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{| class="wikitable" style="float:right; margin: -10px 0px 10px 20px; text-align:left"
|<center>'''表面硬化'''<br><img src="https://slidesplayer.com/slide/11574031/62/images/3/%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%A1%AC%E5%8C%96%E8%99%95%E7%90%86%E6%B3%95+%E7%81%AB%E7%84%B0%E7%A1%AC%E5%8C%96%E6%B3%95---%E9%81%A9%E7%94%A8%E4%B8%AD%E3%80%81%E9%AB%98%E7%A2%B3%E9%8B%BC+%E6%84%9F%E6%87%89%E9%9B%BB%E7%86%B1%E7%A1%AC%E5%8C%96%E6%B3%95---%E9%81%A9%E7%94%A8%E4%B8%AD%E3%80%81%E9%AB%98%E7%A2%B3%E9%8B%BC+%E6%BB%B2%E7%A2%B3%E7%A1%AC%E5%8C%96%E6%B3%95---%E9%81%A9%E7%94%A8%E4%B8%8D%E8%83%BD%E6%B7%AC%E7%81%AB%E7%A1%AC%E5%8C%96%E4%B9%8B%E4%BD%8E%E7%A2%B3%E9%8B%BC.jpg" width="280"></center><small>[https://slidesplayer.com/slide/11574031/ 圖片來自slidesplayer]</small> 
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'''表面硬化'''（surface hardening、case-hardening）是一種使金屬工件的表面硬化 (冶金)，而且內部仍維持其韌性特性的金屬製程。

表面硬化後，會在工件表面形成一層由[[硬度|較堅硬]]的金屬形成的「外殼」。含碳量低的鐵或是鋼，本身的可硬化性很低，表面硬化製程會將碳（[[滲碳]]）或氮（[[滲氮]]）用擴散方式進入表層。

表面硬化一般用在工作已經成形之後，不過也可以用在要進行pattern welding或類似製程的棒材，來增強其硬度。'''面硬化'''（Face hardening）也用在說明現代[[装甲]]的類似製程。

若金屬件和其他堅硬或是黏著性的材料接觸，因為金屬的硬度大，比較可以抗磨損，所以會希望有一定的硬度。不過有硬度的材料其[[脆性]]也比較軟的材料要大，因此不一定適合將整個工件從外表到內部完全進行硬化。此情形下可以用表面硬化製作內部韌性較強（因為內層較軟，可以吸收應力不會破裂），而表面又比較堅硬，可以有相當抗蝕性的工件。
== 歷史 ==
早期[[铁]]的熔煉是透過鍛鐵爐，可以產生兩種不同的鐵，一種是低含碳的鐵，可以加工冶煉成[[熟鐵]]，另一種鐵則是在其外層的含碳量比較高。高含碳的鐵有「熱脆性」（hot short），在[[鍛造]]時會碎裂並且瓦解。因此需再進行熔煉，不然無法使用這種鐵。因此西方在普遍使用精煉爐以外，幾乎不使用高含碳的鐵。熟鐵當中幾乎不含碳，富有[[延展性]]，但其硬度不高。

鐵的表面硬化就是將低碳鋼包裹在富含碳的物質中，再進行加熱，讓碳進入鐵的組織內。因此表層的鐵會變成高碳鋼，越往內層，含碳量就越低。最後的成品內部有低碳鋼的韌性，而外層則有高碳鋼的硬度以及抗磨性。

傳統鐵的表面硬化方法是將鐵的表面包裹上由[[骨骼]]磨片及[[木炭]]的混合物，或是包裹[[皮革]]、[[蹄]]、[[食盐]]及[[尿]]的混合物，裝在密封的箱子內。之後將箱子加熱到一定高溫，但需低於鐵的熔點，並且維持一段時間。維持的時間越久，碳滲透的深度越深。不同的應用會需要不同的硬化深度：銳利的工具會需要深度的硬化，在研磨磨銳的過程中也不會暴露其內層材料，而像齒輪之類的傳動件只需淺層的硬化，提昇其抗磨性。

若表面硬化的方式是利用上述的混合物，在表面硬化後外層會變色。鋼的顏色會顯著變化，依木炭及骨骼中的其他物質含量不同，會有黑色，藍色和紫色的斑點狀圖案。其氧化表面的作用和發藍處理後的表面類似，可以提高抗蝕性，也有良好的光潔度。

表面硬化的鋼鐵結合了極佳的外層硬度以及內層的韌性，這是同質性的合金無法達到的，因為高碳鋼常伴隨著容易脆裂的缺點。

== 化學 ==
在表面硬化的溫度下，碳仍維持固體，活動力不強。滲入鋼鐵組織內的是氣態的[[一氧化碳]]，是因為包裹在外的富碳材質乗
和空氣中的氧作用而來，若是用純碳，也會有此現象，但速度很慢。雖然此製程需要氧氣，但氧氣會通過CO循環進行再循環，因此可以在密封箱內進行。密封是必要的，因為破壞其密封，讓外界氧氣進入和一氧化碳反應，或是讓一氧化碳排出都可以終止表面硬化的反應。

加入易分解的碳酸鹽，例如會分解為氧化鋇及二氧化碳的[[碳酸钡]]，會進行以下反應
:C（富碳材質中的） + CO<sub>2</sub> <—> 2 CO
增加CO的濃度，以及富碳材質的活性<ref name="Higgins, Engineering Metallurgy, energiser" >{{cite book
  |last=Higgins  |first=Raymond A.
  |title=Part I: Applied Physical Metallurgy
  |work=Engineering Metallurgy
  |publisher=Hodder & Stoughton
  |edition=5th
  |year=1983
  |isbn=0-340-28524-9
  |ref=Higgins, Engineering Metallurgy
  |pages=474
}}</ref>。
有關表面硬化，有一個[[常識]]的誤解，認為表面硬化和骨骼有關，這是錯的。雖然有使用骨骼，但碳是從蹄和角來的。骨骼中有一些碳酸鹽，但主要是[[磷酸鈣]]。這些無法增加一氧化碳的濃度，而且會引入[[磷]]到鋼鐵合金中，變成其中的雜質。

== 現代用法 ==
碳鋼和[[合金鋼]]都適合表面硬化。一般會是低含碳量（約小於0.3%）的軟鋼。軟鋼因為含碳量低，一般而言無法正常硬化，因此用化學方式調整表層，以增加可硬化性。表面硬化鋼是在高溫下，讓碳（[[滲碳]]）、[[氮]]（[[滲氮]]）及／或[[硼]] 滲透到鋼的外層，因此針對表面熱處理，以得到想要的硬度。

「表面硬化」（case-hardening）源自滲碳過程（在本質上和古代的製程相同）本身的實用性而來的。將鋼件放入密封的盒子中，盒子內填充有碳基的表面硬化化合物。將盒子放在高溫爐中一段時間，其時間及溫度會決定表面硬化的程度。不過，硬化的深度最終仍會受限於碳能夠滲入固態鋼中的程度，此方式的典型度為1.5&nbsp;mm。現代的滲碳也會用其他方式，例如在富碳氣體中加熱工件。小物品可以通過用火炬反覆加熱並在富含碳的介質中淬火來硬化，介質像是已商品化的''Kasenit'' / ''Casenite''或Cherry Red。早期的介質中會含有有毒性的[[氰化物]]，而現代用的（例如Cherry Red）不含氰化物。
== 參考文獻 == 
{{reflist}}
[[Category: 450 礦冶總論]]