Shs涂层中的活化剂如何工作？掌握气相传输以实现快速涂层沉积

活化剂充当化学传输剂，从根本上改变合金元素到达钢基材的方式。在自蔓延高温合成（SHS）过程中，碘化物或氯化铵等化合物会与粉末元素反应生成挥发性气体，充当输送涂层材料的高速载体。

通过将固体合金元素转化为可移动的气体，活化剂绕过了固相扩散的物理限制。这种机制是实现SHS涂层快速沉积速率和深度渗透的主要驱动力。

气相传输机制

该过程始于活化剂（例如氯化铵）与粉末混合物中的特定合金元素发生反应。常见的目标元素包括铬、铝、硼或硅。

该反应生成挥发性卤化物，有效地将固定的固体颗粒转化为可移动的气相化合物。这种相变对于活化涂层材料至关重要。

一旦处于气态，这些卤化物就可以在多孔粉末混合物中自由移动。它们充当传输介质，将合金元素直接输送到钢部件的表面。

这种迁移能力使涂层材料比通过固体颗粒之间的直接接触能够更快地到达基材。

到达钢表面后，挥发性卤化物会发生分解反应。这个过程释放出合金元素的活性原子，然后这些原子沉积到基材上并扩散到基材中。

活化剂本身通常会被回收或释放，完成了将有效载荷输送到目标的任务。

没有活化剂，该过程将依赖于固相扩散，这本身就很慢且效率低下。原子在没有促进转移的介质的情况下难以跨越固体边界迁移。

活化剂提供的气相机制消除了这个瓶颈。它确保了活性原子持续不断地供应到表面，从而显著提高了沉积速率。

由于活性原子的供应量高且持续不断，因此元素可以更深地扩散到钢晶格中。这会形成更厚、更坚固的扩散层。

这种深度渗透对于创建具有高附着力和结构完整性的保护层至关重要。

为了使该机制正常工作，反应器必须维持特定的热条件。该过程通常需要900至1050°C之间的等温温度，以引发必要的化学热处理反应。

在这些条件下，粉末组件会进入稳定的“固态火焰”燃烧模式，确保反应能够自我维持。

挥发性气体的使用需要仔细管理反应器环境。无论是使用常压下的开放式反应器还是高压系统，其设计都必须能够有效地容纳或回收气相载体。

专用系统通常采用气体回收装置来安全地管理这些载体，同时促进形成均匀的保护层。

与简单的物理沉积相比，使用活化剂增加了化学复杂性。您管理的是一个化学反应器，而不仅仅是一个热源，需要精确控制压力和温度等参数。

由于该机制依赖于生成挥发性卤化物气体，因此系统需要强大的密封性。与惰性固体涂层不同，这里的副产物必须通过气体回收装置进行管理，以确保安全和符合环境法规。

在设计或选择SHS涂层工艺时，请考虑您的具体性能目标：

SHS涂层的有效性完全取决于您将固体粉末转化为活性气体然后再转化回来的效率。

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B. Sereda, Д.Б. Середа. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ОТРИМАННЯ ЗНОСОСТІЙКИХ ПОКРИТТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕХНОЛОГІЇ САМОРОЗПОВСЮДЖУВАЛЬ-НОГО ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗУ. DOI: 10.31319/2519-8106.1(46)2022.258449

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