1.3　化學熱處理技術的新發展

先進化學熱處理技術的主要控制目標應是少或無污染、少或無氧化和節能的綠色化學熱處理技術。化學熱處理技術的發展，應從以下幾個方面入手。

1.3.1　采用新工藝，不斷優化化學熱處理技術

通過采用新工藝，不斷優化化學熱處理技術，如表1.7所示。

1.3.2　稀土元素在化學熱處理中的作用

稀土元素電子結構特殊、原子半徑大、電負性低、化學活性極強，因此稀土元素在化學熱處理中的加入能顯著提高元素滲入速度，改善滲層組織，提高滲層性能，充分顯示了稀土元素在化學熱處理領域應用的良好前景。例如對稀土滲碳及碳氮共滲、稀土滲氮及氮碳共滲、稀土多元共滲、稀土滲硼及硼鋁共滲、稀土滲金屬等，均可凈化金屬表面，起到催滲作用。

鑒于我國稀土資源豐富，應充分利用這一優勢，研究和開發出更多、更優異的稀土化學熱處理工藝，并全面拓展其應用領域，使稀土化學熱處理應用的巨大潛力發揮出來。

1.3.3　化學催滲在化學熱處理中的作用

化學催滲是在滲劑中加入催滲劑，促使滲劑分解，活化工件表面，提高滲入元素的滲入能力?；瘜W催滲在化學熱處理中的作用：

①通過化學反應來潔凈和清除鈍化膜，改善零件表面的狀態。

②通過化學催化劑作用或降低有害氣體的分壓來改變反應過程，以提高滲劑的活性。

1.3.4　物理催滲在化學熱處理中的作用

物理催滲在化學熱處理中的作用，見表1.8，其典型示例如等離子體化學熱處理，脈沖離子滲氮與活性屏離子滲氮技術，雙層輝光離子滲金屬技術，流態床化學熱處理，真空化學熱處理，真空滲碳與真空滲碳高壓氣淬，真空脈沖滲氮與真空離子滲碳，機械能助滲化學熱處理，可控氣氛化學熱處理分別見表1.9～表1.19。

1.3.5　表面工程與化學熱處理復合處理技術的應用和發展

將表面工程技術與化學熱處理工藝合理組合，以便更有效地改善工件使用性能的復合處理工藝，稱為表面工程與化學熱處理復合處理技術。

復合處理技術是通過最佳協同效應使工件表面體系在技術指標、可靠性、壽命、質量和經濟性等方面獲得最佳效果，克服了單一表面工程技術存在的局限性，解決了一系列工業關鍵技術和高新技術發展中特殊技術問題。如電鍍與化學熱處理的復合、化學熱處理與噴丸強化的復合等。伴隨復合處理技術的發展，梯度涂層技術也獲得了較大發展，以適應不同涂覆層之間的性能過渡，從而達到最佳的優化效果。

1.3.6　金屬表面自納米化對化學熱處理過程的影響

金屬表面自納米化對化學熱處理過程的影響，見表1.20～表1.22。

1.3.7　化學熱處理過程的計算機模擬與智能化

1.3.7.1　化學熱處理過程的計算機模擬

CAD（計算機輔助設計）作為計算機集成化學熱處理系統的單元技術，近年來異軍突起。熱處理專家系統可以使化學熱處理工藝參數的制定真正由“經驗”定量轉變為“科學”定量，實現最優化，并能夠準確預測化學熱處理后的組織與性能。應用化學熱處理輔助技術，進行計算機模擬仿真和虛擬生產，以實現化學熱處理計算機智能化控制。

微型計算機動態可控滲氮與滲碳技術已列入國家級科技成果重點推廣計劃。利用計算機控制滲碳、滲氮以及工藝氣氛、參數、程序等應用近五年將達到或超過30%。在我國，氧探頭的出現和計算機在可控氣氛熱處理中的應用是汽車工業熱處理技術發展的里程碑，這項新技術的應用已逐步由自動化向智能化轉變，由單一參數控制向多元素最優化系統控制轉變。滲碳工藝過程模擬控制系統的成功應用就是典型代表，此系統不僅可快速模擬生產過程、優化工藝設計、準確預測結果，還可精確控制生產過程。隨著可控氣氛設備自動化程度的逐漸提高和滲碳過程模擬控制系統的成功應用，國產熱處理可控氣氛設備已成為汽車工業熱處理主要生產設備，如連續式氣體滲碳自動生產線、密封箱式滲碳爐生產線、轉底爐和網帶爐等，其功能和控制精度已接近或達到國際先進水平。

1.3.7.2　化學熱處理過程的智能化

智能化學熱處理是采用數學建模（數值模擬）、物理模擬、實驗測試相結合的方法，在準確預測材料組織性能變化規律的基礎上，優化化學熱處理工藝的多學科交叉集成技術。其基本要素包括化學熱處理工藝的設計與優化，化學熱處理裝備的設計與優化，化學熱處理工藝過程的智能控制，這三者之間是相互聯系又密不可分的?；瘜W熱處理計算機模擬是智能化學熱處理的核心技術，它是使化學熱處理從傳統經驗技藝跨越為科學計算機技術的重要手段；而智能化學熱處理裝備是實現智能化學熱處理的物質基礎。因此，智能化技術是我國發展清潔、節能、精密、高效的化學熱處理不可或缺的技術。

總之，現代科學技術的飛速發展為實現“綠色環保，節約能源”創造了條件。從發展前景來看，必須強調的是，一定要運用高科技、采用高新技術來武裝化學熱處理技術，還要加快研究開發和推廣應用諸如高能束化學熱處理，真空、離子化學熱處理，流態床化學熱處理等新工藝、新技術、新裝備，逐步淘汰能耗大、有污染的傳統化學熱處理工藝技術。

1.3.8　化學熱處理發展的總目標與發展趨勢

化學熱處理的總目標可概括為8個字：“優質、高效、低耗、潔凈”。其發展趨勢包括以下幾個方面。

①穩定與提高傳統化學熱處理工藝的質量、強化工藝過程、縮短處理周期、節約能源與降低成本。

②傳統工藝中引入新技術，探索新工藝，以滿足制造工業對零件越來越高的質量、外觀和經濟效益的要求，如激光、離子與電子束等新技術的引入，多種元素復合滲、多層薄膜復合、多種工藝復合等。

③智能技術與計算機的應用和發展，如各種化學熱處理過程數學模型的研究與控制，計算機應用于能源、自動控制過程參數、產品質量與車間管理，從而全面改變化學熱處理生產面貌。

④加強工藝基礎理論的研究，如在化學熱處理過程中，固相、液相、氣相間的化學反應，吸附與擴散的熱力學與動力學，材料與工藝因素對化學熱處理過程、滲層組織、應力狀態與性能的影響等。