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让我们足以自豪的古代金属表面加工化学热处理工艺

更新时间:2018-03-08 点击数:993

让我们足以自豪的古代金属表面加工化学热处理工艺

金属表面加工化学热处理工艺在我国古代就有许多文献记载,主要是用来改变器件表面或局部的化学成分和机械性能。凯东科技认为可以用一句话介绍:将工件置于一定温度的活性介质中加热保温,让一种或几种元素渗入其表层,利用化学反应、有时兼用物理方法改变钢件金属表层化学成分及组织结构,以便得到比均质材料更好的金属表面加工热处理工艺。由于机械零件的失效和破坏大多数根源发生在表面层,尤其是在可能引起的磨损疲劳、金属氧化腐蚀等条件下的工作零件,金属表面层的性能凸显出重要性。

经化学热处理后的钢件,实质上可以认为是一种特殊复合材料。心部为原始成分的钢,表层则是渗入了合金元素的材料。心部与表层之间是紧密的晶体型结合,它比电镀等表面复护技术所获得的心、表部的结合要强得多。古代钢的化学热处理包括表面渗碳和渗碳增氮和表面渗氮三个方面。

表面渗碳

表面渗碳技术,至少可上推到汉魏时期,西汉中期的刘胜佩剑和错金书刀内层含碳量最低处为0.05%,最高不超过0.150.4%,而表面含碳量却达0.6%以上,渑池汉魏时代的一把铁镰,刃口中心珠光体量为30%,而边缘却达70%。显然,这种碳分布是由于表面渗碳造成的。

渗碳增氮

上面谈的工艺中,渗剂基本上是一些含碳物质,主要是对工件进行渗碳;此外,明清时期人们还使用过一种含氮渗剂,通常也做成膏状,在渗碳的同时可能还有一些氮渗入,即现在所说的碳氮共渗。在此工艺配方中,箬皮是一种禾本科竹的皮,箬皮和牛角烧成的灰含有一定的碳成分,当然都含有一定的氮。而青盐主要成分是氯化钠,是渗碳处理的常用促进剂,添加青盐主要是使其成为熔融状态,因此,这可能属于一种固液化学热处理方法。

在此工艺中,卤砂为氯化铵天然产物,含氮,其目的主要在于供氮。“复炼如前”主要是循环渗入,根据“烧红为度”,可以判断其温度约为650℃,因此,这种工艺极有可能是一种氮碳共渗。

表面渗氮

在古代文献的分析中,我们还注意到古人有仅采用含氮物质的处理方法。《篆刻碱度》对此有详细记述:“尝见炼新刀者,用猪牙、头发及硝,各烧灰等分,酽醋调画刀口,如锯齿状,号为马牙钢。”其中硝是硝酸钾,属供氮原料。明,方以智《物理小识》卷八“器用类•淬刀法”条说:“以酱同硝涂錾口,锻赤淬火。”其中酱可能是主要用作为黏结剂使用的, 而硝酸钾为主要渗剂。

硝酸钾可加热分解为亚硝酸钾,而亚硝酸钾会进一步在加热的过程中析出氮原子,因此硝酸钾可作为渗氮剂。以硝酸钾为渗氮剂的渗氮方法现在仍被有时应用来代替氰化盐进行液体渗氮。由于氯化胺和硝酸钾的有效作用温度均小于700℃。若采用卤砂和硝作为渗入剂,古人一般不会用高于700℃的处理方法。

因此,可以认为上述的金属表面加工处理的主要效果是渗氮。


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