真空中的蒸發(fā)作用

2022/05/08

真空中加熱金屬時，在低溫下，爐內(nèi)的水分和空氣中的氮、氧以及一氧化碳，尤其是在工件上涂覆的油脂和其他雜質(zhì)等會蒸發(fā)逸散。當(dāng)溫度上升到800℃以上時，從工件的表面會放出氫和氮及氧化物的分解氣體，完成脫氣的作用。由于這種熱分解而形成的蒸發(fā)逸散現(xiàn)象排除了工件表面上所存在的有害氣體，逸散了氧化物，使金屬重現(xiàn)光亮，這是真空熱處理優(yōu)點的又一個方面，特別是有害氣體的排除和光亮熱處理等，有利于提高工件的質(zhì)量，這是其他的熱處理方法所不能兼?zhèn)涞摹?/p>

另外，金屬在真空中的這種蒸發(fā)逸散，作為真空蒸鍍工藝的理論依據(jù)，得到了很好的應(yīng)用。但是，在進(jìn)行真空熱處理時，常常會發(fā)現(xiàn)零件與零件之間，或零件與料框之間相互黏接。在處理高鉻冷作模具鋼或鉻不銹鋼時，表面呈橘皮狀，很粗糙，而且抗腐蝕性能明顯降低。這些是真空熱處理的缺點所在——金屬的蒸發(fā)特性。

根據(jù)相平衡理論，在不同的溫度下，蒸氣作用于金屬表面的平衡壓力(蒸氣壓)是不同的。溫度高蒸氣壓就高，固態(tài)金屬的蒸發(fā)量就大；溫度低蒸氣壓就低，如果溫度一定，則蒸氣壓也就有一定的值。當(dāng)外界的壓力小于該溫度下的蒸氣壓時，金屬就會產(chǎn)生蒸發(fā)(升華〉現(xiàn)象。猶如樟腦在空氣中因升華作用而從固體變成氣體揮發(fā)掉一樣。外界的壓力越小，即真空度越高，就越容易蒸發(fā)。同理，蒸氣壓越高的金屬也越容易蒸發(fā)。

因此，在真空熱處理時，對蒸發(fā)問題應(yīng)予以應(yīng)有的重視，那種認(rèn)為只要提高真空度，就能夠取得良好效果的看法是不全面的。必須根據(jù)工件的種類，充分注意蒸發(fā)的問題。即根據(jù)被處理金屬材料中合金元素在熱處理時的蒸氣壓和加熱溫度，來選擇合適的真空度，以防止合金元素蒸發(fā)逸出。

如鋼鐵中的常用合金元素Mn、Ni、Co和Cr等，以及作為有色金屬主要成分的Zn、Pb和Cu等元素，在真空中加熱很容易產(chǎn)生真空蒸鍍，使工件之間相互粘連，以及從料框內(nèi)取出時造成障礙。另外，用Cu和Ag-Mn合金(作為釬料)對不銹鋼進(jìn)行真空釬焊，在0.0133Pa以下進(jìn)行加熱時，Mn被蒸發(fā)，其成分顯著變化，導(dǎo)致釬焊部位的強(qiáng)度大大地下降。在70~30黃銅的場合進(jìn)行真空退火時，Zn被顯著蒸發(fā)，產(chǎn)生脫鋅現(xiàn)象，因此，要獲得光亮的表面是非常困難的。

但是，如果選擇得當(dāng)，許多缺陷是可以避免的。如Cr12MoV冷沖模具鋼，在真空度為1.33Pa，溫度為1050℃下保溫90min后，用X射線顯微分析儀測定了鉻元素在距離表面150μm范圍內(nèi)的分布，結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)脫鉻現(xiàn)象。這是因為，在1.33Pa下，鉻的理論蒸發(fā)溫度為1205℃，當(dāng)在1050℃時，相應(yīng)的蒸氣壓就低，約為0.0133Pa，即蒸氣壓低于外界壓力，所以，沒有產(chǎn)生蒸發(fā)。該例說明，只要真空度選擇適宜，是可以防止合金元素蒸發(fā)的。

應(yīng)該指出，合金中一些蒸氣壓較高的元素，如Mn、Cu、Al等，通常是以溶解于固溶體中或以各種化合物的形式存在的，在真空中加熱時揮發(fā)的方式不盡相同，但其揮發(fā)的傾向是相同的，而一般說來，其蒸氣壓要低于純金屬的蒸氣壓。

另外，在真空中加熱時，還可以考慮根據(jù)金屬材料的種類，通入高純度的惰性氣體(即反向充氣)來調(diào)節(jié)爐內(nèi)的真空度，以低真空加熱的方法來防止合金元素的蒸發(fā)。特別是在1200℃

以上的溫度加熱時，Cr、Mn等均有較高的蒸氣壓，容易蒸發(fā)，更需要低真空加熱。通入高純度惰性氣體不僅可以調(diào)節(jié)真空度，而且由于惰性氣體的存在，形成對流循環(huán)，更有利于金屬材料的均勻加熱。

所以說，真空熱處理時，金屬的蒸氣壓是個不容忽視的問題。對于一般的合金鋼來說，其一，熱處理加熱溫度達(dá)到1200℃的時候比較少，其二，一般情況下，熱處理后工件的切削余量大于元素蒸發(fā)層的厚度，所以，對工件的質(zhì)量影響不大。但重要且特殊的鋼種，一定要重視蒸氣壓的問題。