至一千摄氏度以上时，发现这些表面涂层也依旧没有从金属表面脱落，这些实验都很好地表明了表层喷涂技术对于金属材料抗渗碳性的显著提高。实验同时还将温度调节至较低状态观察相关物质的变化情况，比如二氧化硅在低温情况下不会发生化学还原反应进一步被还原成碳化硅，但是在低温情况下还是会出现一些问题，比如内部的二氧化硅会因为一些锰和铝等化学元素而发生化学还原反应从而在一定程度上使得对于碳渗透的防护能力变弱。2.3 气相沉积技术
气相沉积技术是一种先进的表面处理技术，它在众多对金属材料进行抗渗碳性处理的表面处理技术中都是最优秀的技术之一，气相沉积技术是一门包含很多具体分类的表面处理技术，技术人员从中发展出了物理、化学以及等离子等等沉积技术，这些不同的沉积技术都有各自的优缺点，而如何选取适合的表面处理技术就需要技术人员首先对金属材料的特性以及零部件的工作环境进行分析然后进行技术选
取工作从而选择与待处理金属材料最符合的气相沉积技术。以下对几种应用广泛的气相沉积技术进行说明。一是化学沉积法，这是应用相对广泛的一种方法，常用CVD 来表示，这项技术的基本应用原理
是通过首先对特殊物质的进行对应的气相热解沉积然后利用沉积出的物质在炉管表层覆盖上一层气相物质从而形成保护层，保护层成功覆盖金属表面之后就可以产生防渗碳效果，不仅如此对于结焦的不良状况也可以产生防护作用。但是这种技术也有自身的缺点存在，它的缺点是因为该技术产生的覆盖层基本都是单一物质保护层而不是其他技术产生的混合物质保护层，所以这种单一物质保护层在与金属材料结合时的结合能力就会比较差，这就造成金属材料与单一物质保护层形成的整体比较不耐摩擦。另一种物理沉积技术也是比较通用的技术，它主要运用磁力来控制气体进行溅射从而达到沉积的效果，此外如果将混合气体中的各气体的比例进行调整，最终得到的保护层也会产生相应的变化，这个变化主要发生在硅和氧之间，硅和氧占总物质的比例不同，最终产生物质的特性也会发生变化。在这个技术中，另一个因素就是温度，一般来说整个处理过程中温度会急速增高，在二至五小时的时间内最高时会达到三百度以上，最终产生的物质保护层的厚度经过测量通常是十微米左右[5]。这个方法同样有自己的缺点，这种技术所产生的硅和二氧化硅的混合物虽然可以在一定程度上提高金属的房渗碳性，但是这项技术本身存在自己的不易操作性，这就使得实际的应用时需要满足很多操作条件，需要一定的操作门槛，而且对于成本方面也会有一个很大的影响。另外一个沉积技术就是等离子沉积技术，等离子沉积技术的应用领域就比较广泛了它的原理是脱胎于CVD 沉积，也就是化学沉积法，这项技术的特点是它在操作过程中的环境温度会逐渐增高，技术人员通过将等离子注入操作环境中，等离子进行积高电子时产生的温度就可以被用来进行沉积，这项技术的产生主要是帮助一些材料的沉积温度发生变化从而保证在氧气含量较高的情况下，硅的氧化物质可以保持自身的稳定性，另一方面对于操作过程中所用到的模具也会具备相应的防渗碳能力。
3 结语
综上所述，在金属表面进行一些技术处理使得金属对于碳渗透的情况有一个很好的防护效果是非常有必要的，而相关技术人员应该保持不断学习的状态，吸收国内外众多先进的金属表面处理经验，锻炼自身对金属表面进行防渗碳处理的技术，从而让金属制成的零部件在工业生产中发挥更好的作用，最终帮助我国工业发展水平进一步提高。
[1] 斯晓，卢柯.一种对金属材料表层进行处理提高材料性能的测力装
置:,2018.
[2] 苗雪峰.一种提高金属工件耐气蚀性能的表面处理方法:,2020.
[3] 谢飞.提高乙烯裂解炉管抗渗碳性能的表面改性技术[J].石油化工腐蚀
与防护,2005(5).
hgt[4] 马仰峡.抗渗碳耐火纤维在无马弗(罐)渗碳炉中应用及性能研究[C]//
全国热处理节能及环保技术交流会.
[5] 荆栋.含铝尖晶石及渗铝HP40钢表面膜抗结焦渗碳性能研究[D].
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