[发明专利]一种低电流辉光和高电流弧光等离子体组合渗氮方法

说明书

本发明涉及等离子体渗氮技术领域，具体涉及一种低电流辉光和高电流弧光等离子体组合渗氮方法：对试样抛光至镜面并清洗、烘干后装载入炉内，打开真空泵，抽真空至5.0×10^‑2Pa；电阻加热开启，炉温升温至渗氮所需温度400～550℃；通入氩气，加电压700‑800V，电离氩气形成辉光等离子体清洗试样表面，去除材料表面的氧化物等杂质，激活材料表面；接着利用柱弧源产生的弧光等离子体中的电子流电离氩气，进行二次激活，柱弧靶电流为100～200A；通入氮气，柱弧靶电流维持在100～200A，气压维持在1～3Pa，工件接负偏压300‑500V，形成的氮离子进行渗氮，渗氮速率远高于辉光等离子体渗氮，渗氮层表面粗糙度低，表面质量高，力学性能和摩擦磨损性能优于传统辉光等离子体渗氮术。

技术领域

本发明涉及等离子体渗氮技术领域，具体涉及一种低电流辉光和高电流弧光等离子体组合渗氮方法。

背景技术

渗氮是一种常见的合金热处理方法，可以实现试样较小的变形而获得高硬度的渗氮表层，试样的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳性能均有提高，然而，传统渗氮需要几十个小时才获得几十微米的渗氮层，渗氮效率低，合金的性能尤其是疲劳性能等改善有限，限制了渗氮技术的大规模应用。等离子体渗氮相比较气体渗氮是技术上的革新，提高了渗氮速率，弧光等离子体比辉光等离子体具有更高的能量，并且高电流下弧光等离子体具有更高的离子能量，这样的氮离子参与渗氮过程，可以实现更高的渗氮速率。辉光等离子体可以用于清洗试样和激活试样表面，弧光等离子体可以提供更高能量的氮离子。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决传统渗氮方法需要几十个小时才获得几十微米的渗氮层，渗氮效率低，合金的性能改善有限的问题，提供了一种低电流辉光和高电流弧光等离子体组合渗氮方法。

为了实现上述目的，本发明公开了一种低电流辉光和高电流弧光等离子体组合渗氮方法，包括以下步骤：

S1：将试样打磨，并进一步抛光至镜面状态，在丙酮或酒精溶液中清洗干净并烘干；

S2：试样装载入辉光和弧光等离子体组合渗氮设备内，打开真空泵，抽真空至5.0×10^-2Pa；

S3：电阻加热开启，炉温升温至渗氮所需温度400～550℃；

S4：通入氩气，加电压700-800V，电离氩气形成辉光等离子体清洗试样表面，去除材料表面的氧化物等杂质，激活材料表面；

S5：接着利用柱弧源产生的弧光等离子体中的电子流电离氩气，进行二次激活，柱弧靶电流为100～200A；

S6：通入含氮的气体，电离产生氮离子，利用形成的氮离子进行渗氮；

S7：试样随炉冷却。

所述步骤S1中试样为不锈钢、工具钢、高速钢、轴承钢中的任意一种。

所述步骤S2中的辉光和弧光等离子体组合渗氮设备包括炉体、三维旋转试样架、阴极蒸发源、电弧源、电弧屏蔽罩、电子收集器，所述三维旋转试样架位于所述炉体内，用于放置待处理试样，所述阴极蒸发源设于所述三维旋转试样架两侧，所述电弧源设于所述三维旋转试样架一端，所述电子收集器设于所述三维旋转试样架另一端的炉体内壁上，所述电弧屏蔽罩位于所述电弧源与所述三维旋转试样架之间。电弧屏蔽罩可以把靶材粒子囚禁在屏蔽罩内，避免污染基体，电子收集器用于收集电子，引导电子流电离炉内的气体。

所述步骤S5中电弧源为柱弧源或平面电弧源，靶材为钛靶，钛靶引弧后形成钛离子和电子，钛离子把电弧屏蔽罩阻挡，电子被电子收集器吸引，进入炉内，形成高能连续的电子流。电子流可以离化氩气，形成高能量的氩离子，二次清洗试样。