在可控气氛工艺中，气体的选择取决于具体应用、加工材料和预期结果。常用气体包括氮气 (N₂)、氩气 (Ar) 和氦气 (He) 等惰性气体，以及氢气 (H₂) 等活性气体。选择这些气体的依据是它们的特性，如惰性、反应性、扩散速度和可用性。惰性气体主要用于防止氧化和污染，而活性气体可以促进特定的化学反应或表面处理。气体的选择还受到温度、材料兼容性和工艺要求等因素的影响。
要点说明：
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可控气氛中的惰性气体:
- 氮 (N₂):氮气是最常用的惰性气体，因为它天然含量高、成本效益高、扩散性能优异。它广泛用于退火、中性淬火和回火等工艺中，以防止金属氧化和脱碳。
- 氩气（Ar）:氩气是另一种常用的惰性气体，尤其是在高温应用中。氩气的密度比氮气大，在烧结和钎焊等敏感工艺中能更好地防止氧化。
- 氦气（He）:氦气因成本较高而较少使用，但因其热导率高、分子量小而备受青睐。它通常用于需要快速冷却或传热的特殊应用场合。
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可控气氛中的反应气体:
- 氢 (H₂):氢气是一种活性气体，在退火和烧结等工艺中用于减少氧化物和去除表面污染物。它非常有效，但由于其易燃易爆的特性，需要小心处理。
- 内热气体:这是一种氢、氮和一氧化碳的混合物，常用于渗碳和中性淬火工艺。它提供一种还原气氛，可防止氧化，同时允许碳扩散到材料中。
- 放热气体:放热气体：氮气、二氧化碳和少量氢气的混合物，用于需要保护气氛且反应性最小的工艺。
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影响气体选择的因素:
- 材料兼容性:气体的选择取决于加工的材料。例如，氩气适用于钛和其他活性金属，而氮气则适用于钢和非活性金属。
- 温度要求:高温工艺可能需要热稳定性更高的气体，如氩气或氦气。
- 纯度和污染控制:高纯度气体在加工过程中至关重要，因为即使是轻微的污染也会影响最终产品质量。
- 成本和可用性:氮气通常因其成本低、供应广泛而受到青睐，而氩气和氦气则用于更为专业的应用。
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可控气氛气体的应用:
- 退火:氮气和氩气通常用于防止氧化和保持退火过程中的材料特性。
- 烧结:氩气等惰性气体用于为粉末冶金和陶瓷烧结创造保护性环境。
- 钎焊:氢气或氢氮混合物用于减少氧化物，确保接头牢固、清洁。
- 氮化:氮基气氛：氮基气氛用于将氮引入金属表面，从而提高硬度和耐磨性。
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安全考虑:
- 氢气处理:由于氢气具有易燃性，因此需要严格的安全规程，包括泄漏检测和适当通风。
- 惰性气体监测:氮气和氩气等惰性气体虽然无毒，但在密闭空间内会取代氧气，造成窒息危险。适当的监控和通风至关重要。
通过精心选择和控制可控气氛工艺中使用的气体，制造商可以获得精确的结果，改善材料性能，并确保操作安全。
总表：
| 气体类型 | 主要特性 | 常见应用 |
|---|---|---|
| 氮气 (N₂) | 丰度高、成本效益高、扩散性能优异 | 退火、中性淬火、回火 |
| 氩气（Ar） | 密度比氮气大，在高温下具有更好的氧化保护性能 | 烧结、钎焊、高温工艺 |
| 氦气（He） | 高导热性、低分子量、快速冷却能力 | 需要快速传热的特殊应用 |
| 氢气 (H₂) | 高活性、还原氧化物、易燃 | 退火、烧结、氧化物还原 |
| 内热气体 | H₂、N₂、CO 的混合物；防止氧化，允许碳扩散 | 渗碳、中性硬化 |
| 放热气体 | N₂、CO₂、H₂ 的混合物；反应活性极低 | 需要保护气氛的工艺 |
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