[其他]金属零件表面形成硫化物层的方法及设备

说明书

一种通过硫的加热气化而在金属零件表面形成硫化物层的方法及其设备，被渗金属零件放置在真空反应室中的阴极盘上，同时在真空反应室中还放有盛有固体硫的蒸发器，蒸发器由低压电源来加热。固体硫在真空情况下通过加热而气化，气体硫在阴极和阳极之间所加的直流高压电场作用之下电离并进行辉光放电，在辉光放电下正离子硫轰击位于阴极盘上的金属零件，使其表面形成硫化物层。

本发明涉及一种在金属表面形成硫化物层的方法及设备，更具体地说，是涉及一种通过气体渗硫而在金属表面形成硫化物的方法及设备。

渗硫属于金属表面处理工艺之一，由于渗硫能够在金属表面形成一层硫化亚铁，而硫化亚铁是一种固体润滑剂，它存在于摩擦件接触面之间就能够降低金属间的摩擦系数。另外，硫化亚铁能隔绝摩擦件金属基体的直接接触，这也就使钢铁表面有良好的耐磨性和抗咬合性，因此近年来渗硫的研究得到进一步的重视和发展。

众所周知，人们曾研究过固体渗硫以及液体渗硫，然而两者都存在有周期长、耗能大、渗硫质量不稳定及渗硫层深度不大等缺陷。随后，人们研究出了低温电解渗硫这种气体渗硫的新工艺，由于这种工艺的渗硫温度较低，被渗零件变形小，且可以在传统的热处理工艺（渗碳、渗氮，低温回火及感应加热淬火等）后进行，所以近年来得到特别快的发展。

曾经采用过氮硫共渗的方法进行气体渗硫，1978年国际热处理年会曾有论文对这种方法做过介绍。采用这种方法虽然能在表面层中获得硫化物，但不是单一的硫化物，如硫化铁或硫化亚铁，成分较复杂，这就对降低摩擦系数，提高耐磨性及抗咬合性产生不良影响。另外由于是氮硫共渗，因此要想准确地按所希望的比例要求来控制氮和硫在表面层中的比例就成为相当困难、相当复杂的问题。于是这就导致表面渗硫后成分不均、表面质量不稳等问题。华南工学院发展了一种单一的气体渗硫法来代替氮硫共渗法，这种方法是以硫化物作为渗入介质，用160℃以上的专用渗硫炉保温，使钢铁零件表面得到硫化亚铁（FeS）和二硫化铁（FeS₂）渗层〔见《金属热处理》第5期，1983年〕。这种方法的缺点是，渗硫介质是硫化物，这样在渗硫气氛中夹杂着其他成分，这会给渗层质量带来不良影响，何况有些硫化物还是有毒的，例如硫化氢。此外，在该法所得到的表面渗层中既有硫化亚铁又有二硫化铁，前者对改善耐磨性有利，而后者却是有害的化合物。再者，该法所采用的处理温度也偏高。

近年来又发展了一种用固体硫直接气化来进行渗硫的方法（见“纺织学报”1983·2和“湖北机械”81·4）。该法利用固体硫加热气化，然后硫气体在电场作用下电离，从而对工件表面进行渗硫，由于这种方法是利用固体硫，因而克服了上述用硫化物方法的缺陷，达到比较满意的效果。可是这种方法也存在一些不足之处，首先该法为无光放电法，也就是说，硫气体是在电压不高的电场作用下进行电离的（电场电压为300～500伏）。其次固体硫放在一钢盒中，与被渗零件一起放在真空炉内的阴极板上同时进行加热，这就使得硫的气化温度及气化量的控制变得复杂。再其次是工件与固体硫须用惰性气体放电来加热，而待工件加热到预定温度后，还需要再将惰性气体从真空炉抽走，只留下硫气体在真空炉中，致使操作复杂，耗费加大。

本发明的方法是上述固体硫直接气化的渗硫法的改进与发展。本发明的目的之一就是提供一种通过固体硫加热直接气化而对工件进行渗硫的方法，该法克服上述各法的缺点，而其渗硫质量都大大优于上述各法：渗层成分单一均匀，渗层深度深。本发明另一个目的是提供一种为实现本发明方法的渗硫设备。