汽车零部件丙烷气体渗碳时气氛净化工艺及效果

　　众所周知，热处理是通过改变材料组织使机械零件或产品获得所需性能并保证使用安全可靠的工艺过程，是机械制造工程的重要组成部分。为了提高钢质零件的耐磨性和疲劳强度，往往对表面进行硬化处理。表面硬化处理有淬火等各种方法，但渗碳淬火的历史比较持久且应用范围广泛。

　　1 概论

　　1.1 关于非马氏体组织

　　在渗碳淬火件表面层中经常出现连续或不连续的网状或块状黑色组织， 此处恰好是表层压应力最大区域， 已被公认是由于内氧化而贫合金化元素导致形成屈氏体类组织，也被称为非马氏体组织。一旦形成此类组织，其后果是降低表面硬度和耐磨性以及疲劳极限[1-2]。

　　1.2 丙烷气体渗碳

　　山东上汽汽车变速器有限公司生产的汽车零件齿轮轴的热处理主要采用丙烷气体渗碳和碳氮共渗两种方法。用丙烷气制备吸热式气氛的反应式如下(用镍作催化剂，反应温度≥1000℃)：

　　丙烷与空气以1∶7.14 的比例混合在镍的催化下加热裂解成以N₂、H₂、CO、C₂、H₂O为主的混合气体。 其中，CO在渗碳温度下，它在工件表面分解出活性碳原子，即CO→CO₂+[C]+Q。由于它有产生活性碳原子的能力，是一种渗碳较弱的渗碳气氛;氢气虽然使钢脱碳，但在高温下作用不强烈，相反，当炉内的氢气含量较高时，可以延缓碳氢化合物的分解过程， 阻止不饱和碳氢化合物的形成和碳黑的产生，同时，氢还是强烈还原性气体，能保护钢的表面不被氧化，是渗碳气氛中的重要组成物之一。渗碳气氛中含有的H₂O和CO₂气体具有氧化性，它们的含量必须严加控制。其发生内氧化使渗碳元件表面合金元素量减少，形成了非马氏体。在热处理过程中要控制H₂O和CO₂含量。本文设计净化装置用来去除热处理气氛中的H₂O和CO₂。通常控制气氛中的CO₂含量达到0.1%～0.3%，露点≤-10℃，就能达到要求[3]。

　　2 净化方案及净化剂的选择

　　2.1 干燥剂和吸附剂

　　工业上常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、活性炭和分子筛等， 另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的吸附材料。气体吸附分离成功与否，极大程度上依赖于吸附剂的性能， 因此选择吸附剂是确定吸附操作的首要问题。

　　2.2 净化剂种类的确定

　　由上所述，与其他干燥吸附剂相比，分子筛有既吸收H₂O又吸收CO₂的优点，所以在选择净化剂种类时，选用分子筛。吸附剂对各种气体和选择吸附能力取决于吸附剂的组成和结构、气体分子的大小和极性、以及吸附的条件(如温度和压力)等。由于我们是脱除RX气中的H₂O和CO₂， 根据表2及表3可知， 采用4A分子筛作为吸附剂是最合适的，4A分子筛不吸附RX气体中的N₂、H₂、CO，且3A分子筛的有效孔径又比水蒸汽和二氧化碳的分子直径大，因此能够吸附RX中的H₂O和CO₂，使燃烧制备气体得到充分净化[4]。