放热气氛的两种主要类型是富含（或浓缩）气氛和贫瘠（或稀薄）气氛。它们通过空气与气体的混合比例来区分，这决定了它们的化学成分和“还原”潜力。富含气氛含有较高水平的氢气和一氧化碳以防止氧化，而贫瘠气氛含有较少的还原剂，用于表面保护不太关键或需要氧化的场合。
在富含气氛和贫瘠气氛之间进行选择，根本上是在保护与成本之间进行权衡。富含气氛提供“还原”环境以保护钢材表面，而贫瘠气氛是铜等有色金属或有意进行氧化的工艺的经济高效解决方案。
1. 富含放热气氛
这种气氛通常被称为“浓缩”气氛，因为它使用的空气与气体的混合比例较低。它保留了较高浓度的还原性气体，使其在防止表面损伤方面具有化学活性。
化学成分
富含气氛通常由71.5% 氮气 (N2)、12.5% 氢气 (H2)、10.5% 一氧化碳 (CO)、5% 二氧化碳 (CO2) 和约 0.5% 甲烷 (CH4) 组成。
“还原”功能
氢气和一氧化碳的大量存在（总量约 23%）创造了一个还原环境。这意味着气氛会积极地清除氧气，防止其与被处理的金属发生反应。
主要应用
由于其保护性能，富含放热气体是黑色金属热处理的标准。
- 钢的回火和退火：对于低碳钢的处理至关重要，以避免脱碳（钢材表面碳的流失）。
- 钎焊：广泛用于铜和银的钎焊。
- 烧结：是粉末冶金烧结应用的优选气氛。
2. 贫瘠放热气氛
也称为“稀薄”放热气氛，这些气氛是通过较高的空气与气体比例产生的。这导致近乎完全燃烧，剩余的可燃或还原性成分非常少。
化学成分
贫瘠气氛主要由氮气 (86.8%) 和二氧化碳 (10.5%) 组成。它含有极低水平的还原性气体，只有约 1.5% 的一氧化碳和 1.2% 的氢气。
“氧化”功能
由于氢气含量低和二氧化碳含量高，这种气氛不适合钢材的光亮热处理。在钢材的背景下，高含量的 CO2 作为氧化剂，会使金属表面产生氧化皮或变色。
主要应用
贫瘠气氛用于不需要还原环境或需要故意进行表面氧化的工艺。
- 铜退火：虽然对钢材有氧化作用，但这种气氛适用于铜的退火。
- 控制氧化：专门选择用于需要与表面发生化学反应而不是保护表面的工艺。
理解权衡
选择气氛时，必须在化学活性和材料敏感性之间取得平衡。
脱碳风险
如果在钢材上使用贫瘠气氛，高含量的 CO2 会与钢材表面的碳发生反应。这会导致脱碳，从而形成一层柔软、脆弱的表面层。处理低碳钢时需要富含气氛来维持碳含量。
安全性和可燃性
富含气氛含有超过 20% 的可燃气体（H2 和 CO），因此易燃；它们需要仔细处理和安全规程。贫瘠气氛的可燃气体含量低于 4%，通常不易燃，易于处理，但缺乏对黑色金属的保护能力。
为您的目标做出正确选择
决定完全取决于您处理的金属和所需的表面光洁度。
- 如果您的主要重点是保护低碳钢：使用富含放热气氛，以防止脱碳并在退火或烧结过程中确保干净的表面。
- 如果您的主要重点是铜退火：使用贫瘠放热气氛，因为它提供了足够的过程环境，而无需高氢混合物的成本或易燃性。
最终，使用富含气氛来防止钢材氧化，使用贫瘠气氛来诱导氧化或处理有色金属。
总结表：
| 特点 | 富含放热气氛 | 贫瘠放热气氛 |
|---|---|---|
| 主要成分 | 约 12.5% H2，10.5% CO，71.5% N2 | 约 1.2% H2，1.5% CO，86.8% N2 |
| 化学性质 | 强还原性 | 弱氧化性 |
| 可燃性 | 易燃（>20% 可燃物） | 不易燃（<4% 可燃物） |
| 主要应用 | 钢材退火、烧结、钎焊 | 铜退火、控制氧化 |
| 主要优点 | 防止脱碳和氧化 | 经济高效；更安全的操作 |
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