在炉膛热处理中，放热气氛是通过烃类燃料不完全燃烧产生的保护气体。其主要目的是在退火和钎焊等过程中防止金属表面氧化和变色。这些气氛分为两种主要类型：“富”放热气体，具有化学还原性，用于钢材；“贫”放热气体，惰性更强，用于铜等金属。
选择富放热气氛还是贫放热气氛是一个基于权衡的关键决策。您必须在金属所需的化学保护水平与气体生成过程的操作成本、复杂性和安全性之间取得平衡。
放热气氛的生成方式
放热气氛之所以得名，是因为用于产生它们™的化学反应会释放热量。这个过程发生在一个名为放热气体发生器的专用设备中。
基本燃烧反应
发生器将烃类燃料（最常见的是天然气（甲烷，CH4））与空气精确混合。然后，这种混合物在燃烧室中的催化剂作用下点燃。
反应被控制为不完全燃烧。与完全燃烧（主要产生氮气（N2）、二氧化碳（CO2）和水（H2O））不同，不完全燃烧还会产生大量的¹氧化碳（CO）和氢气（H2）。
控制空燃比
气体的最终成分完全由空燃比决定。通过调节与燃料混合的空气量，操作员可以产生富气氛或贫气氛。这个比例是唯一最重要的控制变量。
两类放热气氛
气体的具体化学成分决定了它可以保护哪些金属以及适用于哪些工艺。
富放热气体：最大保护
富放热气氛使用较低的空燃比生成，这意味着相对于燃料量，空气更少。这导致气体富含可燃的还原性成分。
典型成分为N2=71.5%，CO=10.5%，H2=12.5%，CO2=5%，CH4=0.5%。
高浓度的一氧化碳（CO）和氢气（H2）使这种气氛具有化学“还原性”。这些气体积极地寻找并与氧气反应，从而防止金属表面氧化。它非常适用于低碳钢的退火、正火和钎焊。
贫放热气体：经济且惰性
贫放热气氛以较高的空燃比生产，更接近完全燃烧。这会消耗大部分燃料，留下一种基本惰性的气体。
典型成分为N2=86.8%，CO2=10.5%，CO=1.5%，H2=1.2%。
由于CO和H2含量非常低，这种气体提供的还原潜力很小。它主要因其低成本和对低碳钢不脱碳的特性而使用。其最常见的应用是铜的亮退火，在这种情况下，它具有足够的保护性以防止大规模氧化，同时避免了富气体相关的风险。
理解权衡
选择气氛不仅要考虑其保护性能。您还必须考虑它与特定金属的相互作用以及您设施的运营实际情况。
还原潜力与脱碳
虽然富气体中的高CO含量可以防止氧化皮（氧化），但它可能会对中高碳钢造成脱碳。气氛实际上可以从钢的表面吸出碳原子，使其软化。贫气体还原性较低，但脱碳的可能性也较小。
成本和复杂性
贫气体™的生产成本显著降低。它需要更多的空气和更少的燃料，发生器更简单，并且需要较不精确的控制。富气体发生器更复杂，消耗更多的燃料，增加了运营成本。
安全性和可燃性
这是一个关键的区别。富放热气体因其高CO和H2含量而易燃且有毒。它需要小心处理、强大的通风系统和安全联锁装置。贫气体™的低可燃含量使其处理起来更安全。
潜在危险：水蒸气
离开发生器的原始气体充满水蒸气（H2O），这在高温下对钢材具有高度氧化性。为了使气氛具有保护性，必须首先将其冷却以冷凝并去除大部分水蒸气。未能正确干燥气体是热处理周期失败的常见原因。
为您的工艺做出正确的选择
您的材料和工艺目标是选择正确气氛的最终指南。
- 如果您的主要重点是退火或钎焊低碳钢： 使用经过适当干燥的富放热气体，因为它具有出色的还原性能，可以防止氧化。
- 如果您的主要重点是退火有色金属（如铜）： 使用贫放热气体，因为它在成本效益和足够保护之间取得了很好的平衡。
- 如果您的主要重点是处理中高碳钢： 请务必小心，因为两种放热气氛都可能导致脱碳。对于这些材料，吸热气氛通常是更好、更精确受控的选择。
- 如果您的主要重点是最大限度地降低运营成本和安全风险： 贫放热气体是更好的选择，前提是其有限的保护能力足以保护您的金属。
最终，了解您的炉膛气氛的具体化学成分将帮助您实现始终如一的高质量结果。
总结表：
| 特性 | 富放热气体 | 贫放热气体 |
|---|---|---|
| 成分 | N2=71.5%, CO=10.5%, H2=12.5%, CO2=5%, CH4=0.5% | N2=86.8%, CO2=10.5%, CO=1.5%, H2=1.2% |
| 保护水平 | 高（还原性） | 低（惰性） |
| 应用 | 低碳钢的退火、正火、钎焊 | 铜的亮退火、经济高效的工艺 |
| 成本与安全 | 成本较高，易燃，有毒 | 成本较低，处理更安全 |
使用KINTEK™的先进炉膛解决方案升级您实验室的热处理工艺！凭借卓越的研发能力和内部制造，我们提供马弗炉、管式炉、旋转炉、真空和气氛炉以及CVD/PECVD系统。我们强大的深度定制能力确保为您的独特实验需求提供精确的解决方案，无论您是处理钢、铜还是其他金属。立即联系我们，讨论我们的放热气氛专业知识如何提升您的结果和效率！
图解指南
