?滲碳熱處理是一種化學(xué)熱處理方法，主要用于提高金屬表面的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，同時(shí)保持心部良好的韌性。接下來滲碳熱處理廠小編講解一下關(guān)于基本原理如下：
1. 滲碳介質(zhì)的分解
滲碳過程通常是在含有活性碳原子的介質(zhì)中進(jìn)行。常用的滲碳介質(zhì)有氣體（如天然氣、丙烷等碳?xì)浠衔餁怏w）、液體（如有機(jī)化合物的鹽浴）和固體（如木炭和催滲劑）。
以氣體滲碳為例，當(dāng)天然氣（主要成分是甲烷）等碳?xì)浠衔餁怏w通入高溫（一般在 900 - 950℃）的滲碳爐內(nèi)時(shí)，會發(fā)生分解反應(yīng)。以甲烷為例，在高溫和催化劑（如鎳）的作用下，發(fā)生如下反應(yīng)：，反應(yīng)生成的活性碳原子是滲碳的關(guān)鍵元素，這些活性碳原子將參與后續(xù)的擴(kuò)散過程。
2. 活性碳原子的吸附
分解產(chǎn)生的活性碳原子在金屬表面吸附。金屬表面原子由于其不飽和的化學(xué)鍵，具有吸附外來原子的能力。當(dāng)活性碳原子運(yùn)動(dòng)到金屬表面時(shí)，會被金屬表面原子吸附。
這種吸附是基于原子間的相互作用力，包括物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附是一種較弱的吸附力，主要是由原子間的范德華力引起的；化學(xué)吸附則是活性碳原子與金屬表面原子形成化學(xué)鍵，這種吸附相對較強(qiáng)，為后續(xù)碳原子的擴(kuò)散提供了基礎(chǔ)。
3. 碳原子的擴(kuò)散
吸附在金屬表面的活性碳原子在濃度梯度的驅(qū)動(dòng)下向金屬內(nèi)部擴(kuò)散。在滲碳溫度下，金屬原子的晶格振動(dòng)加劇，形成許多空位和間隙位置，為碳原子的擴(kuò)散提供了通道。
由于金屬表面的碳原子濃度高，而心部碳原子濃度低，根據(jù)菲克第一定律（，其中是擴(kuò)散通量，是擴(kuò)散系數(shù)，是濃度梯度），碳原子會從高濃度的表面向低濃度的心部擴(kuò)散。擴(kuò)散系數(shù)與溫度密切相關(guān)，溫度越高，擴(kuò)散系數(shù)越大，碳原子擴(kuò)散速度越快。
隨著時(shí)間的延長，碳原子不斷向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，在表面形成高碳層，并逐漸向心部過渡，形成碳濃度梯度分布的滲層。
4. 后續(xù)組織轉(zhuǎn)變
滲碳后的金屬零件，其表面碳濃度較高，在隨后的淬火和回火過程中，會發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。由于表面碳含量增加，淬火后表面組織可以獲得高硬度的馬氏體組織。
馬氏體是碳在 α - Fe 中的過飽和固溶體，其硬度主要取決于碳含量。滲碳淬火后的表面硬度可達(dá)到 HRC58 - 64，而心部由于碳含量較低，淬火后仍保持較好的韌性，得到低碳馬氏體或其他韌性組織，如珠光體和鐵素體。這種表面高硬度、高耐磨性，心部良好韌性的組織狀態(tài)，使得滲碳熱處理后的零件能夠承受較大的沖擊載荷和摩擦磨損，廣泛應(yīng)用于齒輪、軸類等機(jī)械零件。