在高温炉中，氩气最常用于退火、烧结、钎焊以及对反应性或高价值合金的热处理等工艺。它充当惰性保护屏障，排出氧气和其他反应性气体，以防止被加工材料氧化、污染和降解。这确保了最终产品保持其既定的化学纯度、结构完整性和表面光洁度。
在炉内使用氩气的核心目的不是参与工艺，而是防止不需要的反应。可以将其视为在材料周围创造一个化学上不可见的“气泡”，保护其免受极端温度下空气的损害影响。
氩气的基本作用：创造惰性屏障
高温加工的根本在于通过热量控制材料性能。然而，热量也会极大地加速化学反应，主要是与环境空气中的成分——氧气和氮气——发生的反应。
为什么惰性气氛至关重要
随着金属温度升高，其原子变得更加活跃和易于反应。当暴露在空气中时，这会导致氧化（形成氧化物，如铁锈或氧化皮）以及有时会发生氮化（形成氮化物）。这些反应以不利的方式改变材料的表面、化学性质和机械性能。
防止氧化和变色
氩气是一种惰性气体，这意味着它是化学惰性的，即使在高温下也不会与其他元素发生反应。通过向炉腔内充入氩气，可以排出氧气，从而有效消除氧化的风险。
这就是光亮退火的原理，其目标是在不形成通常会产生的深色氧化皮的情况下软化金属，从而保持清洁、“光亮”的表面。
保护反应性金属和高纯度金属
对于像钛、锆和某些镍基超级合金等反应性极强的金属，保护更为关键。这些材料在高温下与氧气甚至氮气接触都可能被毁坏。
氩气提供了一个真正的惰性环境，确保这些昂贵且对性能要求严苛的材料（通常用于航空航天和医疗应用）达到其严格的质量标准。
基于氩气的主要炉内工艺细分
不同的热处理工艺利用氩气的保护特性来实现特定的结果。
退火
此过程通过加热然后缓慢冷却金属来使其软化并消除内部应力。使用氩气气氛可以防止表面氧化，这对于需要清洁表面或将要进行后续加工的部件尤为重要。
烧结
烧结涉及将压实的金属粉末加热到略低于其熔点，使颗粒粘合在一起。氩气在这里至关重要，可以防止细小粉末的大表面积发生氧化，否则会阻碍适当的粘合，并导致零件强度低、密度低。
钎焊
钎焊通过熔化填充金属并使其流入接头来连接两个或多个金属部件。氩气气氛可防止母材和填充金属表面形成氧化物，确保钎料合金能够正确润湿表面，形成牢固、清洁且连续的连接。
时效和热处理
时效硬化等工艺用于提高合金的强度。这些处理依赖于精确的时间和温度控制，以形成特定的内部微观结构。氩气确保材料的化学成分在这一关键阶段不会因表面反应而改变。
了解取舍
尽管氩气非常有效，但它不是控制气氛的唯一选择，其使用涉及特定的考虑因素。
成本与性能
氩气的成本通常高于氮气，氮气常被用作更便宜的惰化气氛替代品。然而，氮气对于所有材料来说并非真正惰性。在高温下，它可能会与钛和某些不锈钢等金属反应形成脆性氮化物。
选择氩气还是氮气是一个经典的工程权衡：氩气为敏感材料提供更优越的保护，而氮气对于反应性较低的金属来说是一种经济高效的解决方案。
纯度和露点
氩气屏障的有效性取决于其纯度。即使氩气供应中含有痕量的氧气或水蒸气（以露点衡量），也可能足以对敏感材料造成变色或轻微氧化。对于要求最苛刻的应用，通常需要高纯度氩气。
比空气重
氩气比空气重约 38%。这在炉内是一种优势，因为它可以有效地沉降并排挤较轻的周围空气。然而，这也带来了安全隐患，因为它可能会置换封闭或低洼区域的氧气，造成窒息危险，需要适当的通风和监测。
为您的目标做出正确的选择
选择正确的高温炉气氛对于实现所需的材料性能和表面质量至关重要。
- 如果您的主要关注点是低成本的非反应性金属：对于普通碳钢等材料，氮气通常是一个足够且更经济的选择。
- 如果您的主要关注点是加工高反应性金属（例如钛、超级合金）：氩气的优越惰性是不可或缺的，以防止材料脆化并保证材料的完整性。
- 如果您的主要关注点是实现原始的、无氧化物的表面光洁度：高纯度氩气是确保获得清洁、光亮、无变色效果的最佳选择。
- 如果您的主要关注点是高完整性的钎焊或烧结：氩气气氛对于防止干扰粘合和影响最终部件强度的氧化物至关重要。
归根结底，使用氩气的决定取决于材料对大气反应的敏感性以及部件最终的质量要求。
摘要表：
| 工艺 | 氩气的关键用途 | 常用材料 |
|---|---|---|
| 退火 | 防止氧化，获得清洁表面光洁度 | 反应性及高价值合金 |
| 烧结 | 保护金属粉末免于氧化 | 金属细粉 |
| 钎焊 | 确保无氧化物粘合以获得牢固接头 | 各种带填充合金的金属 |
| 热处理 | 保持化学纯度和微观结构 | 钛、锆、超级合金 |
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