箱式退火炉中可以使用哪些类型的气体？优化您的热处理工艺

从根本上说，箱式退火炉可以使用氮气、氢气、氩气和分解氨气作为其控制气氛。这些气体可以单独引入，也可以作为精确控制的混合物引入，这完全取决于所处理的材料和所需的冶金效果。气氛的目的是在高温下创造特定的化学环境，这是热处理过程中一个关键的可变因素。

退火炉中气体的选择并非随意决定；它是关键的工艺参数。主要目标是创造一个控制气氛，该气氛可以保护材料免受氧化等不良反应，或者主动促进所需发生的表面反应，从而直接影响最终的材料性能。

控制气氛的目的

在退火所需的高温下，大多数金属与周围空气（特别是氧气）会发生高度反应。引入特定的气体气氛可以取代这种空气，从而精确控制材料的表面化学性质。

使用控制气氛最常见的原因是防止金属表面形成氧化物或氧化皮。氮气或氩气等保护性气体可以置换氧气，确保材料保持清洁并保持其表面光洁度。

某些气体不仅仅是保护性的；它们是具有反应性的。通常含有氢气的“还原性”气氛可以主动去除表面已有的轻微氧化物。这个过程被称为光亮退火，可以使表面呈现干净、光亮、纯金属的外观。

稳定和良好循环的气氛有助于热量均匀传递到工件上。这确保了部件的所有部分都能一致地达到目标温度，从而带来可预测和可重复的退火结果。

每种气体都具有独特的性能，使其适用于不同的材料和工艺目标。选择是化学兼容性、所需结果和成本之间的平衡。

氮气是最常用的气氛气体，因为它相对便宜，并且在退火温度下对大多数常见金属呈惰性。它在置换氧气和防止氧化方面非常有效。

它是对钢和铜合金进行通用退火的标准选择，其主要目标是简单地防止结垢。

氩气是一种惰性气体，这意味着它完全不与任何材料发生反应，即使在非常高的温度下也是如此。虽然比氮气昂贵，但其绝对的惰性对于高反应性金属至关重要。

它是退火钛合金、某些特种不锈钢和其他活性金属的必要选择，在这些情况下，即使与氮气有最轻微的相互作用也可能对材料性能产生不利影响。

氢气是一种高反应性气体，可作为强效还原剂。它不仅仅是防止氧化，它还会主动剥离表面氧化物中的氧原子，将其转化为水蒸气（H₂O）并被带出炉外。

这使得它非常适合对不锈钢和铜等材料进行光亮退火，这些材料要求表面完全干净、无氧化物。

分解氨气提供了一个由 75% 氢气和 25% 氮气组成的混合物。氨气通过高温裂解器或分解器，在那里它“裂解”成其组成元素。

这是现场为光亮退火应用生成还原性气氛的一种非常常见且经济有效的方法，它提供了氢气的优点，而没有纯氢气的储存复杂性。

选择气氛不仅仅涉及化学；实际和安全因素至关重要。

气体成本与其纯度或功能之间存在直接的权衡。氮气是通用保护的经济选择。氩气为敏感材料提供最高级别的保护，但成本较高。

氢气易燃，在特定浓度下与空气混合时可能爆炸。任何使用氢气或分解氨气的炉系统都必须配备严格的安全协议。这包括在循环前后用惰性气体（如氮气）对炉子进行吹扫，并实施经过认证的安全联锁装置。

纯气体提供特定的性能，但混合气体提供了一种微调气氛的方法。例如，95% 氮气和 5% 氢气的不可燃混合物可以提供轻微的还原性气氛，成本低于纯氢气，安全风险也较小。

您选择的气体应直接由您的材料和您期望的最终状态决定。

如果您的主要重点是具有成本效益地防止一般钢或铜的氧化： 您的最佳选择是氮气 (N₂)。
如果您的主要重点是对钛合金或关键航空航天部件等高反应性金属进行退火： 您必须使用高纯度氩气 (Ar)。
如果您的主要重点是在不锈钢或特种合金上获得光亮、无氧化物的表面： 您的最佳选择是氢气 (H₂) 或分解氨气 (N₂/H₂) 混合物，并配置适当的安全系统。

最终，将气氛与材料相匹配是实现可重复、高质量热处理结果的关键。