對提高金屬材料抗滲碳性能的表面處理技術的探析

張永軍

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

在目前我國的工業制造相關行業中，各種設備都需要使用到金屬材料，它對于整個行業的幫助作用是無處不在的，因此如何將金屬材料的性能進一步優化，尤其是耐用性方面進行提高成為了相關研究人員持續研究的課題。針對目前的金屬零部件在實際工業領域所發生的損耗情況，對于金屬材料抗滲碳性能提高的研究更是非常迫切。

1 抗滲碳技術研究的重要性

在對當前工業領域所運用的金屬表面處理技術的相關情況進行分析過后發現金屬的相關表面處理技術在實際工業過程中發揮了很大的作用，使得金屬的使用壽命普遍變長，而且金屬材料在工作過程中受碳滲透影響的情況也減少了很多[1]。

經過相關技術研究人員長期的研究，目前在與其他領域進行結合的實例中已經出現了眾多工作效果良好的高新金屬材料表面處理技術，這其中表現優秀的技術主要有氣相沉積、表層噴涂以及化學反應覆蓋膜等金屬表面處理技術，這些相關技術都表現出了強大的優越性和廣闊的發展前景。而金屬材料的表面處理技術未來還會隨著我國工業化的推進展現出更強大的生命力。

研究人員經過實驗發現，當前在工業領域應用的金屬材料零部件在高溫的環境中長時間使用時，會與空氣中的一些化學物質發生反應，具體表現為如果空氣中碳含量較高而且溫度過高時，碳元素就會逐漸通過滲透作用經過金屬表面進入金屬元器件內部中，這種情況就會很大程度上影響該零部件的工作性能以及總體使用時長，因此金屬零件在制造時就應該對其表面進行抗滲碳的處理從而進一步延長金屬材料制成的零部件的使用壽命[2]。目前提高金屬材料抗滲碳性領域存在著很多技術，但經過實際研究，對金屬使用一些表面處理技術是相對優秀的一種方式，這種方式實際上就是利用一些表面處理技術使得金屬表面覆蓋上一層保護金屬不受碳元素侵蝕的保護膜從而提升金屬的防護能力，這種保護膜一般是氧化膜，氧化膜的內部主要是由一些氧化物組成，這些氧化物由于其化學特性能夠表現出非常好的穩定性和致密性。基于以上這些特點，在金屬表面進行相關表面處理技術對于金屬零部件是非常重要的。

2 提高金屬抗滲碳性的表面處理技術

目前常用的對金屬材料進行抗滲碳能力提高的方式有很多種，但大多都是基于在金屬材料的表面形成一層特殊物質覆蓋的保護層從而防止空氣中的碳元素通過金屬制品表面滲透進入金屬內部，這樣可以最大程度減小碳元素對于金屬材料的影響，因此這些技術可以很好地提高金屬制品的耐用性，使金屬制品的使用壽命大大延長，以下分別對幾種優秀的提高金屬材料抗滲碳性的表面處理技術進行詳細介紹。

2.1 化學處理技術

在對金屬材料的研究歷程進行分析后發現金屬的抗滲碳能力的研究得益于滲鋁技術的突破，最開始是在油氣相關產業，由于其工作環境的特殊性，研究人員為了保護相關設備而逐漸發展了滲鋁技術，這種技術的特點就是能夠對硫化氫這種油氣開采環境中最多的氣體進行防護，與此同時對于一些具有強腐蝕作用酸性物質比如二氧化硫也可以進行有效防護，這是滲鋁技術相對于其他技術來說自身獨特的優勢和特點。在不斷與其他工業領域進行結合應用的過程中，滲鋁技術已經在逐漸成長為一種高效的表面處理技術，在當前被應用的一些表面處理技術中，滲鋁技術是一種能夠改善材料性能的優秀技術而且擁有很廣闊的發展前景。此外經過分析目前在各工業領域的一些應用，可以知道目前在抗滲碳的處理工藝上主要還是引進滲鋁處理技術，在另一方面還可以使用滲鋁的相關新材料對金屬材料進行熱處理從而更好地對表面達到防護效果，滲鋁技術目前的主要操作是首先將滲鋁轉化為粉末狀或者使用氣體擴散相關技術對滲鋁先進行處理然后通過熱處理讓粉末滲鋁進行滲透處理從而在表面形成優良防護層。

2.2 表層噴涂技術

表層噴涂技術是一種應用廣泛的表面處理技術，它不僅僅適用于工業領域，對于建筑、新材料等領域也有很重要的作用，比如建筑外墻或者玻璃的處理。這種表層噴涂技術的主要作用就是在需要進行抗滲保護的金屬材料的表面制造一層復合材料，這種復合材料有很多種目前主要是陶瓷以及玻璃的復合材料[3]。這種表層噴涂技術產生的表層使得處理過后的材料的防護性能有一個進階式的提升從而使得材料具備抗滲碳的能力也能進一步地減小環境對于金屬材料壽命的不良影響。表層噴涂技術的操作流程主要是首先在待處理的金屬材料的表層覆蓋上一層粉末狀物質，其主要由二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鉀、氧化鈉、氧化鈣、氧化鎂等等化學物質組成，下一步就是將這些氧化物的混合粉末置于一定溫度下面進行升溫操作從而幫助金屬材料進行抗防護性能的加持，除此之外這種表層噴涂技術可以在金屬材料的表層覆蓋上一層優良的以陶瓷和玻璃為混合主體的防護涂層從而使金屬表層在覆蓋上這一混合涂層后延伸出優秀的連續性能以及便于吸附的附著性能，在另一方面對于容易出現開裂的金屬零部件能夠起到防止開裂的效果從而有效地避免零部件的金屬表面出現不良孔狀的情況[4]。針對這一表層噴涂技術，研究人員做出了非常多的針對性實驗，這些實驗表明由表層噴涂技術覆蓋在金屬材料表面的涂層是非常穩定的，實驗人員在實驗過程中將溫度提升至一千攝氏度以上時，發現這些表面涂層也依舊沒有從金屬表面脫落，這些實驗都很好地表明了表層噴涂技術對于金屬材料抗滲碳性的顯著提高。實驗同時還將溫度調節至較低狀態觀察相關物質的變化情況，比如二氧化硅在低溫情況下不會發生化學還原反應進一步被還原成碳化硅，但是在低溫情況下還是會出現一些問題，比如內部的二氧化硅會因為一些錳和鋁等化學元素而發生化學還原反應從而在一定程度上使得對于碳滲透的防護能力變弱。

2.3 氣相沉積技術

氣相沉積技術是一種先進的表面處理技術，它在眾多對金屬材料進行抗滲碳性處理的表面處理技術中都是最優秀的技術之一，氣相沉積技術是一門包含很多具體分類的表面處理技術，技術人員從中發展出了物理、化學以及等離子等等沉積技術，這些不同的沉積技術都有各自的優缺點，而如何選取適合的表面處理技術就需要技術人員首先對金屬材料的特性以及零部件的工作環境進行分析然后進行技術選取工作從而選擇與待處理金屬材料最符合的氣相沉積技術。以下對幾種應用廣泛的氣相沉積技術進行說明。一是化學沉積法，這是應用相對廣泛的一種方法，常用CVD來表示，這項技術的基本應用原理是通過首先對特殊物質的進行對應的氣相熱解沉積然后利用沉積出的物質在爐管表層覆蓋上一層氣相物質從而形成保護層，保護層成功覆蓋金屬表面之后就可以產生防滲碳效果，不僅如此對于結焦的不良狀況也可以產生防護作用。但是這種技術也有自身的缺點存在，它的缺點是因為該技術產生的覆蓋層基本都是單一物質保護層而不是其他技術產生的混合物質保護層，所以這種單一物質保護層在與金屬材料結合時的結合能力就會比較差，這就造成金屬材料與單一物質保護層形成的整體比較不耐摩擦。另一種物理沉積技術也是比較通用的技術，它主要運用磁力來控制氣體進行濺射從而達到沉積的效果，此外如果將混合氣體中的各氣體的比例進行調整，最終得到的保護層也會產生相應的變化，這個變化主要發生在硅和氧之間，硅和氧占總物質的比例不同，最終產生物質的特性也會發生變化。在這個技術中，另一個因素就是溫度，一般來說整個處理過程中溫度會急速增高，在二至五小時的時間內最高時會達到三百度以上，最終產生的物質保護層的厚度經過測量通常是十微米左右[5]。這個方法同樣有自己的缺點，這種技術所產生的硅和二氧化硅的混合物雖然可以在一定程度上提高金屬的房滲碳性，但是這項技術本身存在自己的不易操作性，這就使得實際的應用時需要滿足很多操作條件，需要一定的操作門檻，而且對于成本方面也會有一個很大的影響。另外一個沉積技術就是等離子沉積技術，等離子沉積技術的應用領域就比較廣泛了它的原理是脫胎于CVD沉積，也就是化學沉積法，這項技術的特點是它在操作過程中的環境溫度會逐漸增高，技術人員通過將等離子注入操作環境中，等離子進行積高電子時產生的溫度就可以被用來進行沉積，這項技術的產生主要是幫助一些材料的沉積溫度發生變化從而保證在氧氣含量較高的情況下，硅的氧化物質可以保持自身的穩定性，另一方面對于操作過程中所用到的模具也會具備相應的防滲碳能力。

3 結語

綜上所述，在金屬表面進行一些技術處理使得金屬對于碳滲透的情況有一個很好的防護效果是非常有必要的，而相關技術人員應該保持不斷學習的狀態，吸收國內外眾多先進的金屬表面處理經驗，鍛煉自身對金屬表面進行防滲碳處理的技術，從而讓金屬制成的零部件在工業生產中發揮更好的作用，最終幫助我國工業發展水平進一步提高。