1、秘！某外資粉末冶金公司內(nèi)部培訓教材之表面蒸汽處理(1/2)2014-10-15黑占右遑注 粉末冶金圈點擊上方藍字關(guān)注我們m序言為了提高鐵基粉末冶金制品抗腐蝕的能力，有時還進行必要的表面處理和其 他處理，如蒸氣處理、電鍍浸漬等，經(jīng)處理后，制品表面生成一層抗腐蝕的薄，或者鍍復一層薄膜等，以防止腐蝕介質(zhì)對制品的侵蝕或獲得其他性能要求。氣處a蒸氣處理就是把制品放在過飽和蒸氣中加熱，水蒸氣和制品表面的鐵發(fā)生氧 化反應，生成一層新的氧化膜。當氧化膜主要為致密的Fe3O4時，該氧化膜具 有防銹的能力，并且稍許提高制品的強度和硬度，在運轉(zhuǎn)中又能降低摩擦系數(shù)， 因而提高了耐磨性和抗腐蝕性。目前該公司蒸汽處理有兩

2、種形式：一是連續(xù)黑化，另一種是井式黑化。這兩 種形式的基本原理是一樣的。但兩者之間也有差別。他們的黑化層的厚度不同。一般井式黑化的厚度層是4um，最厚的可以達到10um.連續(xù)黑化的厚度層為2um。蒸氣處理的基本原a蒸氣處理在不同的溫度和蒸氣壓力下，能生成Fe3O4、也能生成FeO。FeO 是一種不致密的多孔結(jié)構(gòu)、并且與基體鐵的結(jié)合強度很弱，不能起到保護表面層 的作用。所以這個反應在蒸氣處理過程中是不希望的。鐵、氧化鐵、與水蒸汽、 氫氣（反應生成的），在不同溫度下是可逆的平衡反應。水蒸汽處理溫度低于570C時，3Fe+4H26Fe3O4+4H2水蒸汽處理溫度高于570C時，F(xiàn)e+H2AFeO+H

3、2溫度高于570C時，與FeO共同存在。在570C以上生成的FeO，當溫度降低 到達570C以下時，F(xiàn)eO不穩(wěn)定，易分解成Fe3O4/Fe，組織的抗蝕性不佳，容 易被腐蝕，將按下式發(fā)生共析分解：4FeO-Fe3O4+Fe這時生成的Fe具有強烈的腐蝕傾向。這就是一般蒸汽處理時，為什么規(guī)定溫度 不高于570C的理論根據(jù)。此時FeO與Fe3O4的比例則與冷卻速率有關(guān)，冷卻愈快則殘留的FeO愈 多。這就是連續(xù)式蒸汽處理爐冷卻部不是水冷，與燒結(jié)爐不一樣，而爐尾采用保 溫。且爐尾溫度不宜過低，防止冷卻過快；另一方面防止水蒸汽在爐尾形成冷凝 水，而滴落產(chǎn)品表面而形成銹斑（Fe2O3）。一般爐尾溫度控制在18

4、0C 380C 左右（針對本公司連續(xù)式蒸汽處理爐而設定的工藝條件）。在溫度高于570C以上，根據(jù)理論，所得氧化層由內(nèi)往外分別為Fe , FeO, Fe3O4與Fe2O3，愈接近外界，氧化物的氧含量愈高，此時的Fe2O3層為青 白色，極薄而不易觀察到，系零件在高溫下由爐內(nèi)取出時，與空氣發(fā)生反應而產(chǎn) 生。因此井式黑化爐出爐溫度不宜過高。一般480C500C時出爐。但是要提出，當零件的碳含量約0.8 1.0%,且處理的負載量很大，若直接 將零件由高溫移到空氣中冷卻，空氣將會與零件中的碳發(fā)生放熱反應，所釋放的 熱會使鐵產(chǎn)生紅銹。所以，對于碳含量較高的零件，一般400OC450OC時出爐 （針對本公司井

5、式爐狀況而設定的工藝條件）。當蒸汽處理的氣氛中水分含量高，也就是K= H2O /H2高于臨界值時，將 發(fā)生下列反應：2Fe3O4+ H263 Fe2O3+ H2就K= H2O / H2來看，在下列二種情況下，K都可能增大到大于臨界值。 是氣氛中含H2量很少，比如，在一個大爐子中僅處理幾個小的鐵零件時，一 是由于水進入爐膛，H2O的濃度增大。比如，溫度400C時，F(xiàn)e2O3/ Fe3O4 處于平衡狀態(tài)的K值為9。若有水滴在零件的表面，則水濕處的K值可能達到 100，因這時K9，在400C下，在零件表面的滴水處將生成Fe2O3被處理的零件加熱不充分時，通入的水蒸汽也可能在被處理的零件上凝結(jié)為 水，

6、這也可能增高爐膛中水的濃度。紅色氧化鐵（即鐵銹）疏松多孔，不粘附在Fe基體上。因此，在蒸汽處理 中應盡量避免生成紅色氧化鐵（Fe2O3）。當水蒸汽處理的氣氛中含有游離O2時，也可能由于下列反應生成紅色氧化 鐵：2Fe3O4+2H2O+1/2O23 Fe2O3+2 H2O因此，蒸汽處理時，零件裝爐后必須將爐中的空氣全部趕出，將處理氣氛中 的含氧量降低到0.1%以下。一般認為制品孔隙度小于20%時實際上只是在制品表面上形成一層Fe3O4 薄膜，厚度一般控制在34微米，水蒸汽不能侵入到制品內(nèi)部。但當制品孔隙 度大于2 0%時，隨著孔隙度增加，氧化增重也增加，即孔隙度增大、制品被蒸汽氧化量也增多。（二

7、）蒸汽處理的優(yōu)缺點蒸汽處理的優(yōu)點1.鐵基零件的耐磨性得到改善，位于零件表面的在連通孔隙網(wǎng)中形成的氧化鐵 磨去后，位于孔隙網(wǎng)中的內(nèi)層氧化鐵仍可連續(xù)地提供耐磨性；. Fe3O4層非常牢固地粘附在鐵基體上；.依據(jù)處理條件，抗壓強度可增高達25%左右；. Fe3O4層厚達5um左右時，將變成非滲透性的，從而使所處理的燒結(jié)機械 零件的抗銹蝕性得到改進。在孔隙中產(chǎn)生局部腐蝕電池的危險性減小；蒸汽處理可將表面孔隙封閉。從而，可防止以后電鍍時電解質(zhì)滲入和殘留在 零件內(nèi)部；當燒結(jié)鐵基零件表面的孔隙全部被封閉時，可承受高的氣體壓力；一般來說，水蒸汽處理時，尺寸會增加，但增加很小。對燒結(jié)零件的尺寸精 度影響不大；（

8、有些產(chǎn)品外徑尺寸不但不增大，反而處理后會收縮）XGTT154-2F水蒸汽處理經(jīng)濟。蒸汽處理封閉孔隙的費用大約為滲銅封孔費用的15%，約 為樹脂浸漬封孔費用的30% ；水蒸汽處理后，特別是浸油后，零件外觀呈藍黑色；已證實，某些合金（例如，F(xiàn)e-Cu合金）在蒸汽處理的同時發(fā)生沉淀硬化，從而改進材料的性能。汽處理的缺點：抗壓強度、沖擊強度及延展性都有所減低。（三）水蒸汽處理對燒結(jié)鐵基零件孔隙度的影響燒結(jié)鐵基零件一般都是多孔性的。含有的孔隙有二種：一是與表面的開口孔 隙，一是孤立的不與表面連通的孤立孔隙。這兩種孔隙的總和叫做總孔隙度。水蒸汽不斷于所有開口孔隙的表面發(fā)生反應，致零件氧化增重，從而引起開口

9、孔 隙度的減小，在處理初期，一些開口孔隙變成了孤立孔隙，這些孤立孔隙并沒有 被鐵的氧化物填滿。下圖模型說明了這種情況。一旦開口孔隙被孤立，它就不再 能接觸新鮮水蒸汽，因此，這些孔隙表面的氧化層就只能靠擴散來增厚了。（三）水蒸汽處理對燒靖鐵基零件孔隙度的影響燒結(jié)鐵基零件一般都是多孔性的。含有的孔隙有二種：一是與表面的開口孔 隙，一是孤立的不與表面連通的孤立孔隙。這兩種孔隙的總和叫做總孔隙度。水蒸汽不斷于所有開口孔隙的表面發(fā)生反應，致零件氧化增重，從而引起開口孔 隙度的減小，在處理初期，一些開口孔隙變成了孤立孔隙，這些孤立孔隙并沒有 被鐵的氧化物填滿。下圖模型說明了這種情況。一旦開口孔隙被孤立，它

10、就不再 能接觸新鮮水蒸汽，因此，這些孔隙表面的氧化層就只能靠擴散來增厚了?？紫豆铝⒛Ｐ蚆初始階段b）封閉時，箭頭指水 汽流動方向反應得到的氧化物組成成分分布視反應溫度而定，若溫度較低（小于570。0 則可得到較多的Fe3O4但氧化層的生成速率卻很慢若溫度偏高大于600。）, 則大部分為FeO，而其生成速率卻很快。利用高溫處理雖然可縮短反應時間而 得到表面膜厚相同的氧化層。但FeO的高速成長會迅速地將零件表面的開口孔隙封住，使得蒸汽所能滲 入作用的區(qū)域變窄，也就是說水蒸汽不能供給內(nèi)部孔隙，內(nèi)部孔隙表面未能充分 的氧化，僅只增大表面氧化層的厚度。因此對于密度相同的零件，當反應時間相 同，以高溫處理所增加的重量反而比以低溫處理的低。處理時間的影響當氧化開始時，其反應速率很快，但隨著氧化層厚度的增加，水蒸汽所能擴 散至內(nèi)部反應的量減少，反應速率亦隨之減緩。約二小時后反應即已大部分完成。零件密度的影響水蒸汽主要是靠零件內(nèi)部連接網(wǎng)路而得以擴散至內(nèi)部反應，當零件密度愈 高，其通孔的量亦愈少，通孔也愈容易變?yōu)殚]孔，因而其蒸汽處理的效果較密度 低的差。鐵粉類型的影響在相同的蒸汽處理條件下，由海綿鐵粉制造的零件比由水霧化鐵粉制