專利名稱：金屬板(帶)及其制品的離子滲金屬技術(shù)及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面冶金范疇。
近年來，為了提高金屬板(或金屬帶)的表面性能，出現(xiàn)了表面鍍層金屬板及雙金屬板等，所謂雙金屬板材即以普通金屬板為基材，然后通過熱軋、冷軋、焊接或爆炸成型等方法，使基材的一面或兩面被具有特殊性能的金屬薄板所覆蓋。例如普通碳鋼之板的兩面由薄銅板或不銹鋼薄板，經(jīng)熱軋而形成類似于夾層餅的復(fù)合金屬板，無論是雙金屬板、復(fù)合金屬板或是表面鍍層金屬板，其表面金屬層和基材的結(jié)合往往不牢固，而易出現(xiàn)兩張皮的剝落現(xiàn)象。1985年5月28日，由我國學(xué)者徐重教授發(fā)明的雙層輝光離子滲金屬技術(shù)取得了美國專利權(quán)，該專利技術(shù)利用雙層輝光放電現(xiàn)象，在真空容器中設(shè)置由欲滲金屬元素組成的源極及放置工件的陰極。工件和陽極以及源極和陽極之間的輝光放電使欲滲合金元素濺射出來，并奔向被離子轟擊加熱至高溫的工件表面，然后再借助于沉積擴(kuò)散過程使工件表面形成含有欲滲合金元素的合金擴(kuò)散層及合金沉積層。
本發(fā)明的目的是將雙層輝光離子滲金屬技術(shù)應(yīng)用于金屬板(帶)及其制品，使其表面形成具有特殊性能(如抗腐蝕性能)的表面合金層。例如我們已經(jīng)研制成功，以尺寸為1000×500×4(mm)的A3鋼板為基材，經(jīng)雙層輝光離子滲鎳鉻處理使其表面形成鎳鉻合金的大型離子滲金屬鋼板。
用來處理鋼板的雙層輝光離子滲金屬裝置的示意圖如

圖1所示。該裝置可以是周期式或連接式處理爐。在一個(gè)可以抽真空并充入惰性氣體以形成一定的氣體壓力的密封容器內(nèi)(圖1中1)，設(shè)有陰極(工件)2，源極3。陰極和作為陽極的爐體1之間以及源極和爐體之間分別連接可調(diào)壓直流電源5和6。圖1中7和真空泵機(jī)組相連，進(jìn)氣口8和氣體供應(yīng)裝置相連。圖1中4系由欲滲合金元素制成的元件。
采用上述裝置處理鋼板的步驟簡述如下1.清潔鋼板的表面，去除鋼板表面的油污及銹斑。
2.將鋼板安置在爐內(nèi)陰極支架上，關(guān)閉爐門，開動抽真空系統(tǒng)，使?fàn)t內(nèi)真空度不低于1×10-2托。
3.待爐內(nèi)真空度高于1×10-2托之后，通往少量氬氣，使其真空度降至1×10-2托以下。
4.開動電源5，使陽極和陰極(工件)之間產(chǎn)生輝光放電，利用離子轟擊進(jìn)一步凈化鋼板表面30分鐘左右。
5.增加氬氣供給量，進(jìn)一步提高爐內(nèi)氣壓到2～6×10-1托，與此同時(shí)，增大陰極輝光放電的電流密度，使鋼板逐步升溫。
6.待鋼板升溫到800℃以上，開始啟動源極直流電源，使源極升到高溫。輝光放電所發(fā)生的離子轟擊作用，使欲滲合金元素濺射出來，以供鋼板表面合金化之用。
7.鋼板升溫至所需要的處理溫度(如1000℃或1100℃)后開始保溫，保溫時(shí)間將根據(jù)鋼板表面合金化層的厚度加以確定。
8.保溫時(shí)間到達(dá)后，減少氬氣供給量，提高爐內(nèi)真空度，減少輝光放電電流，從而使鋼板溫度下降。如果希望鋼板表面合金層的外表面形成含合金元素更高的合金層或沉積層，可不變更源極放電參數(shù)而只調(diào)整陰極放電電源，使陰極放電電流下降，從而使鋼板溫度下降。
9.停止氬氣供給，切斷陰極和源極電源，待工件冷卻至200℃以下時(shí)，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)。
10.待工件進(jìn)一步冷卻后，向爐內(nèi)充氣達(dá)到大氣壓力后打開爐門取出鋼板。
上述源極主要由欲滲合金元素所制成的元件所組成，該元件可以由單一元素或多種欲滲元素組成的合金制成。源極的電位可以高于、等于或低于工件電位。構(gòu)成源極主要部分的合金元素元件的形狀及布置以及源極和工件之間的相對位置和布置，可以根據(jù)氣體放電的空心陰極效應(yīng)的要求來加以設(shè)計(jì)。源極外廓前沿平面與鋼板表面之間的距離范圍為5～80mm，通常采用10～40mm，本發(fā)明所采用的源極形式的結(jié)構(gòu)可以是平板(圖2-1)柵形源極(圖2-2)或波紋形(圖2-3)等等。
對于金屬板制品，如桶形容器及管道等，都可以按上述原理進(jìn)行處理?，F(xiàn)以大直徑管道為例，其裝置示意如圖3所示。若大直徑管道內(nèi)外表面均需要進(jìn)行表面合金化，則管內(nèi)外均需布置源極2、3并使源極和內(nèi)外表面形成空心陰極放電。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是利用雙層輝光離子滲金屬技術(shù)使金屬板及其制品表面形成和基體性能不同的具有特殊物理、化學(xué)、機(jī)械性能的合金層的一種方法和設(shè)備。是一種可抽真空并充入惰性氣體的密閉容器內(nèi)設(shè)置陰極(工件)、源極。作為陽極的容器壁和陰極以及源極之間分別連接可調(diào)壓直流電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述真空密閉容器的極限真空度不低于1×10-2托，工作氣壓范圍為1×10-1～10托。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述源極主要由欲滲合金元素制成的元件做成，該元件可以由單一合金元素或多種欲滲元素組成的合金制成。源極可以根據(jù)需要作成任意形狀，源極和金屬板之間以及組成源極的合金元素元件相互之間的布置可根據(jù)需要形成或不形成空心陰極效應(yīng)放電。
4.權(quán)利要求1中所述的金屬板可以是鋼板，也可以是金屬板，如銅板、鑄鐵板、鋁板、鈦板等。
5.權(quán)利要求1中所述的源極，其電位可以高于、等于，或低于陰極(金屬板)電位。
6.權(quán)利要求1中所述的表面合金層可以是合金擴(kuò)散層或合金沉積層，也可以是它們兩者相結(jié)合的復(fù)合合金層。
全文摘要
本發(fā)明是一種金屬板及其制品的表面冶金方法及設(shè)備，屬表面冶金及金屬板表面處理范疇，是利用雙層輝光離子滲金屬技術(shù)使金屬板及其制品表面而形成和基體性能不同的具有特殊物理、化學(xué)、機(jī)械性能的合金層。該合金層可以是合金擴(kuò)散層，合金沉積層或它們兩者的結(jié)合。
文檔編號C23C14/38GK1048068SQ8910401
公開日1990年12月26日 申請日期1989年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月15日
發(fā)明者徐重, 范本惠, 潘俊德, 鄭維能 申請人:太原工業(yè)大學(xué)