[发明专利]锯切工具离子渗金属技术

说明书

本发明属于表面冶金范畴。

多年来，锯切工具如手用及机用锯条，带锯以及圆盘锯刀等都采用碳钢或低合金钢制作。后来，出现了高速钢制作的锯切工具。1965年，美国道勒（Doall）公司又发明了双金属锯条并取得专利。所谓双金属锯条是指其锯齿部分由高速钢制作，而非锯齿部分，也即锯身部分仍由碳钢或低合金钢制作，再采用真空电子束焊接技术把该两部份对焊起来的一种新型锯条。这种锯条已在世界上被广泛应用。以手用双金属锯条为例，为了轧制断面为1.4×0.63毫米的高速钢带，必须采用特殊的高速钢扁丝轧机。真空电子束焊接技术又十分复杂且设备费用昂贵，故使双金属锯条的制作工艺过程十分复杂，且成本高、价格贵。

1985年5月28日，由我国学者发明的双层辉光放电离子渗金属技术取得了美国专利权。该专利技术是利用稀薄气体中的辉光放电及溅射现象，在真空容器中设置由欲渗合金元素组成的源极及放置工件的阴极。源极和阳极之间的辉光放电使合金元素溅射出来并奔向被离子轰击加热至高温的工件表面，然后再借助于沉积扩散过程使工件表面形成含有欲渗合金元素的合金层。

本发明的目的是将双层辉光放电离子渗金属技术及空心阴极效应用于锯切工具，使由普通碳钢或低合金钢制成的锯切工具的锯齿部份经离子渗金属处理后形成高速钢合金层，并使其具有高速钢或高速钢双金属锯切工具所具有的切削性能。但本发明又有其自身所独有的特点。锯切工具采用表面合金化的方法使其具有类似高速钢切削性能的这一设想本身也是前所未有的。

本发明采用一个可以抽真空并能充入惰性气体以形成一定气体压力的密封容器。其极限真空度不低于133.32×10^-2Pa，通入惰性气体（如氩气）后，其气压力在1.3332-1333.2Pa的范围内变动。在该容器内设阳极、阴极和至少一个源极。被处理的锯切工具安置在阴极上，而源极主要由欲渗合金元素如钨钼铬钒等元素所组成。在作为阳极的炉体和阴极以及和源极之间各设有0～1500伏的可调压直流电源。

为了进一步阐明本发明的特点，我们以锯切工具中的手用锯条为例，该锯条的长宽高尺寸为300×12×0.63毫米。我们将该种锯条并在一起，形成一锯齿向上的类似于搓板的平板，该锯齿平面应面对着由钨、钼等合金元素所构成的源极。（如图1所示，图中1-真空工作室、阳极，2-源极，3-阴极（工件），4-接抽真空系统，5-惰性气体进口，6-源极外廓前沿）。

根据气体辉光放电理论及现象的研究，环绕阴极周围所产生的辉光有一空间电位陡降区，人们称之为阴极位降区。该阴极位降区的宽度D_K是该气体放电条件下气体压力的函数，是随气体压力的变化而变化的。

在一般情况下，上述锯齿平面的源极外廓相对于该锯齿面的前沿平面的间距应该大于一个D_K值但却应小于两个D_K值。这样，当接通直流电源时，阴极和源极所产生的辉光放电层的重叠将加剧辉光放电的强度，从而有利于增强源极的溅射。当阴极和源极处于同一负电位时，这种辉光相互叠加而使辉光得以强化的现象被人们称之为空心阴极效应。但在锯切工具的离子渗金属处理条件下，源极和阴极具有不同的负电位，它们之间所产生的辉光重叠也会发生类似于空心阴极效应的强化作用，我们将此现象称之为不等电位的空心阴极效应。不等电位空心阴极效应在锯切工具离子渗金属工艺中的应用是本发明的一个主要特征。

在不同气压下，辉光放电的阴极位降区的宽度D_K值不同，气压越低，则D_K值越大。反之亦然。为产生不等电位的空心阴极效应，锯齿面和源极外廓前沿平面间的距离范围为2～80毫米，通常采用10～40毫米。本发明所采用的源极形式和结构，可以是刷子形（图2-a），螺旋形（图2-b），栅形（图2-c），或平板形（图2-d）等。以刷子形为例，刷子是由钢板及镶在钢板上的钉子构成的。每一只钉子可以是欲渗合金元素的某一单一元素，也可以是所有欲渗合金元素组成的合金。当钉子由单一元素制成而又要求同时渗入两种或两种以上的合金元素时，应根据锯齿对各元素含量的要求，将不同元素制成的钉子以一定的数量比和一定的排列和分布方式构成刷子形源极。

本发明所采用的欲渗合金元素主要是钨、钼、铬、钒，也可渗入钴、钛、铝、铌等合金元素。它们所构成的源极在辉光放电中所采用的电位范围为-400～-1000伏，阴极（即工件）所采用的电位范围为-100～-600伏。