双层辉光离子渗金属技术优化探讨

双层辉光离子渗金属是多种离子渗金属技术中较为成熟的一种。该技术的基本原理是在真空容器内设置阳极、阴极（工件）以及欲渗金属制成的金属靶（源极），阴极和阳极之间以及阴极与源极之间各设一个可调直流电源（见图9-62）。当充入真空室的氩气压力达到一定值后，调节上述电源，在两对电极之间产生辉光放电，形成双层辉光现象。工件在氩离于轰击下温度升至950～1100℃，而源极欲渗金属在离子轰击作用下被溅射成为离子，高速飞向阴极（工件）表面，被处于高温状态的工件所吸附，并扩散进入工件内部，从而形成欲渗金属的合金层。能渗入的合金元素有W、Mo、Cr、Ni、V、Zr、Ta、Al、Ti、Pt等，除渗入单一元素外，还可进行多元共渗，渗层的成分可为0～100%金属或合金，厚度可达数百微米。图9-63所示为双层辉光离子渗金属炉的结构。

图9-62 双层辉光离子渗金属原理

1—真空泵 2—气源 3—辅助加热器 4—阳极（隔热屏内壁） 5—炉体 6—源极 7—阴极

图9-63 双层辉光离子渗金属炉的结构

1—炉壳 2—加热室隔热屏 3—上源极 4—辅助加热器 5—下源极 6—导轨及支承 7—阴极(www.xing528.com)

较之于离子渗氮等，双层辉光离子渗金属工艺需控制的参数较多，包括工作压力（p）、源极电压（V_S）、工作电压（V_C）、温度（T）、处理时间（τ）、工件与源极间距离（d）等。在p=39.9Pa、V_S>900V、V_C=400V、d=15mm的条件下，20钢经1000℃×1h+800℃×1.5h离子渗金属处理（源极为Ni80Cr20），渗层的合金分布曲线如图9-64所示；在p=39.9Pa、V_S=700V的条件下，20钢经1000℃×3h离子渗金属处理（源极为W-Mo），渗层的合金总含量分布曲线如图9-65所示。

图9-64 Ni、Cr渗层的合金分布曲线

图9-65 渗层W、Mo总含量分布曲线

双层辉光离子渗金属的渗层成分可调性强，能模拟许多高合金钢的成分，适用范围广。