热处理中使用气氛的主要目的是保护金属部件免受高温下发生的破坏性化学反应，特别是氧化皮和氧化。 在关键的奥氏体化过程中，将热金属暴露在周围空气中会破坏表面完整性； 受控气氛取代了空气，以保持零件的完整性。
受控气氛是破坏性周围空气和昂贵真空系统之间的计算出的折衷方案。 无论是通过简单的箔包装还是复杂的燃气发生器实现，目标都是保持表面质量并允许进行精确的冶金变化而不发生降解。
保护的机制
防止表面氧化皮
热处理过程中最直接的风险是“氧化皮”。 这是金属表面在高温下遇到氧气时发生的快速氧化。 气氛通过置换零件周围的氧气来减轻这种情况。
隔离方法
保护方法会随着项目的复杂性而扩展。 对于小型、独立的应用程序，零件可能只需用不锈钢或钽箔包裹起来，以物理方式阻止空气。 对于工业操作，整个炉膛都充满了复杂的混合气体，为大批量产品创造了均匀的保护环境。
气氛的产生方式
吸热式发生器
大规模保护通常依赖于称为气氛发生器的独立、现场单元。 这些单元处理碳氢化合物源，例如天然气或丙烷，以产生炉子所需的特定保护性气体。
直接注入系统
或者，可以通过将氮气和甲醇等混合物直接注入炉子来产生气氛。 无论采用哪种方法（发生器或注入），产生的大气通常包含一氧化碳 (CO) 和氢气 (H2) 来稳定环境。
保护性功能与活性功能
被动保护
在许多情况下，气氛严格“保护”。 它的唯一作用是排除氧气并惰性地保护金属，确保在热循环期间表面化学性质保持不变。
主动表面改性
气氛还可以用作有意改变金属性能的工具。 通过引入碳或氮等特定元素，气氛变得“活跃”，通过化学改性零件表面来增强硬化过程。
理解权衡
成本效益平衡
受控气氛是真空炉的替代方案。 虽然真空提供了最高级别的控制，但其设备成本极高。 受控气氛在大气压或接近大气压下提供有效的保护，使其成为许多应用的更具成本效益的解决方案。
复杂性和风险
使用周围空气是免费的但具有破坏性； 使用受控气氛需要维护。 由于一个中央发生器通常服务于多个炉子，因此燃气发生设备 的可靠性对整个生产线的吞吐量至关重要。
为您的目标做出正确的选择
要确定最适合您特定热处理应用的工艺方法，请考虑您的产量和冶金要求：
- 如果您的主要重点是小批量或原型保护：使用不锈钢或钽箔包装来防止氧化皮，而无需投资燃气发生设备。
- 如果您的主要重点是高产量生产效率：实施中央吸热式发生器或氮-甲醇系统，为多个炉子提供一致的保护性气体混合物。
- 如果您的主要重点是改变表面硬度：选择能够引入碳或氮的“活性”气氛，而不是纯惰性保护性气体。
通过控制金属周围的空气，您可以控制金属本身的质量。
摘要表：
| 气氛类型 | 主要机制 | 最佳用例 | 成本水平 |
|---|---|---|---|
| 被动（惰性） | 置换氧气以防止氧化皮 | 一般保护和退火 | 中等 |
| 主动（反应性） | 引入碳或氮 | 表面硬化（渗碳） | 中等到高 |
| 真空 | 去除所有空气/气体 | 高纯度关键部件 | 高 |
| 箔包装 | 防止空气的物理屏障 | 小批量和原型制作 | 低 |
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