双辉光离子渗金属

2012-2013-2期末表面工程概论2010届论文评分标准

双辉光离子渗金属

作者宗峰单位：10材料本学号：

摘要：综述双层辉光离子渗金属技术设备，工艺过程，结果分析。结果分析得双层辉光渗金属可以有效提高金属基体的耐腐蚀性、耐摩擦性、硬度。从而延长了基体的寿命，节约了成本。对于节能，环保，降低防腐成本，节材都发挥着重要作用。

关键字：双层辉光离子渗金属，耐腐蚀，耐磨损，硬度。

引言离子渗金属是材料表面工程里面一项重要的改变材料表面多方面性能的重要技术。双辉光离子渗金属对提高材料基体的抗腐蚀性，抗磨损性，提高硬度都有很大的帮助对于延长材料寿命节约成本，环保，降低防腐成本，节材都发挥着积极作用。因此此技术引起国外相关学者的极大关注。

实验

材料设备2、工艺过程3、实验结果及讨论4、结论5、参考文献

1试验设备

图为双层辉光等离子表面冶金试验炉

双层辉光等离子表面冶金试验炉包括辅助阴极、风冷系统、阴极结构、真空系统、供气系统、外加热源、隔热屏系统、测温系统、水冷系统和电源。

在操作时，先将工件挂好，再进行源极布置，最后将钟罩盖上。这样可以保证源极与工件之间的相对位置及源极与工件之间的距离。如果工件的长度过长，应考虑温度的均匀性问题，增加一些辅助阴极。

试验材料

试验采用Q235低碳钢，对其进行渗铬镍。Q表示屈服极限，在235MPa 左右。尺寸为35×25×3mm。由于初始试样表面粗糙，有油渍。为了更好的进行渗镀，需要进行打磨清洗处理。先用280#、600#、1000#、1200#砂纸依

次打磨基材，使其表面粗糙度变小，然后使用丙酮或酒精进行清洗除油。处理后，基体表面应平整，并且光泽度较好，如图2-2。源极材料为Cr80Ni20，

尺寸为80×80×5mm。

双层辉光等离子渗Cr-Ni原理：双层辉光离子渗金属是在一个真空容器设置阳极、阴极、以及由欲渗合金元素成的源极、阳极和阴极以及阳极和源极之间各设一直流可调压电源。当真空室的真空达到一定气压时，接通两个电源，使阳极和阴极以及阳极和源极之间分别产生辉光放电。在高电压下电子从阴极向阳极移动，打到Ar原子使之电离出。离子轰击源极使得源极溅射出欲渗元素，在负压的作用下使欲渗元素轰击工件表面由于双阴极效应导致工件升温在浓度差作用下渗入工件表面形成合金层。

双层辉光等离子渗Cr-Ni工艺参数：真空室的极限真空度应不低于5Pa，保护气体为氩气，工作气压围一般为10～60 Pa，阴极电压在540V左右，源极电压在980V左右，工件升温至850℃，保温8个小时。

试验过程

在处理好试验材料后，开始对Q235基体钢进行渗铬镍处理。

1.清洗真空室和放置工件，将处理过的Q235钢用铁丝穿起，置入保温套，控制工件距离保温套为15mm，把源极材料板吊在保温套的中间位置，避免温度浮动，并保证一个稳定的渗铬镍气氛。打开设备，降下钟罩，封闭真空室。

2.启动真空室抽真空，真空室的极限真空度应不低于5Pa，在本次试验中，抽至10Pa左右。同时抽出真空室的杂质气体，防止杂质气体对试验的干扰。

3.充入氩气达到工作气压，双层辉光离子渗金属技术的工作气压围一般为10～60 Pa，本次试验为50Pa左右。稳定氩气的供应量，保证现有气压的平衡，防止因气压不稳定导致的粒子自由程改变而干扰试验。氩气的主要作用是激发氩离子，从而使源极合金材料以离子形式跑出，同时能净化工件表面。

4.启动工件电源加热工件，缓慢提高工件电源电压，加大工件电流，使工件逐步升温。去除表面氧化皮，使金属表面活化，大约30分钟即可。

5.启动源极电源加热源极并引发合金元素溅射，在缓慢升温的过程中，逐渐调整工件电压和源极电压，使工件电压不断下降，源极电压不断增高。一般而言，阴极电压在540V左右，源极电压在980V左右。

6.工件升温至850℃，保温，根据合金层厚度要求确定保温时间。本次试验，设置为8个小时。

7.冷却并取出工件，在本次试验中，采用循环水对整个设备活动进行冷却，防止炉体在工作时温度过高，干扰试验。达到保温时间后，不再通入氩气，同时关闭离子轰击电源，工件随炉冷却，由于要避免工件表面再被氧化，真空炉仍然保持工作，当工件冷却至50℃以下，取出工件，渗好的工件如图

金相试样制备及组织形貌观察

铬镍共渗后得到的基材，表面相比之前，由原先的平滑光泽变得暗淡，表面粗糙度明显变大。在所有渗后工件中，选取一个进行微观组织和相结构进行观察分析。

金相试样制备

1.铬镍选取的试样上选取合适的区域，用钢锯把该区域锯开，锯时应保证不划伤试样表面和断口。

2.使用镶嵌机，将锯好的试样进行镶嵌。镶嵌后需要进行保温，温度在135℃，时间为8分钟。得到所示的镶嵌试样。

3.镶嵌之后，由于试样表面不平整，还需要打磨和抛光处理。使用600#、1000#、1200#三种砂纸分别进行打磨，待表面平整无明显划痕之后，使用抛光机进行抛光处理，抛光得到表面平滑如镜面的试样，抛光机如图2-6。

抛光机

4.对抛光后的试样进行腐蚀处理，腐蚀液采用体积分数4%的硝酸酒精溶液，使用脱脂棉对试样表面均匀缓慢擦拭，腐蚀3分钟，然后用水冲洗，接着用酒精冲洗，然后用吹风机吹干。至此，金相试样制备已经完成。

2.2.2 组织形貌观察

将制备好的金相试样在金相显微镜下进行观察，可观察到如下图2-6和2-7。

图2-6 Q235钢渗后显微组织

图2-7 Q235钢渗后中心部位显微组织

在图2-6中可清晰的观察到，渗层与基体之间有一明显界面，厚度130μm。图2-7可观察到，晶粒大小不同，晶界可以很清晰的观察到。由于受热不均匀，越靠近渗层，受热越大，因而晶粒也就越大。

在使用金相显微镜观察后，再使用扫描电子显微镜对渗层进行线扫描成分分析。设备如图2-8。