德國勞瑞德布爾熱處理技術(shù)公司益科工業(yè)技術(shù)研究所研制開發(fā)的電解質(zhì)氣相離子催滲技術(shù)（簡(jiǎn)稱ECA催滲技術(shù)）。該項(xiàng)技術(shù)不需要附加設(shè)備，使用簡(jiǎn)便，可提高滲碳速度35%，減少滲劑用量1/3，有效細(xì)化晶粒，在原工藝溫度降低30℃的條件下，仍能維持原滲速不變，減少熱處理變形，是環(huán)保產(chǎn)品。在歐洲被喻為氣氛滲碳熱處理的“味精”。

ECA催滲機(jī)理

ECA催滲劑隨滲碳劑通入爐內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)氣氛產(chǎn)生電解質(zhì)氣相，在氣氛中各物質(zhì)都是以離子態(tài)存在，而不是以分子態(tài)存在，碳以正四價(jià)碳離子形式存在。由于工件都是含碳鋼或合金鋼，工件沉浸在電解質(zhì)氣相中發(fā)生原電池反應(yīng)，產(chǎn)生正負(fù)極性，由于工件極性的存在，正四價(jià)碳離子極易吸附在工件表面，碳離子在工件內(nèi)部遷移過程受兩個(gè)方面的力驅(qū)動(dòng)，一個(gè)是電場(chǎng)力，另一個(gè)是由于表面與心部存在碳的濃度梯度產(chǎn)生的擴(kuò)散力。碳離子向內(nèi)部遷移的途徑也有兩條，除沿晶界擴(kuò)散外，還因?yàn)檎膬r(jià)碳離子半徑只有碳原子的1/5，正四價(jià)碳離子可以穿透晶粒內(nèi)部向工件內(nèi)層擴(kuò)散，也正由于快速的擴(kuò)散速度，工件表層不易積聚高的碳而形成網(wǎng)狀或塊狀碳化物。

氣體滲碳一般分為三個(gè)階段，第一步是碳的富化劑分解產(chǎn)生活性碳原子，第二步是活性碳原子被工件表面吸附，第三步是活性碳原子沿晶界向內(nèi)部擴(kuò)散，幾乎所用的催滲技術(shù)的研究都是圍繞這三個(gè)步驟進(jìn)行的。物理催滲如電離催滲是通過強(qiáng)的外界電場(chǎng)力的作用下催滲，主要是提高第二，第三步的速度，是目前滲碳速度最快的，但需要昂貴的設(shè)備投入，而且處理的零件批量小，不適合大批量生產(chǎn)。ECA催滲技術(shù)可提高三個(gè)階段速度，特別是對(duì)滲層深度起決定作用的擴(kuò)散階段的滲速，因此較之其他催滲技術(shù)更快。

ECA系列產(chǎn)品型號(hào)及適用設(shè)備

ECA系列產(chǎn)品主要有五種，其適用設(shè)備如下：

①ECA-1用于氮-甲醇?xì)夥諠B碳爐，如多用爐；②ECA-2用于甲醇+ 丙烷氣氛滲碳爐，如多用爐；③ECA-3用于煤油+ 甲醇滲碳爐，如井式滲碳爐；④ECA-4用于滴注型滲碳爐；⑤ECA-5用于丙酮+ 空氣型，如多用爐的直生式氣氛滲碳工藝。

1.德國ECA催滲技術(shù)在多用爐上的應(yīng)用

（1）工件材料與技術(shù)要求

摩托車配套件曲柄銷（φ30mm× 350mm），材料為20CrMo鋼，技術(shù)要求為：表面與心部硬度分別為60~64HRC和35~40HRC，滲層深度0.8~1.2mm，馬氏體、殘余奧氏體、碳化物和鐵素體1~3級(jí)。

（2）原工藝及存在問題

滲碳熱處理采用Unicase多用爐，甲醇滴注流量為2500mL/h，原滲碳工藝如圖1所示。經(jīng)檢驗(yàn)，表面與心部硬度分別為61~63HRC和39~40HRC，滲層深度1.0mm，碳化物1級(jí)，馬氏體與殘余奧氏體4級(jí)，鐵素體1級(jí)。從檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，馬氏體與殘余奧氏體級(jí)別超差，在多方調(diào)整熱處理工藝也無法解決問題的情況下，只能采用加大熱后磨削量（磨削量為0.2mm）的方法來降低表面金相組織的級(jí)別，這樣不但增加了生產(chǎn)工序成本而且增加了原材料的消耗，嚴(yán)重降低了生產(chǎn)效率。

圖1  原滲碳熱處理工藝曲線

（3）ECA催滲技術(shù)

甲醇滴注流量為1500mL/h，其滲碳熱處理工藝見圖2。經(jīng)檢驗(yàn)，表面與心部硬度分別為61~64HRC和37~40HRC，滲層深度1.0mm，馬氏體與殘余奧氏體2級(jí)，碳化物1級(jí)，鐵素體1級(jí)。從檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，馬氏體和殘余奧氏體等均達(dá)到技術(shù)要求。有效解決了存在的問題。

圖2  加ECA催滲劑滲碳熱處理工藝曲線

（4）節(jié)能降耗效果

從工藝及有效硬化層深度可以看出，同樣獲得1.0mm的滲層深度情況下，ECA催滲技術(shù)可縮短1/3的工藝周期。表1為采用ECA催滲技術(shù)前后成本比較。其中電費(fèi)價(jià)格為0.8元/kW·h，甲醇價(jià)格為3元/L。

表1  采用ECA催滲技術(shù)前后成本比較

項(xiàng)目	原工藝每爐用原料	ECA工藝每爐用原料	用量差值	每爐節(jié)約成本
甲醇	20L/爐	15Lm/爐	－5L/爐	15元/爐
電耗	520kW·h/爐	390 kW·h/爐	－130  kW·h/爐	104元/爐
ECA	0	40元/爐	40元/爐

從表1可以看出，使用ECA催滲技術(shù)后每爐可節(jié)約成本119元（15元+ 104元），由于ECA催滲技術(shù)縮短了生產(chǎn)周期，使原來每天兩爐多一點(diǎn)的生產(chǎn)量提高到每天三爐，從而每天可節(jié)約成本3×119元/天＝357元/天，減去120元/天的ECA催滲劑的用量，實(shí)際每天可節(jié)約成本237元。

若一年的有效工作日按10個(gè)月計(jì)算，則每年可節(jié)約成本為237× 10 × 30＝71100（元），而且還不包括由于提高產(chǎn)品質(zhì)量所帶來的間接效益。

2.ECA催滲技術(shù)在連續(xù)式滲碳爐上的應(yīng)用

（1）齒輪材料與技術(shù)要求

121型拖拉機(jī)最終從動(dòng)齒輪，外形尺寸φ185mm× 44mm，材料為20CrMnTi鋼，熱處理技術(shù)要求：馬氏體和殘余奧氏體1~5級(jí)，碳化物1~5級(jí)，心部鐵素體1~4級(jí)，表面與心部硬度分別為58~64HRC和33~48HRC，滲碳層深度0.8~1.3mm。

（2）原工藝