等离子体

3.空心阴极效应如何产生的？

两平行平板阴极置于真空设备中，当满足气体点燃电压时，这两个阴极都产生辉光放电，在阴极附近形成阴极暗区，当两阴极靠近或气压降低时，两

个负辉区合并。此时从阴极K1发射出电子在K1

的阴极位降区加速，当它进入阴极K2的阴极位降

区又被减速，因此如果这些电子没有产生电离和

激发，则电子在K1和K2之间来回振动，增加了

电子和气体分子的碰撞几率，可以引起更多的激

发和电离过程。电离密度增加，负辉光强度增加，

这种现象称为空心阴极效应。

4.辉光放电和弧光放电的特点各是？

5.低于和高于共析温度渗氮时组织是如何形成的？1首先是α相被氮所饱和,当氮含量达到饱和极限时，便通过非扩散性的晶格重构方式，形成γ’相；随着时间的延长，当γ’相的氮含量达到饱和极限时，在铁的表层，同样以晶格重构方式形成ε相。γ’相和ε相均按扩散方式长大。因此，纯铁经充分渗氮后，表层组织依次为ε、γ’以及α相

2在高于共析温度时纯铁渗氮，在渗氮温度下生成的组织，由表及里依次为：ε，，γ，α。当缓冷至室温时，低浓度的ε相会析出。γ相在590发生共析转变（），相降低了其饱和含氢量而析出。若快冷时，则含氮奥氏体发生氮马氏体转变，故表层组织依次为：ε，，，α

6.三种渗氮理论分别是什么？1射与沉积理论：离子渗氮时，渗氮层是通过反应阴极溅射而形成。在真空炉体内，工件为阴极，炉体为阳极，加上直流高压后，稀薄气体电离，形成等离子体2子离子理论：在离子渗氮中，虽然溅射很明显，然而不是主要的控制因素，对渗氮起决定作用的是氮氢分子离子化的结果3性氮原子模型：对离子渗氮其作用的实际上是中性氮原子，分子离子的作用是次要的

7.简述离子渗氮的特点：优点a渗氮速度快b渗氮层组织易控制，脆性小c无公害热处理d节约能源、气源e变形小；f适用于不锈钢渗氮。缺点：1不同形状、尺寸、材料的零件混合装炉渗氮时，要使工件温度均匀一致比较困难2.离子渗氮设备较复杂，价格也比气体渗氮炉贵3.准确测定零件温度较困难。

8.简述渗氮过程中脉状组织形成受什么影响？a合金元素在晶界偏聚严重的，则脉状组织明显；b工艺参数的影响：渗氮温度高，保温时间越长，NH3渗氮时炉内；压强越高，均促进脉状组织的形成；c零件棱角的影响：棱角处的脉状组织比其他部位严重得多

9.讨论渗氮材料选择有哪些原则？

1碳钢渗氮效果极差，表面硬度低，硬化层浅。为了提高碳氮的硬化效果，可以采用离子软化工艺2合金结构钢。根据使用条件，选择不同的钢种进行离子渗氮，预先处理一般为调制处理，有的低碳合金钢可以用正火处理。而渗氮温度必须略低于调制回火温度，以保证心部强度不致降低。3工模具渗氮。常用离子渗氮提高工模具使用寿命。4不锈耐酸钢的离子渗氮。离子渗氮可以大幅度提高铁素体型，马氏体型和奥氏体不锈钢的硬度和耐磨性。对于表面要求耐磨，往往由于磨损报废，又要求耐酸蚀的零件可以选用不锈耐酸钢进行离子渗氮处理。5铸铁的离子渗氮。铸铁由于含碳量及含硅量较高，阻止氮的扩散，常采用离子软化的方法渗氮，或选用球墨铸铁合金铸铁，也加快渗速6钛及钛合金的渗氮。由于钛及钛合金具有优异的特性，有广泛的应用。

10.试举例说明如何提高离子渗层的耐蚀性能与耐磨性能：

提高耐蚀性：加入适量的合金元素。提高耐磨性：控制好渗氮温度(较低为宜)，选择合适气体比例(减少CO2)。

11.检测渗氮层厚度的方法有哪些？1金相法2硬度梯度法3用X射线衍射法测化合物层厚度4淬火法；

12.检测渗氮层硬度的方法有哪些？1表面硬度：表面硬度的测定以负荷5~10kg的维氏硬度计为准；2硬度梯度：用50~100g现为硬度计进行测定，从边缘往中心每隔一定距离打一硬度值，然后作出硬度分布曲线。

13.元素Al和Cr对渗层有什么影响

1)形成合金氮化物，使硬度、耐磨性增加2)溶入а-Fe中，提高а-Fe的溶氮能力，产生固溶强化作用3)影响氮在铁中的扩散系数及表面吸氮能力4)改变钢的临界点，从而改变渗氮温度

14.以TiN 为例，画出离子沉积工艺流程？（手机）

15.离子渗氮层的质量检测包括那些步骤？1渗氮层深度的检测；2硬度检测；3金相组织检测；4脆性检测；5外观检查；6变形检查；7其他：抗腐蚀性检验、断口检验、表面氮浓度检验、局部防渗检查等。

16.等离子物理气相沉积都有哪些特点？1具有高的能量利用率；2处理温度低；3优异的表面质量；

17.化合物层厚与各参数的关系 其中，化合物层厚度 常数 扩散激活能 ψ:D1/D2 t:渗氮保温时间 P:炉内压强

正常辉光放电时，阴极位降区的大小，当气体种类和阴极材料一定时，仅和气体压强P 成反比

等离子体的获得：1利用粒子热运动的方法2利用电子碰撞的方法3利用电磁波能量的方法4利用高能离子的方法

德拜屏蔽？（德拜屏蔽示意图P13）等离子体中的电中性是宏观平均意义上讲的，因为每个带电粒子

伏击都存在电场，该电场被周围粒子完全“屏蔽”时，在一定

的空间区域外呈现电中性，此屏蔽即为德拜屏蔽。存在条件：1

德拜长度应大于粒子间平均距离2德拜长度远小于等离子体系

统特征

电子碰撞：

辉光放电福安特性曲线

AB:大电流的产生

BC:辉光放电区

CD:异常辉光放电区

DE:辉光熄灭，出现弧光放电现象

影响阴极溅射强弱的一般规律1轰击离子的原子序数越大，溅射系数越大2阴极位降越大，溅射越剧烈3溅射率随阴极试样及气体温度的升高而增加4气体压强越低，溅射越剧烈4溅射率近似与电流密度的平方成正比5当阴极位降接近或等于正常位降值时，溅射极微弱。

离子渗氮设备有真空炉体、供气和抽气系统，电源系统，不包括循环系统。

等离子渗碳优点：1）渗碳速度快2）渗层容易控制3）渗碳均匀性好4）不产生脱碳层5）炉膛利用率高6）热处理变形小7）被处理表面清洁光亮8）渗碳效率高9）设备简化，环境改善10）节能，无公害

脉状组织：在渗氮过程中形成的与表面走向平行呈白色波纹状的氮化物组织.

分布：靠近化合物层的扩散层中 影响：使钢的韧性、疲劳强度、耐磨性降低

试阐述对Fe 在低于和高于共析温度等离子渗氮时，其表面组织形成的变化规律。

低于：ε，ε+，，心部。高于：快冷时ε，，，α，心部。慢冷时ε，ε+，α+，心部

渗氮层的脆性

1）低氮势渗氮或分解氨渗氮具有较小的脆性，与此相对应化合物层具有单相γ’或者以γ’ 相为主的组织2）离子渗氮比气体渗氮具有较小的脆性3）70%N2-H2中加C3H8实行离子软氮化的式样，比低氮势的N2-H2混合气体离子渗氮的脆性大，但与同样比例的N2-H2混合气体离子渗氮及NH3离子渗氮相比，脆性程度相近4）扩散层中的脉状氮化物对渗层的韧性有不良影响。特别是含铬量高的钢，一般离子渗氮后具有较多的脉状组织，要尽量控制。

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