[其他]陰極電弧源離子滲金屬技術及設備

無效

• 申請號: 88100549
• 申請日: 1988-02-11
• 公開（公告）號: CN88100549A
• 公開（公告）日: 1988-08-03
• 發明（設計）人: 王福貞;周友蘇;劉文郁
• 申請（專利權）人: 北京聯合大學機械工程學院機電技術開發服務公司
• 主分類號: C23C10/00
• 分類號: C23C10/00;C23C14/32
• 代理公司: 鐵道部科技情報所鐵路專利咨詢服務中心
• 代理人: 羅迎難

本發明是利用低氣壓弧光等離子對工件滲入特定元素，形成滲金屬層，以優化工件表面性能的技術，本發明的設備即是實現這一技術的工藝裝備。

目前，國內外在滲金屬技術中，提供金屬離子流的方式是多種多樣的，太原工業大學徐重申請的專利技術“等離子表面冶金方法及設備”就是其中的一種比較有效的技術。

這項專利的申請號：85????1????02057

這是一種利用輝光放電熱濺射源極提供金屬離子流的雙層或多層輝光離子滲金屬技術，但由于輝光放電時的電流密度小，濺射速率低，金屬電離幾率小，所以其滲金屬速率較低。例如，用該技術對低碳鋼內滲鈦元素，在1100℃時滲三小時，其滲層深度為155μm。

本發明的任務是：提供一種在滲金屬過程中能產生高密度離子流的技術和設備，用以增大金屬離子到達被處理工件時的能量密度，提高滲金屬速度，并增加高溫沉積層的結合力。以便在工業化生產中提高滲金屬效率和質量。

本發明的要點在于它是采用陰極電弧蒸發器（14）作離子滲金屬時的蒸發源、離化源和加熱源，利用低氣壓弧光放電產生高密度金屬離子流，同時對工件（10）提高負偏壓，提高金屬離子到達工件（10）的能量，以此對被處理工件（10）表面形成滲層的技術。

本發明的設備特征是裝有一個或多個陰極電弧蒸發器（14），并配置適當數量的支架（1）、機械泵（2）、擴散泵（3）、底盤（4）、真空室（5）、觀察窗（6）、負偏壓電源（7）、陰極夾具（8）、絕緣密封件（9）（13）、進氣裝置（11）、源極靶材（12）、弧源電源（15）、引弧電極（16）等裝置組合形成的設備。

以下，結合附圖說明本發明的技術特征與結構。

附圖為陰極電弧源離子滲金屬設備的結構示意圖。

圖中：1、支架，2、機械泵，3、擴散泵，4、底盤，5、真空室，6、觀察窗，7、負偏壓電源，8、陰極夾具，9、絕緣密封件，10、被處理工件，11、進氣裝置，12、源極靶材，13、絕緣密封件，14、陰極電弧蒸發器，15、弧源電源，16、引弧電極。

進行滲金屬工作時，首先由機械泵（2）和擴散泵（3）將真空室（5）抽至高真空后，進氣裝置（11）再向真空室（5）內輸入氬氣，使真空室（5）內的工作氣壓保持在10^-5～10^-1torr的范圍。被處理工件（10）安放在陰極夾具（8）上，陰極夾具（8）與負偏壓電源（7）的負極相接。工作時，引弧電極（16）引燃弧光，按場致發射機制，由陰極電弧蒸發器（14）發射出高密度電子，弧光放電電壓值范圍16～30V，放電電流范圍50～200A，這時在陰極電弧蒸發器（14）上，用來提供欲滲金屬元素的源極靶材（12）表面產生迅速徘徊的微弧，每個微弧電流密度達10⁵A/cm²以上，同時從靶材（12）上蒸發出的金屬原子迅速被電離，電離幾率達60～90%，即產生了高密度的離子流。此時負偏壓電源（7）已對被處理工件（10）加500～2000V負偏壓，使金屬離子加速到達工件，使工件（10）被迅速加熱，工作溫度范圍為800～1400℃，密度高達3～15mA/cm²的離子流使工件（10）產生晶體缺陷，金屬離子很快就摻入工件（10）。以對低碳鋼滲鈦為例，在1100℃的溫度時滲20分鐘，工件（10）表面滲鈦層就可達70μm以上。

陰極電弧蒸發器（14）產生場致發射，同時它又處于水冷卻狀態，這樣，欲滲金屬制成的源極靶材（12）表面并不形成熔池，始終保持固態，因此，可以在真空室（5）內的不同位置上安裝多個陰極電弧蒸發器（14），同時對多個工件（10）進行滲金屬。

本發明的等離子體滲金屬技術，滲金屬速率高，其設備結構簡單，工藝操作簡便，易于控制滲金屬層成分，又能同時對多個工件（10）滲金屬，所以，該技術實施于工業化生產時，生產效率比較高。本發明技術和設備可以獲得純金屬滲層、或合金滲層、或化合物滲層、或滲鍍層、或高溫沉積層，如可獲得鎢、鉬、鎳、鉻、鈦、鋁、鋯、鉭、鈮等元素的純金屬滲層或合金滲層，及它們與碳、或氮、或氧的化合物滲鍍層，更易獲得多層滲鍍層。用以提高工件的耐蝕性、耐熱性、耐磨性等，提高工件的壽命，可以用普通金屬材料表面經過滲金屬處理后，取代價格昂貴的高合金材料。