金属制品表面涂复离子渗金属技术制造技术

本发明专利技术属于表面冶金及化学热处理的范畴。本发明专利技术是利用空心阴极放电作为加热手段，对表面涂有涂料的工件进行表面合金化的一种渗金属方法。其方法是将欲渗元素用一定的方法涂覆于工件表面，然后将工件置于有阴极、阳极的真空容器中的阴极上，通过空心阴极放电，使工件迅速被加热而进行渗金属。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于表面冶金及化学热处理的范畴。表面冶金是提高另件寿命的有效方法之一。现有的固体渗金属气体渗金属及双层辉光离子渗金属的方法，均有一些问题。固体及液体渗金属均存在劳动条件差，合金元素消耗大及有环境污染等缺点。气体渗金属设备复杂，(因需一套气体发生装置)又因在卤化物气氛中进行渗金属，造成大气污染及设备的严重腐蚀。双层辉光离子渗金属方法对于形状复杂的另件及小件的批量生产存在着一定的困难。本专利技术的目的就是要克服以上几种方法的缺点，提供一种新型的渗金属方法。本专利技术是这样完成的如附附图说明图1将工件①的表面涂复一层厚0.1～2.5mm，由所需渗入元素为主并配以辅料，然后置于装有辅助阴极③的阴极④上，工件可以是单件也可以是多件，可以是一层，也可以是多层，但是要求工件表面之间或工件表面与辅助阴极表面之间相隔5～35mm。将真空容器②抽到不低于1.33Pa时，充入一定的气体介质，此气体介质可以是氩气，或碳氢混合气等。工作气压一般在13.3Pa～1333Pa之间。由所配置的一套0～1500V可调直流电源与真空容器中阴、阳极相连。在所述的气压范围内及100～1000V的电压条件下，在阴极上的工件与工件之间，工件与辅助阴极之间，产生强烈的空心阴极放电，由于这种放电使得阴极区域的离化率大大提高，离子的轰击能量增加，温度急剧上升，加热速度增大。空心阴极放电可将阴极区域很快加热到欲渗金属温度。本专利技术所采用的涂料是按照一定的配比方法进行的，其组成是由所要渗入工件的合金元素或化合物为主要成份并配以一定比例的辅料。辅料中要有活化剂其主要作用是将合金元素的不活泼分子转变成为活性原子，或活性的原子气体;催化剂其主要作用是促进活化剂与渗入元素之间的反应，增加活性原子及气体原子的数量;保护剂其主要作用为保护空心阴极放电发生时工件表面不打弧;粘结剂使涂料与工件之间粘结较好;填充剂维持涂料的存在及均匀性，并起渗后有利清洗的作用。该涂料的特点配比简单，易做，不打弧，活性大。本专利技术所用的涂料中的欲渗元素可以为任何固态金属、类金属及它们形成的合金。本专利技术还有渗速快的特点，其原因是因当涂有涂料的工件表面发生空心阴极放电时，在工件表面有一陡降的且很窄的阴极位降区，此位降区的存在导致了涂层中欲渗入元素的活性增加，蒸发及活化程度增大。涂层中电子和离子及金属的表面加热，又加强了活性原子(或离子)深入到金属内部。此外工件表面的大的浓度梯度有利元素的渗入，另一方面，由于工件处于空心阴极放电的强大电场及电位下，离化率也较高，加之表面有不断发生的化学反应的涂层，造成了表面化学反应及物理反应的强烈发生，而这些又加速了向工件表面输入活性元素，从而提高了渗入速度。本专利技术的辅助阴极的主要作用是与置于阴极上的工件产生空心阴极放电，其本身也可以产生空心阴极放电，并强化了阴极整体的空心阴极放电。此外辅助阴极还有均匀温度，保持活性气氛，促进活性气氛产生，支撑工件等作用。辅助阴极可以是钢铁材料及其它导电材料，其形状可以是中空的，如桶形、方形、长方形。如附图1。也可以是平板的一层一层的叠加的，如附图2。还可以是这两种的组合，如附图3。此外本专利技术的辅助阴极也可以与工件分开，形成另一个极(或称第二极)，但辅助阴极须接另外一套可调的直流电源。这时工件表面与辅助阴极表面之间距离间隔为5～35mm。两个电器柜(均为0～1500V的直流可调电源)的电压独立可调，工作气压值一般在13.3～1333Pa，此时的渗金属情况称之为不等电位的空心阴极放电渗金属，如附图4。一般常用的均为附图1～3中等电位(即一个电器柜)的情况。本专利技术与现有渗金属的方法比较有节约合金元素，渗速快及适用于形状复杂另件及单件生产等优点。下面结合附图，以20钢表面渗硼为例说明本专利技术的实施情况。将20钢工件①(尺寸为φ20×40)表面清洗干净，(不允许表面带有油污或锈斑)并加热到100℃左右，浸入到已配制好的涂料中。该涂料由以下物质组成60%B4C粉末(或硼铁粉纯硼粉，其粒度不大于100目)+20%硼砂+10%冰晶石+5%氯化钙+3%氟化钠+2%氯化氨(以上均为重量比)及粘结剂水玻璃(或亚硫酸盐酒精废液)。浸入10秒钟后取出在100℃以下进行烘干再按上述方法浸涂3次使工件表面均匀挂有1mm的涂层。将烘干的工件①放在由作为阳极的真空容器壳体②和有辅助阴极③(尺寸为φ50×60)的桶形内(壁厚3mm)，将真空容器抽到1.33Pa以上后充入Ar气，气压值控制在66.5Pa左右，并接通直流电源，加阴极与阳极间电压600V，使其产生空心阴极效应，待温度上升到1000℃时，保温2小时然后缓慢冷却到200℃以下出炉。权利要求1.一种空心阴极放电涂复渗金属的方法，它属于表面冶金的范畴，它是将工件表面涂复一层由欲渗入的元素组成的涂料，利用空心阴极放电作为加热手段而进行表面渗金属的一种方法。其主要特征在于①工件是置于内设有阳极、阴极和辅助阴极的可抽成真空且工作时又充入气体介质的容器中的阴极上，在阴极与阳极之间配有一套0～1500V的可调直流电源，②工件表面涂有一层由欲渗入元素为主，并配以辅料的涂层。③工件与工件之间或工件与辅助阴极之间产生空心阴极放电。④辅助阴极在结构上可以为中空的，如桶形、方桶形、长方桶形，也可以是平板的单层或多层结构，还可以是两者的结合，(即桶形与平板的结合)。⑤空心阴极放电渗金属主要工艺条件电压范围为100～1000V；气压范围为13.3Pa～1333Pa；温度为500℃～1200℃。(工件温度)2.根据权利要求1的方法工件是任何导电材料。3.根据权利要求1的方法涂料中欲渗入的各种元素可以是任何固态的金属、类金属及它们的合金或化合物。4.根据权利要求1的方法辅助阴极必须为导电材料制成，其形状可以为中空的、平板的，或中空与平板结合的。5.根据权利要求1的方法工件放在阴极上时，各工件表面间，工件表面与辅助阴极表面之间有一定的间隔，其值为5～35mm，最好为6～20mm。6.根据权利要求1的方法其所述充入气体的范围为13.3Pa～1333Pa，最好在39.9Pa～66.5Pa。充入前的极限真空度必须不低于1.33Pa。7.根据权利要求1的方法其所述的充入气体介质可以为H2、Ar、N2、NH3及碳氢混合气等。8.根据权利要求1的方法在对工件渗金属时可以同时进行如渗C、渗N、C-N共渗等化学热处理工艺。9.根据权利要求1的方法涂层涂复的方法主要是粉末配制涂(刷)法，还可以是其它方法，如喷涂、刷镀、热浸、电镀等。10.根据权利要求1的方法其所述的方法，辅助阴极可以不与阴极等电位，另设一个极，另外加一套0～1500V可调直流电源，阴极与阳极、辅助阴极与阳极这两套电源独立可调。此时，工件与工件、工件与辅助阴极间隔为5～35mm，工作气压值13.3Pa～1333Pa。全文摘要本专利技术属于表面冶金及化学热处理的范畴。本专利技术是利用空心阴极放电作为加热手段，对表面涂有涂料的工件进行表面合金化的一种渗金属方法。其方法是将欲渗元素用一定的方法涂覆于工件表面，然后将工件置于有阴极、阳极的真空容器中的阴极上，通过空心阴极放电，使工件迅速被加热而进行渗金属。文档编号C23C10/30GK1047705SQ8910374公开日1990年12月12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空心阴极放电涂复渗金属的方法，它属于表面冶金的范畴，它是将工件表面涂复一层由欲渗入的元素组成的涂料，利用空心阴极放电作为加热手段而进行表面渗金属的一种方法。其主要特征在于：①工件是置于内设有阳极、阴极和辅助阴极的可抽成真空且工作时又 充入气体介质的容器中的阴极上，在阴极与阳极之间配有一套０～１５００Ｖ的可调直流电源，②工件表面涂有一层由欲渗入元素为主，并配以辅料的涂层。③工件与工件之间或工件与辅助阴极之间产生空心阴极放电。④辅助阴极在结构上可以为中空的，如桶 形、方桶形、长方桶形，也可以是平板的单层或多层结构，还可以是两者的结合，（即桶形与平板的结合）。⑤空心阴极放电渗金属主要工艺条件：电压范围为１００～１０００Ｖ；气压范围为１３．３Ｐａ～１３３３Ｐａ；温度为５００℃～１２００℃。（工件温度 ）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高原，唐宾，王从曾，苏永安，徐重，
申请(专利权)人：太原工业大学，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]