等离子渗金属表面改性技术及设备简介 - 文章

等离子渗金属表面改性技术及设备简介

作者：武汉首发表面工程有限公司

1.表面工程技术

表面工程技术主要是利用各种表面涂镀层及表面改性技术，赋予基体材料本身所不具备的特殊的力学、物理或化学性能。如高硬度、高耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性、抗辐射性等。另外，表面工程技术是一门涉及到机械、电子、化工、材料、真空、冶金、表面物理、固体物理，等离子物理、电化学等多学科的边缘技术，它溶入这些学科的理论和最新技术成果。

2.等离子表面合金化技术

表面工程技术领域中，双层辉光等离子表面合金化是一项具有高技术特征和标志的创新技术。是近十几年才发展起来的具有我国独立知识产权居世界领先水平的高新技术。

例如在钢铁材料表面形成以W-Mo-Cr-V－C、W-Mo－C、W-Mo-Co－C、W-Mo-Nb－C等表面耐磨高合金层、表面高速钢层、表面时效硬化高速钢层、表面耐磨高Cr－C层。还可以形成Cr-Ni、Cr-Ni-Si、Cr-Ni-Al、Cr-Ni-Mo-N、Cr-Ni-Mo-Nb等抗高温氧化合金层和耐腐蚀不锈钢层。还可以形成超合金表面层，如：Ni基合金，Co基合金，Ti基合金等等。

此外，该技术与RF和DC等磁控溅射、电弧沉积、离子注入等渗镀技术交叉结合，可形成表面沉积层+扩散层的反应渗镀复合层，制备性能更高的表面耐磨、耐蚀、抗高温氧化的梯度结构材料、陶瓷材料和功能材料。

双层辉光等离子表面合金化技术的主要特征是：非常有效的解决了高熔点金属的表面合金化及较高熔点金属材料表面进行高熔点合金表面合金化的问题。是目前所有表面合金化工艺技术中能够提供欲渗合金元素方法最好的一种技术。是一项可持续发展的环保清洁战略技术。

双层辉光等离子表面合金化技术主要优点是：节约贵重合金元素、节省能源和资源的创造性；渗入速度快，比一般合金化技术提高渗入速度至少1/3以上的新颖性；具有可大面积处理，对各种机械零件均能大幅度提高表面性能和延长使用寿命的实用性；表面合金层成分可控、合金化层与基体冶金结合无剥落、无环境污染、可进行全部真空处理的清洁工艺技术的先进性。该技术已经获得这方面国家发明专利十余项以及一系列具有我国自主知识产权的创新成果。

3.渗金属设备的研究

辉光离子渗金属工作时，工件和源极均处于气体放电的真空、高温和高电压的状态下。因此对设备中电极之间以及对地的绝缘性能要求较高；电极本身导电性要好；电极和炉壳冷却性能要强；辅助阴极、源极以及吊挂工卡具等能够承受高温，变形要小；电极工作稳定，不打弧。经过多年的试验研究，一般对渗金属设备的基本要求有：

1）.直流（或脉冲）电源工作电压0～1000V缓慢平稳可调，工作稳定、可靠且有很好的灭弧功能；
2）.源极、工件极的对地绝缘电阻≥4MΩ；
3）.极限真空度：≤5Pa；
4）.漏气率：≤0.13Pa／min
5）.工作温度：～1200℃；
6）.工件极和源极具有可靠和稳定的屏蔽结构和装置，保证工作时不打弧；
7）.工作气压：10～10000Pa；
8）.多路质量流量计控制的进气系统；
9）.机械泵＋罗茨泵（小型设备可以只选用机械泵；要求较高的选用机械泵＋扩散泵或分子泵）；
10）.300～1200℃光电温度计测温仪（也可设置热电偶测温系统）；
11）.有外加热源时，2～3层金属隔热层（小型设备可选1～2层金属隔热屏）；
12）.占总功率1／2～1／3的外加热源（也可不采用辅助加热，只用离子轰击加热）；
13）.双层水冷炉壳、双层水冷底盘以及水冷电极结构（一般用水量2～10t/h）；
14）.采用功率10～15Kw的电机以及离心式风冷系统；
15）.采用水流量2～6t/h的换热器以及换热器系统；
16）.炉子外形尺寸（实际工作情况而定）；
17）.有效工作尺寸（实际工作情况而定）；
18）.抽真空管道系统（管道可配加蝶法系统、阀门截止系统、放气系统等）；
19）.真空度测量系统（数显真空计或其它真空计）；
20）.最大装炉量（几公斤～400公斤／炉）；
21）.功能要求（具有等离子渗金属、渗碳、渗氮、碳－氮共渗和氮－碳共渗、渗硫等等）；
22）.进气供给系统以及进气均匀性的要求；
23）.设备欲进行下一步工艺和技术升级预留的各种孔。

四、渗金属照片

图1、2、3分别是Q235钢、35CrMo钢、45钢Cr-Mo共渗层的金相组织照片。

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(投稿) (2008-3-13，阅读936次)

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