微波金属表面扩散渗碳工艺的研究

论文总字数：16828字

目 录

1 引言……………………………………………………………………1

1.1 研究背景…………………………………………………………………………………1

　　1.2 研究目标…………………………………………………………………………………1

　　1.3 微波技术…………………………………………………………………………………1

　　1.4 渗碳原理及作用…………………………………………………………………………3

　　1.5 传统渗碳和微波渗碳……………………………………………………………………3

2 实验流程………………………………………………………………6

　　2.1 测试反应温度……………………………………………………………………………6

　　2.2 基体准备…………………………………………………………………………………6

　　2.3 实验配方…………………………………………………………………………………6

　　2.4 保护层配比………………………………………………………………………………7

　　2.5 吸波材料…………………………………………………………………………………7

　　2.6 实验装置图………………………………………………………………………………7

　　2.7 实验步骤…………………………………………………………………………………8

3 实验内容………………………………………………………………9

　　3.1 实验仪器…………………………………………………………………………………9

　　3.2 反应机理…………………………………………………………………………………10

　　3.3 实验流程…………………………………………………………………………………11

　　3.4 样品检测…………………………………………………………………………………14

　　　　3.4.1 体式显微镜………………………………………………………………………14

　　　　3.4.2 显微镜检测………………………………………………………………………15

　　3.5 抗腐蚀实验………………………………………………………………………………17

　　3.6 Ｘ射线衍射………………………………………………………………………………17

　　3.7 硬度测试…………………………………………………………………………………18

4 总结与展望……………………………………………………………19

参考文献…………………………………………………………………20

致谢………………………………………………………………………21

微波金属表面扩散渗碳工艺的研究

黄宇宽

, China

Abstract:In this paper, the use of microwave absorption on some of the material has special effects of microwave heating characteristics of the rapid Q235 steel surface carburizing and nitriding.Under the action of electromagnetic field, the material can be selectively heated and heated rapidly.Under microwave irradiation, the formation rate of the infiltration layer is much larger than that of the traditional method, which can obtain the similar structure characteristics with the traditional carburizing conditions. All the layers are bright, uniform, compact and so on. The carburizing layer under microwave is formed in 1H. Compared to the traditional method of lengthy heating process, microwave absorbing material will be heated to a few minutes to hundreds of thousands of degrees, both to save a lot of time, and to be more efficient than the traditional resistance furnace.The influence of absorbing material, sintering time and sintering temperature on microwave carburizing is studied in this paper, compared with the traditional material surface strengthening process (carburizing). And the mechanism of microwave carburizing is analyzed.

Key words：Microwave heating; carburizing；rapid energy saving

1 引言：

　　利用微波对吸波材料独特的加热作用和快速加热来进行材料表面渗层的制备是材料性能改善的一种经济有效的新方法。能使工件在保持心部基体基本性能的条件下，在材料的表面获得更高硬度的表层，或提供表面改性提高对环境的抗腐蚀能力。设备投资少，高效节能加热新技术可以在基体表面获得更多，更高品质的渗层，微波在各种各种在新材料制备和表面功能化及应用上，将会发挥越来越大的作用和功能。

1.1 研究背景

微波扩散渗是通过微波加热的特殊加热环境将所需的组分通过扩散从材料表面渗入到基体内部。籍由扩散渗在表面产生固溶和沉积增强材料表面的性能。能在保持基体基本性能的条件下，在材料的表面获得更高硬度的表层，或提供表面对环境的抗腐蚀能力的提高。传统上，需采用特种的气体，在专门的工业气氛炉内进行，且局限于渗碳渗氮。对此的一个改进，采用固体渗组分技术。待渗工件表面与固体粉末的紧密接合，通过后者惰性化合物中的被渗组元化合物活化还原，在一定温度下实现被渗组元在工件表面的渗入。为此，我们已在实验中进行了研究，成功开展了自保护气氛粉末涂层钢件的表面渗碳渗氮研究，取得了明显效果。材料的表面性能明显提高，同时，具有操作方便、 使用设备简单、质量易控制等优点。

　　我们将通过微波加热特有的快速和选择局部性控制的研究，实现高效节能加热技术下对自保护气氛涂层钢件的表面渗技术的新突破。钢件的表面渗碳的研究已取得了一些的研究积累，研究的成功将推进表面渗技术在工业上的新的应用，推动节能减排新技术在传统工业上的应用，因而具有重要的意义。

1.2 研究目标

　　传统的金属材料表面扩散渗，由于其加热时间长，热能利用率低，金属材料在制备渗层时的长时间高温加热条件下易发生体性能的变化，从而限制了可制备材料的可用范围^[1]。本文研究微波加热下钢片表面渗的加热工艺及沉积层的性能，通过工件和涂敷微波吸收层对微波吸收加热的差别，促进工件表面与待渗入组元的界面反应速度，实现高温度梯度下的强化组元在工件表面的“瞬时快速渗入”，提高渗层厚度。为扩散渗技术在生产中的应用带来新的方法。

1.3微波技术

微波技术在钢铁材料生产加工中有着大量的应用。尤其是近几年来，因为人们对微波技术的了解不断加深，其在钢铁材料制备中的研究与应用也变得越来越普及且深刻，研究结果也显示了该技术具有传统加热技术不能相比的独特优势^[2].虽然，已有部分微波生产的研究成果获得初步的应用。但就整体来说，微波加工生产材料的大部分工作仍还限制于实验室，离普遍的工业化生产还需一段时间。因此在理论研究、设备生产以及加热工艺控制等方而仍需要大量的工作。微波技术是近21世纪以来最热门的研究领域之一，从天气预报到无线电视、无线电通讯再到厨具微波炉，对当代社会的进步和人们大众生活的发展产生着大量的影响^[3]。

微波加热技术具有显著的特点。如与传统电阻加热对比，微波具有升温速率快、加热效率高、成本低、产品性能优良和对环境基本没有污染等特点。所以微波加热技术应用领域广泛。可用于材料制备、冶炼金属、废料处理、食品生产、以及GPS、通信、军队和制药等领域。在生产生活方面，微波被作为一种加热能源加以利用。微波作为热源还具有可以从内部快速加热、选择性加热的特征，其升温方式是在吸收微波原料的整体进行，而不同于传统加热热量由外而内传递。利用微波加热技术制备材料，就是利用一些吸波材料能够吸收电磁波产生的热效应来对材料进行升温^[4]。并且具有如下几个优势：

1)微波加热对被热处理的钢片里外一起加热，短时间内就可以达到所需温度.热传递速度快、能源利用率高、消耗资源少。

2)微波对处理的材料的穿透深度要远高于传统加热的穿透深度，可达几十至几百微米。

3)微波加热主要特点是均匀加热。传统加热方法为了提高升温速率，就需要提高加热温度，容易产生表面温度高内里温度低的现象。但对微波加热而言，加热材料各部位通常都能均匀渗透微波，同时产生加热，因此加热物体的均匀性大大提高。

4)在微波加热、烘干中，无废水、废气、废料产生，也无电磁辐射和加热残留物遗留。实验用的微波炉的电磁波泄露也远远的低于国家制订的安全标准，是一种安全无害的新技术。^[5] 微波加热比起传统的加热有几个优点，主要是因为它可以在一个多组分选择性地加热材料，产生一个独特的温度分布。

潜在的优势包括以下几个部分：

1）由于微波加热的温度梯度会高于那些在常规的加热情况下，扩散组分的浓度梯度也将随之更陡。在大多数情况下，这应该提高材料表面性能，并减少加热部分的整体性能影响。

2）这个过程将更快。由于微波能量选择性吸收的特点，将加热的基体迅速拥有足够的温度与活化剂反应。反之，因为周围的实验装置是较凉的，这部分冷却速度更快。此外，微波增强扩散的过程在表面区域，如果有的话，会进一步提高反应中的动力源。

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