[发明专利]金属制品表面涂覆离子渗金属技术

说明书

本发明属于表面冶金及化学热处理的范畴。

表面冶金是提高另件寿命的有效方法之一。现有的固体渗金属气体渗金属及双层辉光离子渗金属的方法，均有一些问题。固体及液体渗金属均存在劳动条件差，合金元素消耗大及有环境污染等缺点。气体渗金属设备复杂，（因需一套气体发生装置）又因在卤化物气氛中进行渗金属，造成大气污染及设备的严重腐蚀。双层辉光离子渗金属方法对于形状复杂的另件及小件的批量生产存在着一定的困难。

本发明的目的就是要克服以上几种方法的缺点，提供一种新型的渗金属方法。

本发明是这样完成的：

如附图1将工件①的表面涂复一层厚0.1～2.5mm，由所需渗入元素为主并配以辅料，然后置于装有辅助阴极③的阴极④上，工件可以是单件也可以是多件，可以是一层，也可以是多层，但是要求工件表面之间或工件表面与辅助阴极表面之间相隔5～35mm。将真空容器②抽到不低于1.33Pa时，充入一定的气体介质，此气体介质可以是氩气。工作气压一般在13.3Pa～1333Pa之间。由所配置的一套0～1500V可调直流电源与真空容器中阴、阳极相连。在所述的气压范围内及100～1000V的电压条件下，在阴极上的工件与工件之间，工件与辅助阴极之间，产生强烈的空心阴极放电，由于这种放电使得阴极区域的离化率大大提高，离子的轰击能量增加，温度急剧上升，加热速度增大。空心阴极放电可将阴极区域很快加热到欲渗金属温度。

本发明所采用的涂料是按照一定的配比方法进行的，其组成是由所要渗入工件的合金元素或化合物为主要成份并配以一定比例的辅料。辅料中要有活化剂：其主要作用是将合金元素的不活泼分子转变成为活性原子，或活性的原子气体;催化剂：其主要作用是促进活化剂与渗入元素之间的反应，增加活性原子及气体原子的数量;保护剂：其主要作用为保护空心阴极放电发生时工件表面不打弧;粘结剂：使涂料与工件之间粘结较好;填充剂：维持涂料的存在及均匀性，并起渗后有利清洗的作用。该涂料的特点配比简单，易做，不打弧，活性大。

本发明所用的涂料中的欲渗元素可以为任何固态金属、类金属及它们形成的合金。

本发明还有渗速快的特点，其原因是因当涂有涂料的工件表面发生空心阴极放电时，在工件表面有一陡降的且很窄的阴极位降区，此位降区的存在导致了涂层中欲渗入元素的活性增加，蒸发及活化程度增大。涂层中电子和离子及金属的表面加热，又加强了活性原子（或离子）深入到金属内部。此外工件表面的大的浓度梯度有利元素的渗入，另一方面，由于工件处于空心阴极放电的强大电场及电位下，离化率也较高，加之表面有不断发生的化学反应的涂层，造成了表面化学反应及物理反应的强烈发生，而这些又加速了向工件表面输入活性元素，从而提高了渗入速度。

本发明的辅助阴极的主要作用是与置于阴极上的工件产生空心阴极放电，其本身也可以产生空心阴极放电，并强化了阴极整体的空心阴极放电。此外辅助阴极还有均匀温度，保持活性气氛，促进活性气氛产生，支撑工件等作用。辅助阴极可以是钢铁材料及其它导电材料，其形状可以是中空的，如桶形、方形、长方形。如附图1。也可以是平板的一层一层的叠加的，如附图2。还可以是这两种的组合，如附图3。

此外本发明的辅助阴极也可以与工件分开，形成另一个极（或称第二极），但辅助阴极须接另外一套可调的直流电源。这时工件表面与辅助阴极表面之间距离间隔为5～35mm。两个电器柜（均为0～1500V的直流可调电源）的电压独立可调，工作气压值一般在13.3～1333Pa，此时的渗金属情况称之为不等电位的空心阴极放电渗金属，如附图4。一般常用的均为附图1～3中等电位（即一个电器柜）的情况。

本发明与现有渗金属的方法比较有节约合金元素，渗速快及适用于形状复杂另件及单件生产等优点。