等離子表面冶金技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

沈仙雨，陳 浩，劉 彬

（貴州省六盤水師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程系，貴州六盤水 553004）

等離子表面冶金技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

沈仙雨，陳 浩，劉 彬

（貴州省六盤水師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程系，貴州六盤水 553004）

1930年，德國(guó)發(fā)明出離子氮化，在這之后，科學(xué)家通過離子研究開辟出新領(lǐng)域。而在后期的優(yōu)化中離子氮化在工業(yè)生產(chǎn)中被應(yīng)用。介紹了等離子表面冶金技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景。

等離子；表面冶金技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展

雙層輝光離子滲金屬技術(shù)隨著當(dāng)今時(shí)代經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)不斷的進(jìn)行突破。本文通過對(duì)等離子表面冶金技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行不斷的研究而進(jìn)行后期的冶金技術(shù)表面的進(jìn)一步研討。

1 等離子表面冶金技術(shù)

等離子表面冶金技術(shù)在發(fā)展的過程中經(jīng)歷了不同階段的研究，就表面冶金屬表面工程技術(shù)而言，在其范疇之內(nèi)指的是對(duì)材料的表面成分在發(fā)生變化時(shí)進(jìn)行的表面處理方法。而它主要的技術(shù)特征便是利用材料表面形成的合金層，隨著需求表面深度的變化而不斷的進(jìn)行相應(yīng)的變化。而隨著工業(yè)進(jìn)程與人類對(duì)科技的意識(shí)與依賴程度的增加，離子氮化在原有的基礎(chǔ)上，更演化出離子滲碳、離子碳氮共滲等符合新時(shí)代工業(yè)技術(shù)要求的轟擊化學(xué)熱處理工藝。而在后期的發(fā)展中通過不斷形成的等離子表面金技術(shù)。而逐漸使鋼鐵材料的表面通過不斷的變化而形成現(xiàn)代工藝所要求的高速鋼。之后又不斷成為多弧離子滲金屬技術(shù)。而隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，離子滲金屬技術(shù)也會(huì)因需求的增加而不斷進(jìn)行革新[1]。

2 雙層輝光離子滲金屬技術(shù)

2.1 基本原理

在離子氮化技術(shù)的研究與發(fā)展中，基于原有工作效應(yīng)，形成雙層輝光離子滲金屬技術(shù)，并最終實(shí)現(xiàn)完成等離子表面的冶金技術(shù)。而在該過程中，主要原理在于利用雙層輝光的放電作用，通過與離子氮化裝置的設(shè)置反應(yīng)而完成。在該設(shè)施中會(huì)設(shè)置由欲滲合金元素而形成源極。通過源極與陽(yáng)極間的直流電源相互交流而產(chǎn)生輝光放電。通過不斷轟擊源極的材料繼而不斷使合金元素被不斷的濺射出來。

在工件的表面進(jìn)行具有特殊物理化學(xué)性能的合金層離子的形成，而這周再通過轟擊最終使源極濺不斷射出合金元素，工件在這個(gè)過程中會(huì)受到離子轟擊而被不斷加熱直到所需求的高溫。合金元素自身借助于沉積作用與擴(kuò)散作用而不斷的滲入到表面，最終變回形成含有欲滲金屬元素的合金層表面。在合金元素含量上的比較時(shí)可發(fā)現(xiàn)，合金層與合金滲層厚度會(huì)在最大程度上完善工作氣壓，而氣壓穩(wěn)定之后對(duì)源極電位的調(diào)整便可以順利進(jìn)行，只有完成陰極電位對(duì)溫度與保溫的控制，收集相關(guān)工藝參數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)最終的合金表面層控制。因此對(duì)于離子滲金屬處理來說，不斷牢固化學(xué)成分可以進(jìn)行基體連接。

2.2 獨(dú)立放電

工件與源極二者在輝光不重疊時(shí)，必須在工件與源極之間，實(shí)現(xiàn)相對(duì)較大的距離差與工作氣壓條件。而其最重要的特征便是工件與源極之間的數(shù)據(jù)，而在數(shù)據(jù)的分析中包括放電參數(shù)的統(tǒng)計(jì)，對(duì)該參數(shù)進(jìn)行分析可實(shí)現(xiàn)工件與源極形成相互獨(dú)立、互不干擾的模式[3]。

2.3 空心陰極放電

在放電參數(shù)與相互影響的作用下而進(jìn)行電流放電，在兩者通過負(fù)輝區(qū)與前相互重疊之后會(huì)使得放電的電流倍增。而這些情況必須在工件與源極距離相對(duì)時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)氣壓較低的狀況，而不能獨(dú)立進(jìn)行變化。在對(duì)現(xiàn)有的空心陰極不斷實(shí)驗(yàn)之后會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的放電現(xiàn)象，而在該研究中會(huì)對(duì)工件自身與源極電位通過不相等的位置進(jìn)行研究進(jìn)而完成空心陰極放電。

2.4 工藝基礎(chǔ)理論研究

近年來，我們開展了離子轟擊條件下的擴(kuò)散機(jī)制，在雙層輝光放電現(xiàn)有技術(shù)的條件下若進(jìn)行等離子體的特性的對(duì)比可以不斷更新輝光放電工藝參數(shù)與等離子參數(shù)，進(jìn)而最大程度完成對(duì)合金滲層的完善。且通過多元離子技術(shù)在不斷共滲過程實(shí)現(xiàn)合金滲層成分技術(shù)的調(diào)整與控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)基礎(chǔ)的理論性研究。

2.5 雙層輝光離子滲金屬技術(shù)

在冶金技術(shù)中，對(duì)原料進(jìn)行最大程度的節(jié)約與合金元素的最少提煉，是各大廠商所追求的目標(biāo)。在降低成本的要求上，可以實(shí)現(xiàn)最大程度的無污染。合金滲層表面在實(shí)驗(yàn)中可發(fā)現(xiàn)當(dāng)其90%作為合金元素時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)合金層成分的基本控制，即通過相應(yīng)的工藝與設(shè)備可節(jié)省30%左右的資源。而為了進(jìn)行最大程度的面積處理，會(huì)將鎢、鉬等金屬作為用高熔點(diǎn)合金中的滲入元素進(jìn)行生產(chǎn)，通過研究可發(fā)現(xiàn)最終可達(dá)到表面積為3m2的試驗(yàn)結(jié)果。但是隨著研究的進(jìn)一步研討，對(duì)雙層輝光離子滲金屬技術(shù)在與多種高溫?zé)崽幚砉に囘M(jìn)程中的試驗(yàn)會(huì)導(dǎo)致工件變形等目前不可解決的問題[4]。

2.6 后期發(fā)展

通過對(duì)雙層輝光離子滲金屬技術(shù)研發(fā)的深入，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以延伸出以下相關(guān)技術(shù)：多弧離子滲金屬技術(shù)、加弧輝光離子滲金屬技術(shù)、雙層輝光膏劑滲金屬技術(shù)、雙輝釬焊技術(shù)、陶瓷材料表面金屬化及異材焊接技術(shù)、雙陰極輝光放電合成硬質(zhì)薄膜技術(shù)、空心陰極放電燒結(jié)高熔點(diǎn)材料技術(shù)，空心陰極放電制備納米粉技術(shù)等。而就雙層輝光離子滲金屬技術(shù)目前的發(fā)展，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界引發(fā)重點(diǎn)關(guān)注，而各工業(yè)廠商也瞄準(zhǔn)時(shí)機(jī)建立了相關(guān)了研究站，不僅在研究雙層輝光離子滲金屬技術(shù)時(shí)成立了小組，更建設(shè)了相應(yīng)的合金工程研究中心。

3 結(jié)束語(yǔ)

在離子氮化技術(shù)的基礎(chǔ)上，雙層輝光離子技術(shù)在不斷的與滲金屬技術(shù)結(jié)合之后，可以最大程度實(shí)現(xiàn)合金化元素的材料科學(xué)結(jié)合。通過真空技術(shù)與科學(xué)研究實(shí)現(xiàn)氣體的放電作用，最大程度上實(shí)現(xiàn)低溫等離子傳導(dǎo)，進(jìn)而完成熱傳輸，通過機(jī)械設(shè)計(jì)與相應(yīng)的電器研究進(jìn)行不斷的調(diào)控，從而最大程度上完善微機(jī)控制系統(tǒng)在冶金技術(shù)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)技術(shù)密集型的研討技術(shù)。而對(duì)于目前所擁有的大多數(shù)技術(shù)而言，對(duì)低溫等離子體的研究還停留在初步的基礎(chǔ)研究階段，其中具體的反應(yīng)過程與機(jī)理試驗(yàn)，還需要通過進(jìn)一步的研究做出相關(guān)解答。再對(duì)機(jī)理研究之后也需要對(duì)技術(shù)進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)量，而這些情況基于現(xiàn)狀都需要進(jìn)行進(jìn)一步的解答與探討。

[1] 徐重，王振民，古風(fēng)英，等.雙層輝光離子滲金屬技術(shù)[J].金屬熱處理學(xué)報(bào)，1982，（01）：71-83.

[2] ZXu，F(xiàn)YGu，JDPang，et al.Plasma surface alloying[J].Surface Engineering，1986，2（02）：103-106.

[3] Chengji Li，Zhong Xu.Diffusion mechanism of ionbombardment[J]. Surface Engineering，1987，4（03）.

[4] Zhong Xu，Yongan Su，Chongzeng，et al.Xu-Techacksaw blades versus bimetal hacksaw blades[J].Jour-nal of Advanced Materials，1999，31（1）：3-6.

Present Status and Development of Plasma Surface Metallurgy Technology

Shen Xian-yu，Chen Hao，Liu Bin

In 1930，the German invent ion nitriding，after this，scientists can open a new field by ion.And later in the optimization of ion nitriding was applied in industrial production.

plasma；surface metallurgy technology；the status quo；the development of

TG174.4

：A

：1003–6490（2016）10–0037–02

2016–10–25

沈仙雨（1996—），男，貴州黔西人，本科在讀，主要研究方向?yàn)橐苯鸸こ獭?/p>