集成气体分析解决方案，用于增强气体渗碳控制

精确控制气氛对于气体渗碳至关重要

渗碳是一种广泛应用的热化学表面处理方法，它通过在低碳钢表面添加碳层，提高其硬度和耐磨性，同时保持芯部韧性。在固相、液相和气相渗碳等多种渗碳方法中，气相渗碳因其气氛均匀性好、工艺控制更佳以及能适应复杂零件几何形状等优势，已成为现代热处理的主流解决方案。

气体渗碳的有效性取决于对炉内气氛的精确控制，炉内气氛通常由两部分组成：

载气（主要成分为CO、N₂、H₂，少量CO₂、H₂O、CH₄）为碳扩散创造了必要的化学环境。一氧化碳（CO）是主要的碳载体，在高温下分解，将原子碳释放到钢表面。氮气（N₂）在稀释可燃气体和稳定气氛方面起着关键作用。

富集气体，通常含有低浓度的碳氢化合物，例如甲烷 (CH4) 或丙烷 (C3H8)，以精确控制的量注入，以增加碳浓度并根据需要在过程中调整化学平衡。

为了控制碳扩散的深度和均匀性，现代气体渗碳工艺依赖于一个关键参数——碳势（CP）。碳势是反映炉内气氛中碳活性的指标。与静态参数不同，碳势必须在整个工艺过程中持续调整，以达到所需的渗碳层深度，并避免出现积碳或过度渗碳等缺陷。

要保持所需的CP，不仅需要控制温度，还需要实时监测气体成分，因为反应气体的微小波动会导致渗碳性能的显著偏差。

挑战：渗碳炉中复杂的气体反应和监测局限性

然而，碳潜力（CP）无法直接测量，因为它源于高温下关键大气成分之间的平衡关系，特别是 CO、CO2 和 CH4 之间的平衡。

2CO C（在钢表面）+CO2

CH4+H2O CO+3H2

CH4 C（在钢表面）+ 2H2

CO2、CH4 或 CO 浓度的变化可以改变反应平衡，改变碳势，并导致壳层深度、表面质量或烟灰形成的变化。

工业系统通常利用氧探头间接监测碳潜力。这些探头提供氧分压的实时测量值，结合假定的CO和其他气体浓度值，即可利用过程因子或CO因子估算碳潜力。然而，此类估算仅在稳定的平衡条件下才准确，而这种平衡条件并非总能反映实际的炉内动态。因此，基于氧探头的控制系统可能响应不准确，尤其是在未反应的CH4积累或CO浓度波动的情况下，这会增加碳化不足或过度的风险。

因此，直接和实时测量 CO、CO2 和 CH4 浓度对于捕捉动态变化并确保主动和及时地调整碳潜力至关重要。

渗碳工艺的主要优势：

对CO、CO2和CH4进行高精度、高响应性的控制，以维持稳定的碳势

提高工艺一致性、表面质量和重复性

减少因估算误差造成的富集气体浪费和能源消耗

维护负担更轻，可全天候自主运行

在危险的工业环境中可靠部署