在热处理中，熔炉气氛是特意引入熔炉腔室的特定气体或气体混合物。这种受控环境与环境空气不同，对于控制热处理过程的结果至关重要，例如保护材料表面、防止氧化或故意改变其表面化学性质。
熔炉气氛的核心目的是将熔炉从一个简单的烤箱转变为一个精密工具。通过控制气体环境，您可以直接控制材料在高温下表面发生的化学反应。
为什么要控制气氛？核心目标
简单地在空气中加热材料可能会因氧化而导致结垢和变色等不良影响。受控气氛用于管理这些反应，以获得特定的、可重复的结果。
表面保护和防止氧化
使用受控气氛最常见的原因是保护材料。通过用氮气或氩气等惰性气体取代氧气，可以防止材料表面形成氧化物。
这对于退火或钎焊等工艺至关重要，在这些工艺中，保持清洁、光亮的表面光洁度对于部件的最终性能和外观至关重要。
受控的表面改性
熔炉气氛也可以是“活性的”，这意味着它旨在与材料反应以改变其表面性能。这个过程被称为渗碳淬火。
最著名的例子是渗碳。使用富含一氧化碳和碳氢化合物的气氛，将碳原子扩散到钢的表面，从而在保持更坚韧的芯部的同时形成坚硬、耐磨的外层。
实现特定的化学反应
一些先进的材料加工需要高度特定的环境。通常含有氢气的还原性气氛用于主动去除表面的氧化物。
相反，可能会使用受控氧化性气氛在材料上生长特定的薄氧化层，用于电子或耐腐蚀应用。
常见气氛及其应用
气氛的选择完全取决于所处理的材料和所需的结果。
惰性气氛（氮气、氩气）
这些气体在化学上是惰性的，主要用作保护层。它们可以取代氧气并防止不需要的反应。它们是通用热处理的首选，在这些处理中，保持清洁的表面是主要目标。
还原性气氛（氢气、非等温气体）
这些气氛会主动去除氧气。氢气和氮气的混合物常用于不锈钢的光亮退火。通过使空气和天然气反应产生的非等温气体是一种经济高效的还原性气氛，广泛用作渗碳过程中的载气。
活性气氛（渗碳、氮化）
这些旨在进行表面改性。渗碳气氛向钢中添加碳。氮化气氛使用氮气（通常来自分解的氨气）在特种钢表面形成硬质氮化物。
真空
产生真空是通过去除几乎所有气体来创造清洁气氛的终极方法。它用于对任何表面反应都极其敏感的材料，如钛或难熔金属。
理解权衡和要求
实施受控气氛并不像向箱中泵入气体那么简单。它需要特定的设备并仔细考虑几个因素。
熔炉密封完整性
只有当熔炉腔室正确密封时，受控气氛才有效。任何空气泄漏都会污染气氛并损害整个过程。高温垫圈和熔炉内部的正压对于防止渗透至关重要。
气体纯度和成本
高纯度气体如氩气可能很昂贵。所需的纯度水平取决于过程的敏感性。对于通用退火，工业级氮气可能就足够了，但对于航空航天部件，更高的纯度是不可协商的。
安全注意事项
许多气氛气体带来了重大的安全隐患。氢气易燃，而氮气和氩气是单纯的窒息剂。适当的通风、泄漏检测和排气管理系统对安全操作至关重要。
为您的目标做出正确的选择
您选择的气氛直接决定了热处理过程的化学结果。设备和气体必须与目标相匹配。
- 如果您的主要重点是防止氧化和变色：在退火或钎焊等过程中，使用氮气或氩气等惰性气氛，以获得清洁、受保护的表面。
- 如果您的主要重点是钢的表面硬化：需要渗碳气氛才能将碳引入材料表面并形成耐磨层。
- 如果您的主要重点是实现最高的纯度和清洁度：高真空环境是去除对敏感材料（如钛）几乎所有反应性气体污染的最有效方法。
- 如果您的主要重点是主动去除表面氧化物：需要含有氢气的还原性气氛来进行光亮退火或金属粉末烧结等过程。
最终，掌握熔炉气氛使您能够精确设计材料的表面，以满足苛刻的性能要求。
摘要表：
| 气氛类型 | 主要气体 | 主要目的 | 常见应用 |
|---|---|---|---|
| 惰性 | 氮气、氩气 | 防止氧化和变色 | 退火、钎焊 |
| 还原性 | 氢气、非等温气体 | 去除现有氧化物 | 光亮退火、烧结 |
| 活性 | 一氧化碳、氨气 | 改变表面化学性质 | 渗碳、氮化 |
| 真空 | 无（无气体状态） | 实现终极纯度 | 加工敏感材料（例如钛） |
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