工件滲碳爐用碳化硅磚表面疏松粉化的原因

時(shí)間：2022-09-27作者：上海特犇電子科技有限公司瀏覽：134

滲碳是指使碳原子滲入到工件表面層的過(guò)程，氣體滲碳是將工件裝入密閉的滲碳爐內(nèi)，通入氣體滲劑（甲烷、乙烷等）或液體滲劑酒精、丙酮等，在高溫下分解出活性碳原子，滲入工件表面，以獲得高碳表面層的一種滲碳操作工藝。螺母滲碳技術(shù)是一種常見的熱處理工藝，特別是在重壓、沖擊、腐蝕等情況下具有良好的力學(xué)性能，通過(guò)表面滲碳技術(shù)可有效提高螺母耐腐蝕性、抗氧化性和接觸疲勞強(qiáng)度。


螺母滲碳爐該生產(chǎn)線長(zhǎng)期工作溫度為930℃，采用甲醇?xì)夥諡檩d氣，丙酮為富化氣的滲碳工藝。在氮甲醇?xì)夥罩袧B碳，零件表面清潔，表面碳濃度能夠較為理想的滲入表層組織中，有利于起到強(qiáng)化表面的作用。由于滲碳爐還原性氣氛下，采用傳統(tǒng)的高溫耐火纖維模塊為爐襯的結(jié)構(gòu)較易導(dǎo)致纖維高溫粉化，從而影響爐內(nèi)保溫性能。單純采用保溫磚砌爐襯可解決纖維高溫粉化問(wèn)題，但因保溫磚固有的蓄熱量大、熱導(dǎo)率高等缺點(diǎn)會(huì)使得加熱爐加熱功率過(guò)大，升溫時(shí)間較慢。為解決以上問(wèn)題，后選用抗?jié)B型碳化硅磚，在還原性氣氛環(huán)境中連續(xù)使用2年生產(chǎn)正常，但近期使用的碳化硅磚在使用過(guò)程中出現(xiàn)表面泛白情況，為此做進(jìn)一步分析。


1：碳化硅磚被損毀的**方面


滲碳爐為圓柱形截面爐膛，在爐膛兩側(cè)采用高溫輻射管對(duì)爐內(nèi)工件加熱，其較高工作溫度為930℃，在此滲碳?xì)夥罩?，爐內(nèi)主要發(fā)生以下反應(yīng)：


CH3OH→CO+2H2


CH3COCH3+H2→CH3—CH—COOH|OH


其中C和H2均具有強(qiáng)還原性，易導(dǎo)致碳化硅磚體內(nèi)鐵的氧化物被還原，產(chǎn)生Fe、Fe3C、C（碳黑）等新生物質(zhì)而使體積膨脹，從而引起砌體破壞，這也是使用碳化硅磚表面泛白的**個(gè)原因。


2：碳化硅磚損毀的第二方面


碳化硅磚的生產(chǎn)是選用Sic含量在90以上的碳化硅原料，外加結(jié)合劑通過(guò)高溫?zé)Y(jié)制成，具有較高的強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)，缺點(diǎn)是易氧化不易用在氧化氣氛下，雖然SiC的氧化產(chǎn)物，SiO2保護(hù)膜，可以阻止氧化的進(jìn)一步發(fā)生但是約在800℃—1140℃SiO2膜會(huì)因相變而產(chǎn)生體積變化，從而使其結(jié)構(gòu)變得疏松，氧化保護(hù)作用驟減：另外，在一定條件下，SiO2保護(hù)膜還無(wú)法形成。這都將導(dǎo)致碳化硅材料的使用性能降低，影響它的使用壽命。以現(xiàn)場(chǎng)損毀的碳化硅磚表面泛白的疏松結(jié)構(gòu)分析，可以確定為是在還原氣氛下的二次氧化，雖然滲碳爐的工作原理是還原氣氛，但是由上述觀點(diǎn)1可以總結(jié)出滲碳爐氣氛中的CO和H2均來(lái)自被分解的燃料中，從而與碳化硅磚的SiC發(fā)生二次反應(yīng)后形成SiO2呈氣體形式脫離碳化硅磚。以下為反應(yīng)式：


SiC + 2CO→SiO2 + 3C


如在足夠高的溫度下或較低的氧分壓下，SiC轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性的SiO2被環(huán)境腐蝕，這將導(dǎo)致碳化硅材料被快速氧化，即產(chǎn)生活性氧化。


總結(jié)：①為防止?fàn)t襯內(nèi) Fe、FeC、C(碳黑)等新生物質(zhì)的產(chǎn)生，在爐襯材料選擇中必須采用Fe0，含量很低、S含量也較少的抗?jié)B碳耐火材料。②在滲碳爐內(nèi)的工作氣氛下盡可能不用易氧化的碳化硅磚改用低導(dǎo)熱保溫性能好的產(chǎn)品，比如輕質(zhì)剛玉磚或者氧化鋁空心球磚。




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