烧结气氛有五种广泛地用于粉末冶金零件烧结中：分为氮气、真空、氢气、不完全燃烧的烃类化合物气体、氢气、分解氨及。

1.氮气 其可能比不完全燃烧的烃类化合物气氛要贵一点。氮基气氛与压坯之间的化学反应比不完全燃烧的烃类化合物气氛容易控制。其常用于烧结普碳钢和低合金钢零件。

2.真空 当将烧结室内抽空到低气压时，也可认为是一种烧结气氛。真空烧结时，气压低到何种程度取决于被烧结零件的化学组成。从防止烧结钢被氧化考虑，应将真空度保持得较高些，即炉内气压应尽可能低。但是，气压过低会使合金中的某些组分蒸发掉，例如不锈钢中的铬。

3.氢气 氢气比其他烧结气氛价格贵。其用于烧结难熔金属，如钨与钼的压坯，偶尔用于烧结不锈钢压坯。

4.不完全燃烧的烃类化合物气体 原料主要是甲烷或丙烷。依据空气与燃气的比率，这可能是成本最低的一种烧结气氛。这种气氛广泛用于烧结铁基结构零件和铜基零件，诸如自润滑轴承。

5.分解氨 其成本居中，比纯氮、纯氢价格便宜，但比不完全燃烧的烃类化合物气氛贵，比较适用于烧结碳钢零件与不锈钢零件。

气氛工作原理

（1)氮基气氛

通过空气与分解氨的混合气体燃烧，吸收掉反应产物中的水蒸气，便可得到含有少量氢气的富氮气氛。这种气体由于成本原因已不再广泛应用。空气中含有75%的氮气。将空气液化，利用沸点差（氧气的沸点高）分离氧气和氮气，可以得到氮气。另外一种方法是，使压缩空气在室温下通过特种吸附剂，如碳分子筛，也能得到氮气。吸附剂要周期性地进行再生处理。为降低氮气中的残留氧含量，要加入少量氢气，再使气体通过催化剂脱氧器和进行干燥。

（2)氢气

可以通过液态天然气或轻型烃类化合物液体与水蒸气的催化剂反应生成氢气和一氧化碳来制备氢气。混合气体中的一氧化碳与水蒸气通过催化剂反应生成二氧化碳，将氢气进行液化时，二氧化碳被吸收或除去。这种方法比传统的电解水制氢成本低。氢气是一种还原性气氛。其中氧和水蒸气的含量应尽可能低。氢中的氧可用钯催化剂净化器除去，水蒸气通过活性氧化铝被吸收。

将湿氢转变为干氢用的干燥设备，首先需要两个干燥塔，水蒸气被塔中的活性氧化铝吸收。周期地使热空气通过用过后处于潮湿状态的塔，将氧化铝重新活化。工作时两个干燥塔交换使用。常用露点表示气氛中的水蒸气含量。所谓露点，指的是当含水蒸气的气体在冷却过程中，水蒸气开始凝结成液滴的温度。这个温度越高说明气体中含水蒸气越多。工业用液态氢的露点一般在－70~-50℃.露点与气氛中的水蒸气的体积关系是，露点温度越高，水的体积分数越低。在使用氢气作烧结气氛时还要注意，氢气的热导率高，约为空气热导率的7倍；密度低，仅为空气密度的7%.由此应考虑，炉子要有好的气密性和要使炉内气氛处于正压状态。否则，空气的涌入会导致氢气－氧气的爆鸣。

（3)不完全燃烧的烃类化合物气体烃类化合物气体，诸如甲烷或丙烷，与一定比例的空气混合后可以完全燃烧。完全燃烧的产物是氮、二氧化碳和水蒸气。如果将空气与烃类化合物气体的混合比例降低，就会出现烃类化合物气体的不完全燃烧。当空气／甲烷的体积比值在2.4:1到9.7:1之间时，就不会完全燃烧。这时燃烧的产物为水蒸气、二氧化碳、氢、一氧化碳和氮气。

放热性与吸热性气氛的范围又分为“富”与“贫”气氛的范围。例如:甲烷与空气的反应是放热性的，这就是说，混合气体一经燃烧就不需要从外部补充和供给能量，依靠反应的热量就能自行维持下去。这种气氛就叫做放热性气氛。随着混合气体中甲烷气体含量的减少，也就是随着空气／甲烷比值的增大，反应产生的热不再足以使燃烧进行下去。要想维持反应，必须由外部补充能量，这样，就进入了吸热性气氛范畴。

放热性气氛发生装置外有水套、内有耐火材料炉衬的一个燃烧室，其作业温度为1100~1425℃.燃烧室前部是燃烧区，大部分燃料与空气发生反应生成氢气、一氧化碳及氮气。燃烧室后部装有催化剂，其为前部的燃烧加热，使未燃烧的烃类化合物与燃烧产物通过催化剂进行反应。热的气体在冷却器中淬冷，将冷凝的水从气流中分离出来，经过冷凝阱除去。冷却气体中的水含量因冷却水的温度不同而异。气体出口的温度应使冷却水温度保持在5℃左右。若进行冷冻处理时，放热性气氛的露点可降低到5℃.它是最经济的烧结气氛之一。

另外，当空气／甲烷比例小于6:1时，反应产生的热量就不足以使燃烧在所需温度下继续自行维持下去，因此需要用外部热源加热催化剂，促使燃烧反应继续进行下去。这种发生器就叫做吸热性气氛发生器。混合气体通过催化剂反应后，于水套气体冷却器中进行快冷，以防止一氧化碳分解为二氧化碳和碳。吸热性气氛发生器中的空气／甲烷的比率一般为（4~2.5):1.这种气氛常用于烧结铁－碳（钢）零件。为了保证最终零件中的碳含量合适，可通过调整空气与甲烷的比率来控制烧结气氛与压坯之间的化学反应，从而使零件的含碳量在烧结过程中减少、增加或不变。

（4)分解氨

分解氨比氢气价格低，是一种应用广泛的烧结气氛。液态氨汽化后，流经装有催化剂的反应器，按下式反应，分解为氢气与氮气。2NH3→N2+3H2分解氨约含有25%N2和75%H2.分解反应温度为900~1010℃,这取决于装入催化剂的种类和使用周期的长短。经分解生成的氮气和氢气通过干燥及吸附，其露点为－50~-40℃.烧结气氛中的氮对烧结组成为铁与钢的压坯没有什么影响，但是对于含铬量高的不锈钢来说就不同了。典型的奥氏体不锈钢含Cr量为18%(质量分数），含Ni量为8%(质量分数），是含Cr量很高的钢种。根据物理冶金原理，在富氮气氛，诸如分解氨中，在温度1100~1300℃范围内，烧结具有典型奥氏体不锈钢组成的压坯时，基体可以溶解的N含量高达0.4%(质量分数），形成氮的固溶体。氮在奥氏体中的溶解度随着温度的升高而减小。含有氮的不锈钢压坯缓慢冷却时，奥氏体固溶体中的氮就以Cr2N从基体中沉淀出来，这不是一种希望出现的相。因为Cr2N的沉淀会导致局部铬含量贫化，使不锈钢的耐腐蚀性恶化。奥氏体基体中固溶体内的氮可以增高压坯的强度，但减低韧性。当需要烧结的奥氏体钢压坯具有高韧性时，应在纯氢或真空中烧结。为制出具有最高强度的压坯，其作业顺序是：于含氮气氛中，在1300℃下烧结以获得高密度，慢冷到1100℃,以促使氮在较低温度下増大在奥氏体基体中的固溶度，然后由1100℃快速冷却到室温，以防止Cr2N沉淀。

使用不同气体来制造烧结气氛的目的都是希望粉末冶金制作过程中特别注重保护烧结炉气氛，目的是为了控制压坯与周围环境间的正常的化学反应。对于粉末压坯而言，这种化学反应不仅仅发生在压坯外表面，而且更重要的是通过连通孔隙，也发生在压坯内部。这些化学反应进行的程度如何，除了烧结温度的因素外，还和选用的烧结气氛及气氛的组成有密切关系。

当粉末冶金毛坯进入烧结炉，必须要控制的化学反应包括：金属颗粒表面氧化物的还原反应－不论在预热带、高温带还是在冷却带，烧结气氛不仅要保证还原反应进行得彻底，而且要防止压坯二次氧化；其次是铁－碳合金压坯的渗碳与脱碳反应；再一个是烧结气氛中的氮元素与含铬不锈钢粉压坯中的合金元素间的反应。

烧结炉预热带的烧结气氛的第二个作用是排出烧除润滑剂产生的气体或固态残留物，已达到烧结的最佳状态。