蒸汽處理就是把制品放在過飽和蒸汽中加熱，水蒸汽和制品表面及孔隙處發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生穩(wěn)定的氧化物。當(dāng)氧化膜主要為致密的Fe3O4時(shí),該氧化膜具有防銹的能力,可改善零件的硬度、壓縮強(qiáng)度、耐磨性，以及抗腐蝕性，都可得到提高。

　　1．鐵基零件的耐磨性得到改善，位于零件表面的在連通孔隙網(wǎng)中形成的氧化鐵磨去后，位于孔隙網(wǎng)中的內(nèi)層氧化鐵仍可連續(xù)地提供耐磨性;

　　2．Fe3O4層非常牢固地粘附在鐵基體上；

　　3．依據(jù)處理?xiàng)l件，抗壓強(qiáng)度可增高達(dá)25%左右；

　　4．Fe3O4層厚達(dá)5um左右時(shí)，將變成非滲透性的，從而使所處理的燒結(jié)機(jī)械零件的抗銹蝕性得到改進(jìn)。在孔隙中產(chǎn)生局部腐蝕電池的危險(xiǎn)性減小；

　　5．理高密度燒結(jié)鐵基零件時(shí)，可將表面孔隙全部封閉。從而，可防止以后電鍍時(shí)電解質(zhì)滲入和殘留在零件內(nèi)部；

　　6.當(dāng)燒結(jié)鐵基零件表面的孔隙全部被封閉時(shí)，可承受高的氣體壓力；

　　7.一般來說，水蒸汽處理時(shí)，尺寸會增加，但增加很小。對燒結(jié)零件的尺寸精度影響不大；（有些產(chǎn)品外徑尺寸不但不增大，反而處理后會收縮）

　　8.水蒸汽處理經(jīng)濟(jì)。蒸汽處理封閉孔隙的費(fèi)用大約為滲銅封孔費(fèi)用的15%，約為塑料浸漬封孔費(fèi)用的30%；

　　9.水蒸汽處理后，特別是浸油后，零件外觀呈蘭黑色；

　　10.已證實(shí)，某些合金（例如，F(xiàn)e-Cu合金）在蒸汽處理的同時(shí)發(fā)生沉淀硬化，從而改進(jìn)材料的性能。

　　蒸汽處理的缺點(diǎn)是，抗壓強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度及延展性都有所減低。

蒸汽處理的基本原理

　　鐵與氧的化合物，一般來說，有三種，即富氏體（FeO）黑色，磁性氧化鐵（Fe3O4）及赤色氧化鐵（Fe2O3）。蒸汽處理在不同的溫度和壓力下，能生成Fe3O4，也能生成FeO，F(xiàn)eO是一種不致密的多孔結(jié)構(gòu)，并且與基體鐵的結(jié)合強(qiáng)度很弱，不能起到保護(hù)表面層的作用。蒸汽處理的目的，是在燒結(jié)鐵基零件表面生成一層硬且致密的，與鐵基體粘結(jié)牢固的以Fe3O4為主體的氧化物層。鐵、氧化鐵、與水蒸汽、氫氣（反應(yīng)生成的），在不同溫度下是可逆的平衡反應(yīng)。

　　水蒸汽處理溫度低于570℃時(shí)，

　　3Fe+4H2O—Fe3O4+4H2

　　水蒸汽處理溫度高于570℃時(shí)，

　　Fe+H2O---FeO+H2

　　溫度高于570℃時(shí)，F(xiàn)e3O4與FeO共同存在。在570℃以上生成的FeO，當(dāng)溫度降低到達(dá)570℃以下時(shí)，F(xiàn)eO不穩(wěn)定，易分解成Fe3O4/Fe，組織之抗蝕性不佳，容易被腐蝕，將按下式發(fā)生共析分解：

　　4FeO—Fe3O4+Fe

　　這時(shí)生成的Fe具有強(qiáng)烈的腐蝕傾向。這就是一般蒸汽處理時(shí)，為什么規(guī)定溫度不高于570℃的理論根據(jù)。

　　此時(shí)FeO與Fe3O4的比例則與冷卻速率有關(guān)，冷卻愈快則殘留的FeO愈多。這就是連續(xù)式蒸汽處理爐冷卻部不是水冷，與燒結(jié)爐不一樣，而爐尾采用保溫。且爐尾溫度不宜過低，防止冷卻過快；另一方面防止水蒸汽在爐尾形成冷凝水，而滴落產(chǎn)品表面而形成銹斑（Fe2O3）。

　　在溫度高于570℃以上，根據(jù)理論，所得氧化層由內(nèi)往外分別為Fe，F(xiàn)eO，F(xiàn)e3O4與Fe2O3，愈接近外界，氧化物的氧含量愈高，此時(shí)的Fe2O3層為青白色，極薄而不易觀察到，係零件在高溫下由爐內(nèi)取出時(shí)，與空氣發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生。因此井式黑化爐出爐溫度不宜過高。一般480℃～500℃時(shí)出爐。但是要提出，當(dāng)零件的碳含量約0.8～1.0％，且處理的負(fù)載量很大，若直接將零件由高溫移到空氣中冷卻，空氣將會與零件中的碳發(fā)生放熱反應(yīng)，所釋放的熱會使鐵產(chǎn)生紅銹。

　　當(dāng)蒸汽處理的氣氛中水分含量高，也就是K=H2O/H2高于臨界值時(shí)，將發(fā)生下列反應(yīng)：

　　2Fe3O4+H2O----3Fe2O3+H2

　　就K=H2O/H2來看，在下列二種情況下，K都可能增大到大于臨界值。一是氣氛中含H2量很少，比如，在一個大爐子中僅處理幾個小的鐵零件時(shí)，一是由于水進(jìn)入爐膛，H2O的濃度增大。比如，溫度400℃時(shí)，F(xiàn)e2O3/Fe3O4處于平衡狀態(tài)的K值為9。若有水滴在零件的表面，則水濕處的K值可能達(dá)到100，因這時(shí)K>9，在400℃下，在零件表面的滴水處將生成Fe2O3。

　　被處理的零件加熱不充分時(shí)，通入的水蒸汽也可能在被處理的零件上凝結(jié)為水，這也可能增高爐膛中水的濃度。

　　紅色氧化鐵（即鐵銹）疏松多孔，不粘附在Fe基體上。因此，在蒸汽處理中應(yīng)盡量避免生成紅色氧化鐵(Fe2O3)。

　　當(dāng)水蒸汽處理的氣氛中含有游離O2時(shí)，也可能由于下列反應(yīng)生成紅色氧化鐵：

　　2Fe3O4+2H2O+1/2O2----3Fe2O3+2H2O

　　因此，蒸汽處理時(shí)，零件裝爐后必須將爐中的空氣全部趕出，將處理氣氛中的含氧量降低到0.1％以下。

水蒸汽處理對燒結(jié)鐵基零件孔隙度的影響

　　燒結(jié)鐵基零件一般都是多孔性的。含有的孔隙有二種：一是與表面的開口孔隙，一是孤立的不與表面連通的孤立孔隙。這兩種孔隙的總和叫做總孔隙度。

　　水蒸汽不斷于所有開口孔隙的表面發(fā)生反應(yīng)，致零件氧化增重，從而引起開口孔隙度的減小，在處理初期，一些開口孔隙變成了孤立孔隙，這些孤立孔隙并沒有被鐵的氧化物填滿。下圖模型說明了這種情況。一旦開口孔隙被孤立，它就不再能接觸新鮮水蒸汽，因此，這些孔隙表面的氧化層就只能靠擴(kuò)散來增厚了。

　　（一） 處理溫度的影響

　　反應(yīng)得到的氧化物組成成分分布視反應(yīng)溫度而定，若溫度較低（小于570℃）則可得到較多的Fe3O4，但氧化層的生成速率卻很慢；若溫度偏高（大于600℃），則大部分為FeO，而其生成速率卻很快。利用高溫處理雖然可縮短反應(yīng)時(shí)間而得到表面膜厚相同的氧化層（例如：600℃VS500℃），但FeO的高速成長會迅速地將零件表面的開口孔隙封住，使得蒸汽所能滲入作用的區(qū)域變窄，也就是說水蒸汽不能供給內(nèi)部孔隙，內(nèi)部孔隙表面未能充分的氧化，僅只增大表面氧化層的厚度。因此對于密度相同的零件，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間相同，以高溫處理所增加的重量反而比以低溫處理的低。

　　（二） 處理時(shí)間的影響

　　當(dāng)氧化開始時(shí)，其反應(yīng)速率很快，但隨著氧化層厚度的增加，水蒸汽所能擴(kuò)散至內(nèi)部反應(yīng)的量減少，反應(yīng)速率亦隨之減緩。約二小時(shí)后反應(yīng)即已大部分完成。

　　（三） 零件密度的影響

　　水蒸汽主要是靠零件內(nèi)部連接網(wǎng)路而得以擴(kuò)散至內(nèi)部反應(yīng)，當(dāng)零件密度愈高，其通孔的量亦愈少，通孔也愈容易變?yōu)殚]孔，因而其蒸汽處理的效果較密度低的差。

　　（四） 鐵粉類型的影響

　　在相同的蒸汽處理?xiàng)l件下，由海綿鐵粉制造的零件比由水霧化鐵粉制造的同密度零件孔隙封閉程度大。并且，由海綿鐵粉制造的零件中生成的鐵氧化物密實(shí)且由微品組成；而在水霧化鐵粉制造的零件中的鐵氧化物較粗，呈圓柱狀，并且是多孔性的，燒結(jié)密度增大時(shí)，孔隙封閉進(jìn)行得較快。顆粒形狀不規(guī)則的海綿鐵粉所制造的零件的孔隙較小，孔隙間的路徑較窄，此外，其內(nèi)部表面積亦遠(yuǎn)大于水霧化鐵粉。

水蒸汽處理對燒結(jié)鐵基材料性能的影響

　　燒結(jié)鐵基材料蒸汽處理后，材料結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，除鐵基外、連通孔隙和孤立孔隙外，增加了鐵氧化物，因此，性能亦發(fā)生重大變化。

　　蒸汽處理后的零件，硬度大幅度增高；特別是哪些低密度的零件。抗拉強(qiáng)度基本沒有什么變化。密度較低時(shí)，處理后延伸率減小，隨著密度增高，處理前后延伸率之差減小。這些變化與材料中生成的氧化物多少密切相關(guān)。

　　燒結(jié)鐵基材料蒸汽處理后的機(jī)械性能還與材料的成分和組織結(jié)構(gòu)相關(guān)。

蒸汽處理的應(yīng)用

　　水蒸汽處理在燒結(jié)機(jī)械零件生產(chǎn)中，主要用于下列方面。

　　（一） 改進(jìn)燒結(jié)鐵基零件的耐腐蝕性

　　在低于570℃的溫度下水蒸汽處理時(shí)，在燒結(jié)鐵基零件的外露表面生成的致密Fe3O4層具有良好的耐腐蝕性。為增高燒結(jié)鐵基零件的耐腐蝕性，現(xiàn)在許多燒結(jié)鐵基零件都進(jìn)行水蒸汽處理。

　　（二） 增高燒結(jié)鐵基零件的硬度，改進(jìn)耐磨性

　　根據(jù)汽車減震器活塞和導(dǎo)向器的耐久性試驗(yàn)結(jié)果來看，經(jīng)水蒸汽處理的耐磨性比未處理者和鑄鐵件有顯著改善。

　　（三） 改進(jìn)燒結(jié)鐵基零件的氣密性和滲透性

　　燒結(jié)鐵基零件（密度大于6.7g/cm3）水蒸汽處理后，用N2進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。具有充分的氣密性。水蒸汽處理燒結(jié)鐵基零件用于制造冷凍機(jī)壓縮機(jī)的閥板。

　　(四)可作為燒結(jié)鐵基零件鍍鎳的預(yù)處理

　　燒結(jié)鐵基零件水蒸汽處理后生成的鐵氧化物層，與基體金屬粘結(jié)牢固，并且，不僅粘附于表面，而且，通過連通孔隙，在材料內(nèi)部形成立體的鐵氧化物網(wǎng)絡(luò)，從而使表面的氧化物層更牢固地附著在零件表面上。另外，較高的蒸汽處理溫度可迅速地將表面孔隙封口，并形成足夠厚的氧化層，防止具有腐蝕性的電鍍液滲透及殘留于孔洞中， Fe3O4是一種半導(dǎo)體型化合物，其電導(dǎo)性對于電鍍是足夠高的。