在金属热处理中，放热气氛是在现场通过控制燃烧反应产生的保护性气体。与其他需要外部加热才能形成的气炉气氛不同，这个过程是“放热”的——这意味着它会释放自身的热量，使其能够自持。它主要用于控制退火、钎焊和回火等过程中的金属表面化学性质，根据需要防止或促进氧化。
关键的见解是，放热气氛不是单一的气体，而是一种可调节的环境。通过精确控制其产生过程中的空燃比，您可以产生保护钢材免受氧化（还原性气氛）或用于处理有色金属的氧化性气氛。
放热气氛的产生方式
核心原理：控制燃烧
放热气氛是通过在反应室内部用特定、有限量的空气燃烧碳氢燃料（如天然气或丙烷）产生的。
该过程旨在实现不完全燃烧，从而产生针对热处理定制的活性气体和惰性气体的特定混合物。
“放热”的特点
关键特性是燃烧反应会释放大量的热量。这种热能足以维持反应，而无需任何外部热源。
这使得放热气体发生器比需要持续能量输入来驱动其化学反应的吸热发生器更简单、运行成本通常更低。
燃烧后处理
燃烧后，热气体混合物通常会通过热交换器快速冷却。这个冷却过程还会导致燃烧的副产品——过量的水蒸气——冷凝并被去除，从而产生更稳定、更有用的炉内气氛。
空燃比的关键作用
最终气氛的性质完全由一个变量决定：送入发生器的空气与燃料的比例。这决定了还原剂（如一氧化碳）和氧化剂（如二氧化碳）之间的平衡。
富放热气体（还原性气氛）
要产生富放热气体，燃烧反应以显著的燃料过剩或低空燃比进行。这会导致不完全燃烧。
产生的气氛中一氧化碳 (CO) 和氢气 (H₂) 含量很高，它们是强大的还原剂。这类气氛能有效防止表面氧化，用于处理钢材。
贫放热气体（氧化性气氛）
要产生贫放热气体，反应以轻微的燃料过剩进行，接近完全燃烧。这使用了高空燃比。
产出物中CO和H₂含量低，但二氧化碳 (CO₂) 和水蒸气 (H₂O) 含量高。这会产生一种轻微的氧化性气氛，适用于退火铜或在钢材上形成受控的蓝色氧化层等工艺。
理解权衡
富气：有代价的保护
虽然富放热气体能保护钢材免于氧化皮（重度氧化），但其高含量的CO₂和水蒸气仍可能导致脱碳——即钢材表面碳的损失。这会使表面变软，这对于高碳钢或工具钢来说是不希望发生的。
贫气：应用受限
贫气本质上是氧化性的，不能用于需要钢材表面光洁、明亮的应用。它的使用主要局限于对氧化不那么敏感的有色金属（如铜），或当预期的结果是形成装饰性氧化层时。
成本与纯度
放热气氛通常是生成气氛中成本最低的类型。然而，它们也是“纯度”最低的，含有活性成分。对于高度敏感的合金或需要完全惰性环境的关键应用，则需要更昂贵的基于氮气或氨分解的气氛。
为您的工艺选择合适的气氛
选择正确的气氛是将气体化学性质与材料和预期结果相匹配的问题。
- 如果您的主要重点是低碳钢的经济高效退火或钎焊： 富放热气氛是防止重度氧化的标准选择。
- 如果您的主要重点是退火铜或形成受控的氧化层： 贫放热气氛能安全且经济地提供必要的氧化电位。
- 如果您的主要重点是处理对脱碳敏感的高碳钢或合金钢： 您应该考虑使用更受控的吸热气氛或基于纯氮的气氛。
最终，控制燃烧反应是设计您的材料所需的精确表面环境的关键。
摘要表：
| 气氛类型 | 空燃比 | 主要成分 | 主要应用案例 |
|---|---|---|---|
| 富气（还原性） | 低（燃料过剩） | 高CO、H₂ | 退火和钎焊钢材以防止氧化 |
| 贫气（氧化性） | 高（接近完全燃烧） | 高CO₂、H₂O | 退火铜或形成氧化层 |
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