專(zhuān)利名稱：金屬制品表面涂覆離子滲金屬技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面冶金及化學(xué)熱處理的范疇。
表面冶金是提高另件壽命的有效方法之一?，F(xiàn)有的固體滲金屬氣體滲金屬及雙層輝光離子滲金屬的方法，均有一些問(wèn)題。固體及液體滲金屬均存在勞動(dòng)條件差，合金元素消耗大及有環(huán)境污染等缺點(diǎn)。氣體滲金屬設(shè)備復(fù)雜，(因需一套氣體發(fā)生裝置)又因在鹵化物氣氛中進(jìn)行滲金屬，造成大氣污染及設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕。雙層輝光離子滲金屬方法對(duì)于形狀復(fù)雜的另件及小件的批量生產(chǎn)存在著一定的困難。
本發(fā)明的目的就是要克服以上幾種方法的缺點(diǎn)，提供一種新型的滲金屬方法。
本發(fā)明是這樣完成的如附

圖1將工件①的表面涂復(fù)一層厚0.1～2.5mm，由所需滲入元素為主并配以輔料，然后置于裝有輔助陰極③的陰極④上，工件可以是單件也可以是多件，可以是一層，也可以是多層，但是要求工件表面之間或工件表面與輔助陰極表面之間相隔5～35mm。將真空容器②抽到不低于1.33Pa時(shí)，充入一定的氣體介質(zhì)，此氣體介質(zhì)可以是氬氣，或碳?xì)浠旌蠚獾?。工作氣壓一般?3.3Pa～1333Pa之間。由所配置的一套0～1500V可調(diào)直流電源與真空容器中陰、陽(yáng)極相連。在所述的氣壓范圍內(nèi)及100～1000V的電壓條件下，在陰極上的工件與工件之間，工件與輔助陰極之間，產(chǎn)生強(qiáng)烈的空心陰極放電，由于這種放電使得陰極區(qū)域的離化率大大提高，離子的轟擊能量增加，溫度急劇上升，加熱速度增大?？招年帢O放電可將陰極區(qū)域很快加熱到欲滲金屬溫度。
本發(fā)明所采用的涂料是按照一定的配比方法進(jìn)行的，其組成是由所要滲入工件的合金元素或化合物為主要成份并配以一定比例的輔料。輔料中要有活化劑其主要作用是將合金元素的不活潑分子轉(zhuǎn)變成為活性原子，或活性的原子氣體;催化劑其主要作用是促進(jìn)活化劑與滲入元素之間的反應(yīng)，增加活性原子及氣體原子的數(shù)量;保護(hù)劑其主要作用為保護(hù)空心陰極放電發(fā)生時(shí)工件表面不打弧;粘結(jié)劑使涂料與工件之間粘結(jié)較好;填充劑維持涂料的存在及均勻性，并起滲后有利清洗的作用。該涂料的特點(diǎn)配比簡(jiǎn)單，易做，不打弧，活性大。
本發(fā)明所用的涂料中的欲滲元素可以為任何固態(tài)金屬、類(lèi)金屬及它們形成的合金。
本發(fā)明還有滲速快的特點(diǎn)，其原因是因當(dāng)涂有涂料的工件表面發(fā)生空心陰極放電時(shí)，在工件表面有一陡降的且很窄的陰極位降區(qū)，此位降區(qū)的存在導(dǎo)致了涂層中欲滲入元素的活性增加，蒸發(fā)及活化程度增大。涂層中電子和離子及金屬的表面加熱，又加強(qiáng)了活性原子(或離子)深入到金屬內(nèi)部。此外工件表面的大的濃度梯度有利元素的滲入，另一方面，由于工件處于空心陰極放電的強(qiáng)大電場(chǎng)及電位下，離化率也較高，加之表面有不斷發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的涂層，造成了表面化學(xué)反應(yīng)及物理反應(yīng)的強(qiáng)烈發(fā)生，而這些又加速了向工件表面輸入活性元素，從而提高了滲入速度。
本發(fā)明的輔助陰極的主要作用是與置于陰極上的工件產(chǎn)生空心陰極放電，其本身也可以產(chǎn)生空心陰極放電，并強(qiáng)化了陰極整體的空心陰極放電。此外輔助陰極還有均勻溫度，保持活性氣氛，促進(jìn)活性氣氛產(chǎn)生，支撐工件等作用。輔助陰極可以是鋼鐵材料及其它導(dǎo)電材料，其形狀可以是中空的，如桶形、方形、長(zhǎng)方形。如附圖1。也可以是平板的一層一層的疊加的，如附圖2。還可以是這兩種的組合，如附圖3。
此外本發(fā)明的輔助陰極也可以與工件分開(kāi)，形成另一個(gè)極(或稱第二極)，但輔助陰極須接另外一套可調(diào)的直流電源。這時(shí)工件表面與輔助陰極表面之間距離間隔為5～35mm。兩個(gè)電器柜(均為0～1500V的直流可調(diào)電源)的電壓獨(dú)立可調(diào)，工作氣壓值一般在13.3～1333Pa，此時(shí)的滲金屬情況稱之為不等電位的空心陰極放電滲金屬，如附圖4。一般常用的均為附圖1～3中等電位(即一個(gè)電器柜)的情況。
本發(fā)明與現(xiàn)有滲金屬的方法比較有節(jié)約合金元素，滲速快及適用于形狀復(fù)雜另件及單件生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
下面結(jié)合附圖，以20鋼表面滲硼為例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施情況。
將20鋼工件①(尺寸為φ20×40)表面清洗干凈，(不允許表面帶有油污或銹斑)并加熱到100℃左右，浸入到已配制好的涂料中。該涂料由以下物質(zhì)組成60%B4C粉末(或硼鐵粉純硼粉，其粒度不大于100目)+20%硼砂+10%冰晶石+5%氯化鈣+3%氟化鈉+2%氯化氨(以上均為重量比)及粘結(jié)劑水玻璃(或亞硫酸鹽酒精廢液)。浸入10秒鐘后取出在100℃以下進(jìn)行烘干再按上述方法浸涂3次使工件表面均勻掛有1mm的涂層。將烘干的工件①放在由作為陽(yáng)極的真空容器殼體②和有輔助陰極③(尺寸為φ50×60)的桶形內(nèi)(壁厚3mm)，將真空容器抽到1.33Pa以上后充入Ar氣，氣壓值控制在66.5Pa左右，并接通直流電源，加陰極與陽(yáng)極間電壓600V，使其產(chǎn)生空心陰極效應(yīng)，待溫度上升到1000℃時(shí)，保溫2小時(shí)然后緩慢冷卻到200℃以下出爐。
權(quán)利要求
1.一種空心陰極放電涂復(fù)滲金屬的方法，它屬于表面冶金的范疇，它是將工件表面涂復(fù)一層由欲滲入的元素組成的涂料，利用空心陰極放電作為加熱手段而進(jìn)行表面滲金屬的一種方法。其主要特征在于①工件是置于內(nèi)設(shè)有陽(yáng)極、陰極和輔助陰極的可抽成真空且工作時(shí)又充入氣體介質(zhì)的容器中的陰極上，在陰極與陽(yáng)極之間配有一套0～1500V的可調(diào)直流電源，②工件表面涂有一層由欲滲入元素為主，并配以輔料的涂層。③工件與工件之間或工件與輔助陰極之間產(chǎn)生空心陰極放電。④輔助陰極在結(jié)構(gòu)上可以為中空的，如桶形、方桶形、長(zhǎng)方桶形，也可以是平板的單層或多層結(jié)構(gòu)，還可以是兩者的結(jié)合，(即桶形與平板的結(jié)合)。⑤空心陰極放電滲金屬主要工藝條件電壓范圍為100～1000V；氣壓范圍為13.3Pa～1333Pa；溫度為500℃～1200℃。(工件溫度)
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法工件是任何導(dǎo)電材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法涂料中欲滲入的各種元素可以是任何固態(tài)的金屬、類(lèi)金屬及它們的合金或化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法輔助陰極必須為導(dǎo)電材料制成，其形狀可以為中空的、平板的，或中空與平板結(jié)合的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法工件放在陰極上時(shí)，各工件表面間，工件表面與輔助陰極表面之間有一定的間隔，其值為5～35mm，最好為6～20mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法其所述充入氣體的范圍為13.3Pa～1333Pa，最好在39.9Pa～66.5Pa。充入前的極限真空度必須不低于1.33Pa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法其所述的充入氣體介質(zhì)可以為H2、Ar、N2、NH3及碳?xì)浠旌蠚獾取?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法在對(duì)工件滲金屬時(shí)可以同時(shí)進(jìn)行如滲C、滲N、C-N共滲等化學(xué)熱處理工藝。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法涂層涂復(fù)的方法主要是粉末配制涂(刷)法，還可以是其它方法，如噴涂、刷鍍、熱浸、電鍍等。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法其所述的方法，輔助陰極可以不與陰極等電位，另設(shè)一個(gè)極，另外加一套0～1500V可調(diào)直流電源，陰極與陽(yáng)極、輔助陰極與陽(yáng)極這兩套電源獨(dú)立可調(diào)。此時(shí)，工件與工件、工件與輔助陰極間隔為5～35mm，工作氣壓值13.3Pa～1333Pa。
全文摘要
本發(fā)明屬于表面冶金及化學(xué)熱處理的范疇。本發(fā)明是利用空心陰極放電作為加熱手段，對(duì)表面涂有涂料的工件進(jìn)行表面合金化的一種滲金屬方法。其方法是將欲滲元素用一定的方法涂覆于工件表面，然后將工件置于有陰極、陽(yáng)極的真空容器中的陰極上，通過(guò)空心陰極放電，使工件迅速被加熱而進(jìn)行滲金屬。
文檔編號(hào)C23C10/30GK1047705SQ8910374
公開(kāi)日1990年12月12日 申請(qǐng)日期1989年5月30日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月30日
發(fā)明者高原, 唐賓, 王從曾, 蘇永安, 徐重 申請(qǐng)人:太原工業(yè)大學(xué)