固态渗碳剂及其应用

渗碳是钢铁制品常用的热处理强化工艺之一。所用的渗剂主要分固体、液体（盐浴）、气体和膏剂等多种。

（1）固体渗碳剂、固体渗碳也称粉末渗碳，是一种古老的热处理强化方法，虽具有渗速慢、质量难控制、劳动条件差等缺陷，但在单件、小批量、缺乏专用设备条件下，固体渗碳仍不失为一种经济实用的方法，故在国内外生产中仍在应用。

固体渗碳剂由5～10mm木炭块和碳酸钠或碳酸钡组成。要求木炭用硬木烧制，一则减少收缩，二则重复使用的寿命长，故北欧国家强调渗碳剂用的木炭要用山毛榉木烧制。固体渗碳剂商品洛阳龙门热处理材料厂有供应。

（2）盐浴渗碳剂 过去主要用氰盐，渗速快，质量效果好，但氰盐剧毒，废渣废水处理不当会严重污染环境，因此许多人在代替氰盐的渗碳上进行过许多探索，效果均不理想。

上海热处理厂在1960年开发出在中性盐基础上添加木炭的液体渗碳法，原料和反应产物无毒，能基本满足渗碳质量要求。因为是在1960年3月研制成功，故被命名为603渗碳剂。1964年机械部机械科学研究院派技改工作组到该厂时建议在盐浴中添加少量尿素，提高了渗速，改善了渗碳件质量。改进后的603渗碳剂成分（质量分数）为：40%NaCl、40%KCl、10%Na₂CO₃、10%渗碳剂，渗碳剂中含木炭粉、NaCl和（NH₂）₂CO。此类盐浴渗碳剂，洛阳龙门热处理材料生产出售，其商品牌号为YSC。

武汉材料保护所在1980年开发成功无氰液体渗碳工艺和NLC无氰液体渗碳剂。

该技术是在消化吸收Pure care 80B和Cecontrol等无氰液体渗碳技术基础上研制成的。盐浴由BS780基盐和CS900渗碳剂组成。BS789基盐是碱金属和碱土金属混合盐组成。熔化温度620～700℃，工作温度是780～950℃。盐浴是中性，没有有害物质。CS900由高碳素聚合物和促进剂提供碳源和调整盐浴活性，也不含有害物质。

按盐浴密度2.0g/cm³计，计算出四分之三坩埚容积的盐量，以防盐在熔化过程中溢出。BS780盐熔化后，在800～850℃逐渐加入5%～10%（质量分数）的CS900渗剂。待盐浴表面产生较多泡沫和不时有火苗时，在表面及时覆盖一层石墨粉，待温度升到950℃，静置保持1h，即可施行渗碳。生产过程中每隔2h，每100kg盐浴补充0.5～1.0kg CS900，盐面每隔1h补充一次石墨。表5-24所列为该渗剂在900～930℃的渗速。(www.xing528.com)

表5-24 NLC无氰液体渗碳剂在900～930℃的渗速

（3）气体渗碳剂 国内外最普遍使用的渗碳剂是吸热式气（载气）+丙烷（富化气）。吸热式气是用天然气（或丙烷、丁烷）和空气混合，在镍催化剂作用下在1000～1050℃反应生成，一般由用户在发生炉中自行制备。

由于天然气和液化石油气（LPG）供应曾有困难和纯丙烷、丁烷价格昂贵，不少工厂用甲醇炉内裂解气作载气，丙烷或煤油裂解气体作渗碳（富化）气进行渗碳。为减少甲醇用量，也可用氮气来稀释，组成N₂+甲醇（炉内裂解为CO+H₂）、成分接近甲烷吸热式气的所谓“合成气氛”（Endomix，artificial at-mosphere）。氮气的来源可用液氮，也可由用户用制氮机自行制备纯氮，液氮可在市场购买。

直生式渗碳法是将天然气（或丙烷）和空气混合直接通往炉中，再添加一定量的丙烷的渗碳方法，可用氧探头对此平衡反应的气氛进行控制。炉内裂解的滴注式气氛也是直生式气氛的一种。最典型有生式气氛渗碳工艺是Ipsen International公司的Supercarb法。

（4）渗碳膏剂 将木炭粉、炭黑、碳酸盐、黄血盐用水、油或其他粘合剂调至糊状涂于工件需渗碳表面，低温（80～120℃）烘干或自然干燥后放到渗碳箱内在炉中加热到880～930℃，按渗层深度要求保持适当时间，然后出炉冷却去壳重新加热淬火。如工件形状简单，最好用感应加热方式，渗速最快。在单件、小批量生产条件和缺乏专用设备时，可采用此种方法。渗碳膏剂商品在热处理工艺材料厂和有关商店有销售。