新型气体渗氮工艺中介质材料的创新应用

1.气体渗氮装置

气体渗氮装置如图7-3所示，它一般由渗氮炉、供氨系统、氨分解测定系统和测温系统组成。渗氮炉有井式电阻炉、钟罩式炉及多用箱式炉等，均应具有良好的密封性。炉中的渗氮罐一般用12Cr18Ni9不锈钢制造，钢中的镍及镍的某些化合物对氨的分解具有很强的催化作用，而且随着渗氮的炉次增加，催化作用增强，使氮分解率不断增加，必须加大氨的通入量才能稳定渗氮质量。因此，在使用若干炉次后，应定期对渗氮罐进行退氮处理（退氮工艺为800～860℃，空载保温2～4h）。目前，已有低碳钢搪瓷渗氮罐应用于实际生产，可保证运行400h内氨的分解率基本不变。

图7-3 气体渗氮装置

1—氨瓶 2—干燥箱 3—氨压力表 4—流量计 5—进气管 6—热电偶 7—渗氮罐 8—氨分解率测定计 9—U形压力计 10—泡泡瓶

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图7-4 氨分解率测定仪

1—盛水器 2—进水阀 3—进气阀 4—排水、排气阀

2.气体渗氮介质

气体渗氮的介质是氨气，渗氮的结果主要由氨在炉内的行为来确定。在平衡状态下，当温度大于500℃时，理论上氨的分解率已达到99%，但在实际情况中，氨含量大于10%，远远大于平衡值，也就是说实际分解率远小于平衡分解时的理论分解率。当炉内存在混合气时，在炉气中氨含量相同的情况下，混合气含量越高，氨分解率越低。氨气的流量和压力可通过针形阀进行调节。罐内压力用U形油压计测量，一般控制在30～50mm油柱（1mm油柱≈8.5Pa）。泡泡瓶内盛水，以观察供氨系统的流通状况。在渗氮工艺控制技术中，渗氮气氛的“氮势”可定义为，可见氨分解率越低（通氮越多），氮势越高。生产中通常是通过调节氨分解率控制渗氮过程。氨分解率测定仪（见图7-4）是利用氨溶于水而其分解产物不溶于水这一特性进行测量的。使用时，首先关闭进水阀并将炉罐中的废气引入标有刻度的玻璃容器中，然后依次关闭排气阀和进气阀，打开进水阀，向充满废气的玻璃容器注水。由于氨溶于水，水占有的体积即可代表未分解氨的容积，剩余容积为分解产物占据，从刻度上可直接读出氨分解率。近年来，随着技术的发展，以电信号来反映氨分解率的测量仪器已投入生产应用，使得渗氮过程计算机控制成为可能。这种氨分解率测定仪器可分为两大类：一类是利用氢气、氮气及氨气的导热性差异测定氨分解率；另一类是根据多原子气体对辐射的选择吸收作用，用红外线测量炉气成分，从而确定氨分解率。

渗氮用液氨应符合GB536—1988《液体无水氨》中一级品的规定，纯度大于95%（质量分数）。导入渗氮罐前，应先经过干燥箱（装有硅胶、氯化钙、生石灰或活性氧化铝等）脱水，氨气中水的含量应小于2%（质量分数）。