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明清时期，中国古代工匠采用了许多热处理技术。有关的记载很多。如明代宋应星的《天工开物》、明代方以智的《物理小识》、清代徐寿基的《续广博物志》和清代陈克恕的《篆刻缄度》等。这时期我国工匠在淬火的控制火候上也有所发明，如采用预冷淬火。预冷淬火对减小刀具的畸变、提高刀具的强韧性有益处。明代宋应星的《天工开物》中有对采用预冷淬火技术制蹉的记载：“以已健划成纵斜文理，划时斜向入，则方成焰。划后烧红，退微冷，入水健。”其中“退微冷”，就是预冷淬火工艺。
在化学热处理方面，在应用液体渗碳方法制钢方面又有了很大进展，这时采用所谓的“生铁淋口”技术，生产的钢材被称为“苏钢”。宋应星在《锤锻》篇中提及采用液体渗碳法对锄具进行表面处理的工艺。锄用“熟铁锻成，熔化生铁淋口，入水淬健，即成刚劲。”可以看出，该工艺是将锄具在熔化生铁中渗碳，目的是使其表面成为高碳钢，经淬火后得到马氏体而强化。在固体渗碳处理上采用焖熬法固体渗碳工艺。明代宋应星的《天工开物》中记载了一种焖熬法固体渗碳技术，他写道：“凡针，先锤铁为细条。用铁尺一根，锥成线眼，抽过条铁成线，逐寸剪断成针。先蹉其末成颖，用小槌敲扁其本，刚锥穿鼻，复蹉其外。然后入釜，慢火炒熬。炒后以土末松木火矢、豆豉三物罨盖，下用火蒸。”可知当时的渗碳是在釜中进行的，采用釜外供热方式，固体渗碳剂中松木火矢是一种木炭，同书有说明火矢是木材经“不闭穴火”所获产物，是主要的渗入剂：豆豉也是含碳物质是辅助渗入剂：土末是分散剂，对防止含碳物质的相互黏结和炭黑的析出有一定的作用。这与当今的装箱固体渗碳方法如出一辙。固／液渗碳处理不同于固体或液体渗碳，它是以固态物质为骨架或载体、液态物质为渗剂的渗碳方式。最常见的固／液渗碳工艺是膏体法渗碳，是将含碳物质混和于粘性物质中，形成膏体，涂于工件表面，在后续的加热处理中，碳渗入工件表面。为了要在涂膏中获得液相，一般在膏体中都要添加盐类，盐在600-900℃经常呈熔融态。《便民图篡》提及：“羊角、乱发俱煅灰，细研，水调，涂刀口，烧红，磨之。”羊角、乱发经煅烧后主要成分为氧化钙、碳酸钙和未充分燃烧的生物角质，这些物质含碳。其中氧化钙、碳酸钙主要是被用作为载体，而未充分燃烧的生物角质为含碳渗入剂。明代《物理小识》“器用类•淬刀法”中干脆用未经煅烧的生物角质为含碳渗入剂：“一以羊角，乱发为末，调傅刀口，不必蟾酥而自然灰埋也。”其中羊角、乱发是主要的含碳物质，含碳量高于其灰；“蟾酥”为癞蛤蟆皮下的汁液，是生物油脂，油脂不仅可做黏结剂，也可做渗碳剂：“自然灰”主要成分是碳酸钠。看来此工艺开始时的关键是以蟾酥为添加剂，以后发展成以自然灰为重要添加剂的工艺。这两种添加剂都是很必要的，自然灰的应用是一个明显的进展，不仅因为自然灰来源相对广泛，更重要的是因为碳酸钠具有明显的碳原子的催渗效果。现在液体化学热处理常用碳酸钠作为渗碳促进剂，在膏体中亦有其催渗效果。
至迟到宋代，中国传统的金属箔的制造业已很成熟。在《天工开物》、《绘事琐言》等古籍中均有记载，即将金片初锻后，层层叠入特制的乌金纸，扎成束，加以锻打和退火。其中间退火处理，可能是连同乌金纸一起置于炭炉中，在约100℃的温度下加热，以消除加工硬化。其最终退火处理是利用锻造的余热，将金片连同乌金纸缓慢冷至室温。因创造性地采用乌金纸间隔、扎束锻打和退火的独特工艺，才得以制作比国外更薄更均匀的金箔。除金箔外，中国古代还有关于银箔的记载。银箔主要用于器物的装饰。元代陶宗仪《南村辍耕录》中载：“凡器作什物，以金薄或银薄依银匠所用纸糊罩，置金银薄在内，逐旋细切取。铺已，旋漆上，新绵揩拭牢实。”锡箔是用量很大的金属箔，其最大的用途是制作纸钱和装饰。关于锡箔的制造在古籍中也有报道。其加工制作也是采用层层叠合锻打和退火，不同的是古人可能认识到了锡的表面易形成隔层(即氧化层)，因此不采取金属片之间采用纸间隔的办法。此后，又开发了蒸汽退火加热技术[19]。用蒸汽加热可使温度控制在略高于100℃，既可获得很高的延展性，又可避免锡箔过度氧化。
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