滲金屬是用金屬元素飽和零件的表面，使零件具有某些特定的物理化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)熱處理方法，同其他化學(xué)熱處理過(guò)程一樣，也包括滲入金屬的介質(zhì)分解、吸收以及金屬原子的擴(kuò)散。由于金屬原子在鋼中的擴(kuò)散速度比碳、氮等原子慢得多，因此滲金屬是在更高的溫度和更長(zhǎng)的保溫時(shí)間下進(jìn)行的。

滲鉻是常見(jiàn)的滲金屬的一種，滲鉻后在零件的表面形成鉻、鐵、碳的滲層，具有耐蝕能夠、抗氧化性、耐磨性和較好的抗疲勞性能等，滲鉻與鍍鉻相比，滲鉻層致密，滲層與基體的結(jié)合較牢固，因此應(yīng)用更為廣泛。

(1)常見(jiàn)滲鉻的方法和特點(diǎn)

按照介質(zhì)存在狀態(tài)的不同，一般分為三種：固體法、液體法和氣體法。

①固體法  根據(jù)使用熱處理設(shè)備的差異又分為粉末法、粒狀法和膏劑法。通常前兩種用于大批量生產(chǎn)，將工件封箱處理，冷卻后直接使用，也可直接淬火處理或重新加熱，該方法應(yīng)用廣泛。后一種在保護(hù)氣氛爐、真空爐等設(shè)備中進(jìn)行，隨爐冷卻或直接淬火，適用于單件和小批量生產(chǎn)。

②液體法  有熔鹽法和電解法兩種，熔鹽法是指將預(yù)滲的工件放入熔鹽中加熱滲鉻，可直接出爐淬火或出爐冷卻，該工藝應(yīng)用較多；電解法是在電解液中進(jìn)行，也可直接出爐淬火或出爐冷卻，出于環(huán)保的角度，應(yīng)用較少。

③氣體法  是將工件在密閉的容器內(nèi)進(jìn)行滲鉻處理，同樣可以直接出爐淬火或出爐冷卻，滲鉻的特點(diǎn)：整個(gè)生產(chǎn)流程便于操作和控制；滲層的韌性好，可進(jìn)行淬火處理；滲層??；滲層的綜合力學(xué)性能較好。通常為了保持滲鉻層良好的性能，需加熱淬火的零件應(yīng)在保護(hù)氣氛爐或真空爐等熱處理設(shè)備中進(jìn)行。

(2)滲鉻工藝

滲鉻后的工件提高了抗腐蝕性、耐氧化和抗磨性能，同時(shí)也具有良好的疲勞性能，因此保護(hù)精密零件如各種游標(biāo)卡尺、千分尺等零件的正常工作。滲鉻后工件的綜合性能較好，常用于耐磨、耐腐蝕工件的化學(xué)處理。滲鉻時(shí)間愈長(zhǎng)，表面滲鉻層越厚，則效果越好。

滲鉻工藝中的工藝參數(shù)為溫度、保溫時(shí)間，滲鉻為金屬間的相互作用，原子半徑相差不大，故原子的遷移困難，因此必須提高滲鉻溫度和延長(zhǎng)時(shí)間。

①固體滲鉻分為兩個(gè)過(guò)程，首先固體金屬與催滲劑發(fā)生反應(yīng)后生成該元素的氯化物氣體，然后氯化物與工件表面的鐵進(jìn)行置換反應(yīng)，生成活性原子滲入鋼件表面。反應(yīng)式為：

MeCln+Fe=FeCln+[Me]

高溫固體滲鉻反應(yīng)為：Cr+2NH4Cl=CrCl2+2NH3+H2

CrCl2+Fe=FeCl2+[Cr]

目前使用較好的粉末滲鉻劑配方為10%  Cr2O3+4%A1+2%NH4Cl+1%  Cul2+余量Al2O3，T12A鋼在950℃，4h滲鉻處理后可得到11μm的鉻的碳化物層[，其相結(jié)構(gòu)為(Cr，F(xiàn)e)7C3和少量Fe3C，過(guò)渡層為α-Fe基體上分布著(Cr，F(xiàn)e)7C3。

對(duì)3Cr2W8V熱作模具鋼進(jìn)行滲鉻處理，滲鉻劑的成分為60%高碳鉻鐵+38% Al2O3+2% NH4Cl，進(jìn)行1050℃×15h的滲鉻處理。然后對(duì)其進(jìn)行熱處理：550～600℃預(yù)熱，保溫1h，1050～1070℃加熱，保溫5～6min，預(yù)冷至850～900℃，淬入50～60℃的熱油中，當(dāng)模具的溫度冷至100～200℃時(shí)，在碳酸鈉的液體中煮沸1h。最后沖頭或上模在550℃×3h后冷卻，再進(jìn)行180℃×2h的低溫回火，而下模采用650℃×3h回火。實(shí)踐證明經(jīng)過(guò)滲鉻處理和熱處理后的熱作模具使用壽命提高7～8倍。

②液體滲鉻是將清洗干凈的鋼件預(yù)熱后，放入熔融的金屬中或能析出活性原子的鹽浴中停留一段時(shí)間，達(dá)到要求的滲層后取出空冷。一般推薦采用鹽浴成分為15% Cr2O3+12.5%REMg9-8稀土硅鎂+72.5%硼砂，該配方具有活性強(qiáng)、流動(dòng)性好、使用周期長(zhǎng)、耐腐蝕、無(wú)沉淀等特點(diǎn)，用于處理中、高碳碳鋼、合金鋼等可獲得高的硬度、好的耐磨性、高的耐腐蝕性，以及形成高的高溫抗疲勞氧化性的鉻、碳的碳化物層。

③氣體滲鉻是在該種金屬的氯化鹽的氣氛中進(jìn)行。另外還有真空滲鉻，其具有很強(qiáng)的耐蝕性，40Cr、20經(jīng)滲鉻后腐蝕率很低，故效果十分明顯。

(3)影響滲鉻的工藝參數(shù)

①溫度的影響  在滲鉻過(guò)程中，溫度的高低對(duì)滲層的影響十分明顯，所采用的設(shè)備不同，其溫度也有差異，通常的規(guī)律為：固體滲鉻溫度高于液體和氣體滲鉻溫度；合金鋼的滲鉻溫度高于碳鋼；高熔點(diǎn)的合金滲鉻溫度高于鋼。隨著溫度的升高，零件表面的滲層增厚，綜合考慮到設(shè)備因素、滲層等技術(shù)要求，一般選用的滲鉻溫度為900～1100℃。

②時(shí)間的作用  滲鉻時(shí)的保溫時(shí)間長(zhǎng)短是確定滲鉻層的十分關(guān)鍵的因素，在滲鉻過(guò)程中，鉻原子需要克服鋼中碳、合金元素阻礙其擴(kuò)散的阻力，滲入零件的表面。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，開(kāi)始階段滲層厚度增加很快，隨后速度緩慢，時(shí)間與滲層呈對(duì)數(shù)曲線關(guān)系，如達(dá)到滲層0.005～0.040mm，則一般的時(shí)間為3～6h為宜。

③合金元素的影響  滲鉻工藝廣泛應(yīng)用于鋼鐵材料、有色金屬、硬質(zhì)合金等材料中，在生產(chǎn)實(shí)踐中起著十分重要的作用。合金元素對(duì)滲鉻層的影響很大，合金元素的含量越高則滲層越淺，因此滲鉻零件的合金元素不宜過(guò)高。

考慮到滲鉻零件的化學(xué)成分的不同，對(duì)低碳鋼和低碳合金鋼而言，鉻固溶于鋼的基體中，與碳結(jié)合為Cr23C6碳化物，阻礙鉻原子的擴(kuò)散進(jìn)行，滲鉻層的厚度變??；對(duì)中、高碳鋼和中、高合金鋼而言，其滲層全為金屬碳化物覆蓋層，滲鉻層的厚度取決于碳原子的擴(kuò)散速度，由于碳原子的含量增高，故滲層越厚。對(duì)零件進(jìn)行預(yù)先處理，提高表面的含碳量，可提高滲鉻的速度和厚度等，如預(yù)滲碳、碳氮共滲或氮碳共滲等。

總之，鋼中含有形成碳化物的合金元素多，含量越高，則碳在鋼中的擴(kuò)散的速度慢，金屬碳化物覆蓋層變薄，而鋼中的硅元素含量高，將促使碳原子擴(kuò)散能力越強(qiáng)，金屬碳化物覆蓋層越厚。