本实用新型专利技术公开一种不锈钢表面离子渗硅装置，包括具有抽气口和硅烷气体进口的真空腔体；真空腔体内设有阴极腔体和不锈钢靶，阴极腔体通过绝缘材料与真空腔体连接，不锈钢靶位于阴极腔体上方并通过绝缘材料与阴极腔体连接，真空腔体内设有与不锈钢靶面接触的引弧针，引弧针通过控制线圈与直流电源连接；阴极腔体内通有冷却水，阴极腔体内设有控弧永磁铁，控弧永磁铁位于不锈钢靶后并浸泡在冷却水中；阴极腔体和真空腔体通过稳弧电源连接。本实用新型专利技术设备易操作，同时制备温度较低，能耗较小的优点，且根据使用要求可以改变渗硅气体流量以控制渗入的硅含量。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种不锈钢表面离子渗硅装置，属于表面工程领域。
技术介绍
硅作为一种合金添加元素加入金属中，用来提高金属零件对海水、酸类、盐类以及熔融金属的抗腐蚀和抗高温氧化能力，以及用来提高金属的表面硬度及耐磨性。另外，金属与硅生成的金属间化合物具有独特的化学和物理方面的性能，例如很高的熔点，较低的电阻率，很好的化学稳定性等，在高温氧化性环境使用，也具有抗氧化性能。Fe3Si作为金属硅化物的一种，具有优越的高温抗氧化性能，其原因是保护性氧化膜3102的生成。在钢中添加硅元素来提高钢的性能早在1970年代时，学者Hochman就提出了当wt% Cr+2wt % Si>24%时，能够有效提高钢材料的抗氧化性能。娃的添加能够有效的促进钢表面生成致密的钝化膜，达到耐腐蚀的性能。Strauss和Grabke也指出，在Fe-20Cr-32Ni合金中添加硅有利于合金在600°C的H2_24% C0-2% H20气氛中时，使表面生成Cr203氧化层，从而达到保护效果。Maier和Norton指出，含12wt% Cr的410不锈钢中添加娃时，在表面生成的富娃氧化物能有效提尚材料的抗尚温氧化性能。固体法渗硅是应用最为广泛的处理方法。粉末包埋法是固渗中最普遍的方法，它也是历史最悠久的渗镀法，此法就是把工件埋入有欲渗金属粉末，放粘结粉末(如αι203)和活化剂的混合物(粉末渗剂)的容器中然后密闭容器高温加热，活化剂一般为卤化物，如NH4C1，NH4等。化学气相沉积(chemical vapor deposit1n, CVD)是利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上反应生成固态沉积物的技术，这种方法是利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上反应生成固态沉积物的技术，实际上是把工件置于含硅气体介质中加热，实现硅原子渗入工件表面的过程。然而利用化学气相沉积法有它自身难以克服的缺点，如反应温度太高，对技术和设备条件的较高，以及沉积速率太低。熔盐电解法是指采用一种或者几种低熔点的盐作为反应介质，利用反应物在熔盐中有一定的溶解度，通过脉冲电流的作用，使欲镀离子向带有异种电荷的被镀试样表面运动，并且在试样表面沉积扩散，最终形成金属或者金属间化合物镀层。但由于熔盐电沉积硅的能耗比较高，再加上无法保证镀层的质量所以远没有像电解渗铝那样得到广泛的应用。熔盐非电解沉积法是在熔盐电解法的基础上发展起来的。它是通过选择合适的熔盐体系和渗硅工艺能实现熔盐不通电渗硅。主要原理是靠盐浴中产生的活性硅原子进行的。该法虽相对于常规固相法而言，具有工艺简单、合成温度低、保温时间短、合成的粉体化学成分均匀、晶体形貌好、物相纯度高等优点，但通常熔盐法渗硅要求温度在1050°C左右，能耗过高。目前还没有看到利用电弧放电法在不锈钢表面渗硅的研究。电弧放电法是应用较广的一种技术，该技术主要通过直接短路引弧，在触头刚分离的瞬间形成极高的电场强度，这样会导致强烈的场致发射和间隙击穿，继而形成真空电弧，对反应气体的离化率比普通的真空蒸镀和真空溅射的离化率高跟多，可用来离化渗硅反应气体，得到较高浓度的硅离子。本技术主要利用电弧放电装置将硅烷在等离子体中离化，产生高浓度的硅离子，在电弧等离子体的辅助下快速向不锈钢表面渗透，在不锈钢表面形成高硅含量的耐温抗氧化层。该装置结构简单，成本较低，并且比固体法、CVD熔盐法的渗硅温度低得多，在不锈钢表面渗Si中具有良好的应用前景。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有装置进行不锈钢渗硅存在的不足，并提供一种简单易行，渗硅温度较低的装置。该装置具有原理先进、结构简单、反应速率快等优势。为实现上述目的，本技术提供一种不锈钢表面离子渗硅装置，包括具有抽气口和硅烷气体进口的真空腔体；真空腔体内设有阴极腔体和不锈钢靶，阴极腔体通过绝缘材料与真空腔体连接，不锈钢靶位于阴极腔体上方并通过绝缘材料与阴极腔体连接，真空腔体内设有与不锈钢靶面接触的引弧针，引弧针通过控制线圈与直流电源连接；阴极腔体内通有冷却水，阴极腔体内设有控弧永磁铁，控弧永磁铁位于不锈钢靶后并浸泡在冷却水中；阴极腔体和真空腔体通过稳弧电源连接。所述真空腔体为开门式腔体。 上述娃烧气体进口设有调节娃烧流量的质量流量控制器。上述真空腔体内设有加热器。所述不锈钢革E直径为50-300mm，厚度为5_40mm。本技术在电压作用下，引弧针和不锈钢靶面接触、然后弹开引燃电弧。电弧的自持工作由电源提供。电源的阳极为炉体，阴极为不锈钢材料，阴极的最后部位为阴极法兰，主要是将阴极固定在阳极的炉体上，阴极和阳极之间通过聚四氟乙烯材料所做的绝缘板隔离，革G后有控弧永磁铁，磁铁泡在水中，冷缺水从进水管进入，出水管流出。电弧放电产生的等离子体在不锈钢材料的表面区域形成高密度等离子体。将不锈钢材料用丙酮超声清洗后，烘干，装于真空腔室中的阴极基座上，真空室内通过抽气口由机械栗和分子栗构成的抽气系统抽真空，然后经质量流量控制器通入体积比为1:9的硅烷和氩气气体，在不锈钢材料表面进行电弧放电；被电弧离子化的Si以离子形式渗入在不锈钢表面。上述金属靶材为各种不锈钢材料，不锈钢数量为1个，不锈钢尺寸直径为50-300mm,厚度5_40mm，反应气体(硅烷+氩气)流量范围为50-300sccm ;渗硅时间5_20分钟；不锈钢材料表面的电流为50-120安培。不锈钢阴极电弧放电在l-10Pa条件下进行，渗硅温度100-500°C，渗硅1_20分钟，通入50-300sccm反应气体时，随着硅烷流量的增加，Si原子百分比逐渐增大。而基体中的N1、Cr、Fe含量基本保持不变。由上述技术方案可知，本技术是利用高密度电弧放电装置产生等离子体，在不锈钢材料表面进行渗Si。该装置利用电弧放电产生的强等离子体离化通入真空室内的硅烷，把硅烷解离成Si离子和Η离子(其中氩气作为稀释气体使用)。Si元素以离子形式渗入不锈钢靶材表面。通过控制硅烷的流量则可直接控制不锈钢表面渗入的Si含量。本技术装置结构简单，大幅度简化了渗硅过程，只需采用一个不锈钢靶，一种含硅气体，降低了渗硅的成本。在钢铁表面渗硅能够提高金属零件对海水、酸类、盐类以及熔融金属的抗腐蚀和抗高温氧化能力，以及用来提高金属的表面硬度及耐磨性，从而延长工件的使用寿命。而本装置在不锈钢靶表面进行渗Si，由于其技术上的优越性使其当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种不锈钢表面离子渗硅装置，其特征在于：包括具有抽气口和硅烷气体进口的真空腔体；真空腔体内设有阴极腔体和不锈钢靶，阴极腔体通过绝缘材料与真空腔体连接，不锈钢靶位于阴极腔体上方并通过绝缘材料与阴极腔体连接，真空腔体内设有与不锈钢靶面接触的引弧针，引弧针通过控制线圈与直流电源连接；阴极腔体内通有冷却水，阴极腔体内设有控弧永磁铁，控弧永磁铁位于不锈钢靶后并浸泡在冷却水中；阴极腔体和真空腔体通过稳弧电源连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊卫，牧灏，蒋震，
申请(专利权)人：贵州电力试验研究院，
类型：新型
国别省市：贵州;52
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