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(VS)、工作电压(VC)、温度(T)、处理时间(τ)、工件与源极间距离(d)等。在p=39.9Pa、VS>900V、VC=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、VS=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。
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