Nhiệt độ
Chiều dày lớp khuếch tán phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán. Khi nhiệt độ càng cao, sự chuyển động của nguyên tử càng mạnh,tốc độ khuếch tán càng mạnh. Hệ số khuếch tán D tăng lên theo nhiệt độ thể hiện ở biểu thức sau:
Hình 3. 28: Mối quan hệ giữa nhiệt độ và chiều sâu lớp thấm
D = A. (3.1) Trong đó:
D - Hệ số khuếch tán
A – Hệ số phụ thuộc mạng tinh thể
Q – Năng lƣợng hoạt, là năng lƣợng cần thiết để bức nguyên tử ra khỏi vị trí của nó trong mạng.
e – Cơ số logarit tự nhiên R – Hằng số khí
T – Nhiệt độ thấm, tính theo độ kenvin. Với hệ thống hợp kim nhất định, các hệ số A, Q cũng cố định nên D phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao, D tăng càng nhanh Với hệ thống hợp kim nhất định, các trị số A, Q cũng cố định nên D phụ thuộc vào nhiệt độ.
Nhiệt độ càng cao thì D càng tăng nhanh.
Thời gian
Ở nhiệt độ cố định thời gian càng dài mức độ tăng chiều sâu lớp thấm càng dày. Quan hệ giữa chung tuân theo quy luật ParaBol theo công thức sau:
Hình 3. 29: Mối quan hệ giữa và √ (3.2) Trong đó:
– Chiều dày lớp khuếch tán – Thời gian
K – Hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào hệ số khuếch tán
- Nhƣ vậy thời gian thấm càng dài, mức độ tăng chiều sâu lớp thấm càng giảm. Biện pháp có hiệu quả nhất để tăng chiều sâu lớp thấm là nhiệt độ chứ không phải là thời gian. Ngoài những yếu tố nêu trên, khuếch tán còn phụ thuộc vào pha tạo thành. Ví dụ, khi thấm C, N do tạo thành dung dịch rắn xen kẽ nên khuếch tán xảy ra nhanh hơn. - Tƣơng quan giữa hấp thụ và khuếch tán có ảnh hƣởng rất lớn đến việc tạo lớp khuếch tán. Khi hấp thụ xảy ra nhanh hơn khuếch tán, các nguyên tử hấp thụ vào bề mặt không kịp khuếch tán vào bên trong, nồng độ chất khuếch tán ở bề mặt cao nhƣng chiều sâu lớp khuếch tán tại nhỏ.Ngƣợc lại trong trƣờng hợp khuếch tán nhanh hơn hấp thụ thì nồng độ chất khuếch tán ở lớp bề mặt thấp nhƣng chiều sâu lớp khuếch tán tại lớn.Có nhiều phƣơng pháp hóa nhiệt luyện. Dựa vào đặc tính thay đổi thành phần hóa học, các dạng hóa nhiệt luyện có thể chia làm ba nhóm:
Làm bão hòa bằng các á kim. Làm bão hòa bằng các kim loại.
Tách các nguyên tố ra khỏi kim loại bằng khuếch tán.
3.4. Các phƣơng pháp hóa nhiệt luyện
Hiện nay rất nhiều công nghệ hóa nhiệt luyện đƣợc nghiên cứu . Song những công nghệ có ứng dụng rộng rãi và hiệu quả trong sản xuất gồm có: thấm Carbon, thấm Nito, thấm xyanua, thấm Bo, thấm Crôm, thấm Silic…. Mỗi phƣơng pháp hóa nhiệt luyện có đặc điểm , công dụng riêng, áp dụng cho từng loại đối tƣợng.
Sau đây ta tìm hiểu vào chi tiết một số phƣơng pháp hóa nhiệt luyện: