等离子渗氮的方法和渗氮工件技术

本发明专利技术涉及一种等离子渗氮的方法和渗氮工件

【技术实现步骤摘要】
等离子渗氮的方法和渗氮工件


[0001]本专利技术涉及表面渗氮技术的
，特别是涉及一种等离子渗氮的方法和渗氮工件
。

技术介绍

[0002]表面渗氮是工件常用的表面处理工艺，其能够在工件表面形成一层渗氮层或富氮硬化层，提高工件的表面硬度和抗磨减磨性能，从而使工件具备表硬心韧的效果
。
[0003]辉光等离子渗氮技术是利用稀薄气体在高压下的辉光放电来使含氮气体离化形成等离子体，并在电场和磁场的作用下利用等离子体轰击工件表面以实现表面渗氮的方法，但目前仍存着渗氮层的厚度和耐磨性也不够理想等问题
。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种等离子渗氮的方法和渗氮工件，以克服辉光等离子渗氮技术的渗氮层的厚度和耐磨性不够理想等的问题
。
[0005]本专利技术的上述目的是通过如下技术方案进行实现的：
[0006]本专利技术第一方面，提供一种等离子渗氮的方法，包括以下步骤：
[0007]将工件设置于反应腔内，抽真空，并预加热所述工件；
[0008]通入清洗气体，对所述工件施加第一负偏压，通过离子源的弧光放电将所述清洗气体电离形成第一等离子体，并对所述工件表面进行等离子清洗；
[0009]于渗氮温度下，通入含氮气体，通过所述离子源的弧光放电将所述含氮气体电离形成含有氮离子的第二等离子体；
[0010]对所述工件施加第二负偏压，使所述工件表面的含氮气体产生辉光放电，以增大所述第二等离子体的离化率和离子能量；
[0011]在保持弧光放电和辉光放电的条件下进行等离子渗氮
。
[0012]在其中一个实施例中，所述含氮气体包括氩气和氮气
。
[0013]在其中一个实施例中，所述含氮气体满足以下条件中的一个或多个：
[0014]1)
所述氩气和所述氮气的流量比为1：
(1
～
3)
；
[0015]2)
所述含氮气体的总压力为
0.8Pa
～
1.5Pa。
[0016]在其中一个实施例中，所述离子源为空心阴极枪
。
[0017]在其中一个实施例中，所述空心阴极枪满足以下条件中的一个或多个：
[0018]1)
在通过离子源的弧光放电将所述清洗气体电离形成第一等离子体的步骤中，所述空心阴极枪的灯丝电流为
140A
～
180A
，阳极电流为
180A
～
220A
；
[0019]2)
在通过所述离子源的弧光放电将所述含氮气体电离形成含有氮离子的第二等离子体的步骤中，所述空心阴极枪的灯丝电流为
140A
～
180A
，阳极电流为
100A
～
160A。
[0020]在其中一个实施例中，所述渗氮温度为
450℃
～
500℃。
[0021]在其中一个实施例中，所述等离子渗氮的时间为
0.5h
～
2h。
[0022]在其中一个实施例中，所述清洗气体包括氩气和氢气
。
[0023]在其中一个实施例中，所述清洗气体满足以下条件中的一个或多个：
[0024]1)
所述氩气和所述氢气的流量比为
(2
～
3)
：1；
[0025]2)
所述清洗气体的总压力为
1.0Pa
～
2.0Pa。
[0026]在其中一个实施例中，满足以下条件中的一个或多个：
[0027]1)
所述反应腔抽真空后的压力为
20mPa
～
30mPa
；
[0028]2)
所述预加热的温度为
200℃
～
400℃
；
[0029]3)
所述第一负偏压为
40V
～
200V
；
[0030]4)
所述第二负偏压为
600V
～
800V。
[0031]在其中一个实施例中，在将工件设置于反应腔内的步骤之前，还包括对工件进行打磨
、
抛光
、
清洗和烘干处理的步骤
。
[0032]本专利技术第二方面，提供一种渗氮工件，其特征在于，采用上述所述的等离子渗氮的方法制得
。
[0033]本专利技术具有以下有益效果：
[0034]本专利技术通过离子源的弧光放电发射弧光电子流来分别使清洗气体和含氮气体电离，从而获得高离化率
、
高密度的第一等离子体和第二等离子体
。
其中，第一等离子体能对工件表面进行彻底的清洗和活化，第二等离子体有利于获得高密度的高能氮离子，极大地提升提高氮离子的吸附和热扩散效率
。
在获得高密度的高能氮离子后，使工件表面的含氮气体产生辉光放电，对工件表面的氮离子进行二次加速，进一步增大其离子能量，同时也保证了渗氮均匀性
。
因此，在保持弧光放电和辉光放电的条件下进行等离子渗氮，渗氮效率高，渗氮均匀性好，渗氮层的厚度和耐磨性得到明显提升
。
附图说明
[0035]图1为实施例1中的渗氮炉的结构示意图；
[0036]图2为实施例1中的渗氮工件的
SEM
图；
[0037]图3为图2中的渗氮工件的
N
元素分布图；
[0038]图4为对比例1中的渗氮工件的金相切片图；
[0039]图5为实施例1中的渗氮工件的金相切片图；
[0040]图6为实施例2中的渗氮工件的金相切片图；
[0041]图7为实施例3中的渗氮工件的金相切片图；
[0042]图8为实施例1～3和对比例1中的渗氮工件的维氏硬度对比图；
[0043]图9为实施例1～3和对比例1中的渗氮工件的摩擦系数对比图；
[0044]图
10
为对比例1中的工件的磨痕形貌图；
[0045]图
11
为实施例1中的渗氮工件的磨痕形貌图；
[0046]图
12
为实施例2中的渗氮工件的磨痕形貌图；
[0047]图
13
为实施例3中的渗氮工件的磨痕形貌图
。
[0048]附图标记：工件架1，空心阴极枪2，阴极变压器3，阴极控制器4，阳极5，接触器6，阳极电源7，线圈8，偏压总成9，偏压电源
10
，进气口
11
，出气口
12。
具体实施方式
[0049]为使本专利技术的上述目的
、
特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种等离子渗氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：将工件设置于反应腔内，抽真空，并预加热所述工件；通入清洗气体，对所述工件施加第一负偏压，通过离子源的弧光放电将所述清洗气体电离形成第一等离子体，并对所述工件表面进行等离子清洗；于渗氮温度下，通入含氮气体，通过所述离子源的弧光放电将所述含氮气体电离形成含有氮离子的第二等离子体；对所述工件施加第二负偏压，使所述工件表面的含氮气体产生辉光放电，以增大所述第二等离子体的离化率和离子能量；在保持弧光放电和辉光放电的条件下进行等离子渗氮
。2.
如权利要求1所述的等离子渗氮的方法，其特征在于，所述含氮气体包括氩气和氮气
。3.
如权利要求2所述的等离子渗氮的方法，其特征在于，所述含氮气体满足以下条件中的一个或多个：
1)
所述氩气和所述氮气的流量比为1：
(1
～
3)
；
2)
所述含氮气体的总压力为
0.8Pa
～
1.5Pa。4.
如权利要求1～3任一项所述的等离子渗氮的方法，其特征在于，所述离子源为空心阴极枪
。5.
如权利要求4所述的等离子渗氮的方法，其特征在于，所述空心阴极枪满足以下条件中的一个或多个：
1)
在通过离子源的弧光放电将所述清洗气体电离形成第一等离子体的步骤中，所述空心阴极枪的灯丝电流为
140A
～
180A
，阳极电流为
180A
～
220A
；
2)
在通过所述离子源的弧光放电将所述含氮气体电离形成含有氮离子的第二等离子体的步骤中，所述空心阴极枪的灯丝电流为
140A
～
180A
，阳极电流为
100A
～
160A。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚奋，李立升，王晓琴，
申请(专利权)人：广东华升纳米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：