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绪论1

第一章化学热处理的基础理论6

第一节 化学热处理的基本过程6

一、化学热处理的四个分过程6

1.介质中的化学反应7

2.附面层中的外扩散9

3.表面吸附与界面反应9

4.内扩散10

二、化学热处理过程的控制步骤11

一、用△G反应判断反应的可能性12

第二节 化学热处理的热力学基础12

二、用平衡常数(Kp)计算平衡状态时各组元的含量14

三、判断化学热处理过程中物质输送的方向17

1.化学势(μ)是主要判据17

2.各种形态物质的化学势18

3.活度19

4.渗碳反应中碳的输送方向20

6.渗?反应中?的输送方向21

第三节 化学热处理的动力学基础23

一、化学动力学的基础理论23

1.反应速率和反应级数23

2.温度对反应速率的影响26

3.反应历程28

二、化学热处理中几种常见反应的动力学分析31

1.甲烷渗碳作用的动力学分析31

2.在CO-H2-CO2-H2O-N2气氛中渗碳反应的动力学分析33

3.多元气氛中渗碳反应的动力学分析34

4.在氨分解气氛中渗氮反应的动力学分析35

第四节 化学热处理的过程控制理论36

一、概述36

二、多种化学反应的同时平衡38

三、碳势控制理论39

1.单因素碳势控制39

3.钢中碳含量与碳活度的换算41

2.单因素碳势控制之不足及其改进41

四、氮势控制理论42

第二章金属的表面和表面吸附现象46

第一节 金属的表面46

一、概述46

二、表面热力学47

1.表面能与表面自由能47

2.表面自由能与表面张力48

3.表面化学势49

三、表面结构50

1.σ-图50

2.小面化和“TLK”模型51

3.表面原子的点阵53

4.表面位点模型和表面态模型54

第二节 固体表面的吸附现象56

一、概述56

二、物理吸附与化学吸附57

1.物理吸附与化学吸附的差别57

2.Lennard-Jone位能图59

3.物理吸附与化学吸附的关系60

三、吸附热力学61

1.吸附热力学的基本方程61

2.吸附热63

3.吸附过程中熵的变化67

4.吸附平衡68

第三节 吸附等温方程70

一、几种常见的吸附等温方程70

1.Langmuir吸附等温方程71

2.Freundlich吸附等温方程73

3.Temkin吸附等温方程74

4.Fowler吸附等温方程74

5.BET吸附等温方程75

二、有关吸附等温方程的几个补充问题77

1.?合气体的吸附等温方程77

2.吸附剂表面的微孔效应78

3.吸附等温线的几种典型形式79

第四节 吸附质与吸附剂间的作用力80

一、产生物理吸附的吸附力81

二、化学吸附的吸附键82

1.化学吸附健综述82

2.解离吸附85

3.缔合吸附87

4.化学吸附健的改变90

第三章气-固界面上的界面反应92

第一节 金属表面上的吸附态92

一、超点阵和Wood标志法92

二、闪脱谱(TPD)和吸附态94

三、表面超点阵的形成95

四、表面化合物98

第二节 常见气体在金属表面上的吸附100

一、氢的吸附100

二、氮的吸附102

三、氧的吸附103

四、一氧化碳的吸附105

五、二氧化碳的吸附107

六、饱和碳氢化合物的吸附108

七、其它碳氢化合物的吸附110

1.烯烃的吸附110

2.炔烃的吸附111

3.芳烃的吸附112

4.含氧碳氢化合物的吸附113

第三节 界面反应动力学114

一、表面质量作用定律114

1.单分子反应114

2.双分子反应115

二、界面反应机理116

1.Langmuir-Hinshelwood机理116

2.Rideal机理117

三、界面反应为RDS时的双分子反应(一)(按Langmuir-Hinshelwood机理)117

四、界面反应为RDS时的双分子反应(二)(按Rideal机理)120

五、反应物吸附为RDS时的双分子反应122

六、反应生成物脱附为RDS时的双分子反应124

七、Temkin(TeMKиH)修正方案126

第四节 界面反应实例128

一、氨的附吸与分解128

二、有关一氧化碳的几个界面反应129

1.一氧化碳的分解129

2.水煤气反应130

3.一氧化碳的加氢作用131

三、碳氢化合物的生碳结焦作用132

第四章其它条件下的界面反应135

第一节 真空中金属表面的界面反应135

一、概述135

1.压强和气体分子运动136

二、真空条件下的气体分子运动论136

2.自由程和碰撞截面138

3.气体分子对容器壁的作用141

三、真空条件下固体对气体的吸附作用144

1.吸附平衡时的吸附量144

2.吸附速率147

四、真空条件下固体表面的脱附作用151

1.表面吸附态的脱附151

2.金属材料的除气153

3.金属及合金的蒸发156

一、熔盐的结构160

第二节 熔盐中金属表面的界面反应160

二、熔盐的基本特性162

1.熔点162

2.粘度163

3.熔盐中的扩散165

4.熔盐的表面张力166

三、熔盐反应的基础理论169

1.熔盐与其液面上气相的反应169

2.固态金属与熔盐的界面171

3.熔盐中的传质174

4.固态金属表面在熔盐中的吸附175

1.表面扩散的微观理论177

一、表面扩散177

第五章化学热处理中的扩散177

第一节 表面扩散与晶界扩散177

2.表面扩散的宏观理论179

二、晶界扩散182

第二节 菲克第二定律的高斯解及其应用185

一、菲克第二定律的高斯解185

二、高斯解在化学热处理中的应用188

1.渗入元素的浓度分布曲线188

2.基体金属中渗入元素原始浓度不为零时的情况189

3.渗层深度与扩散时间的关系190

4.表面浓度低于材料原始浓度时的扩散192

1.扩散元素的浓度对扩散系数的影响193

一、扩散系数随成分变化时的扩散193

第三节 一些特殊情况的扩散问题193

2.基体中第三元素对扩散的影响196

二、表面浓度非恒定时的扩散问题197

第六章渗层的组织及其形成201

第一节 渗层的形成过程201

一、总述201

1.超点阵的形成及其特点201

2.超点阵与表面固溶体202

3.新相晶核的形成202

4.晶核的长大与渗层的形成203

1.晶核的形成功204

二、新相晶核的形成204

2.晶核形成率206

3.外延与外延成核209

4.晶核的品种209

三、晶核长大209

第二节 纯质金属的渗层组织212

一、纯质金属渗入单一元素时的渗层组织212

1.构成渗层的可能性212

2.组成无限固溶相图时的渗层组织213

3.组成有限固溶并有中间化合物相图时的渗层组织213

4.K=2时渗层组织小结215

1.多元吸附216

二、纯质金属多元共渗时的渗层组织216

2.多元扩散218

3.纯质金属多元共渗时的渗层组织219

第三节 合金化学热处理的渗层组织224

一、钢进行化学热处理时碳的活动224

二、钢的成分对渗层形成的影响226

1.钢中含碳量对渗层形成的影响226

2.钢中合金元素对渗层形成的影响227

三、内氧化及内氮化现象229

四、合金渗层的分类232