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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