[发明专利]一种金属表面硫化处理方法

说明书

本发明涉及金属化学热处理方法，尤其涉及到金属表面硫化处理方法。

硫化处理技术，俗称渗硫，是金属表面处理工艺之一，经过渗硫的金属表面形成一层硫化物，具有降低工件表面摩擦系数、避免金属表面直接接触、抗擦伤、抗咬合，因而有优良的减摩抗磨性能，所以寻求硫化处理的理想方法并使其实现工业化生产是人们多年来一直探索和研究的。

渗硫方法很多，有固体渗硫法，液体渗硫法，电解渗硫法和气体渗硫法。前两种方法由于劳动强度大，能耗高，周期长，尤其是在渗硫过程中，温度高，使金属工件变形大，目前，已不再使用，而后两种方法有毒，易爆，腐蚀性强，且工艺不稳定，也限制了其实际应用。中国专利说明书CN85106828A公开了一种金属零件表面形成硫化物层的方法，该方法将金属工件和固体硫放在真空炉反应室中进行加热并使固体硫气化，气化硫在反应室阴极和阳极之间所加的直流高压电场作用下电离，并进行辉光放电，在辉光放电下，正离子轰击金属工件，使其表面形成硫化物层，由于该方法是在1-10^-2托低压真空度下利用固体纯硫在200℃以下较低温度直接加热形成气化硫，解决了渗硫过程中有毒易爆及工件变形大的问题，但是存在着如下的问题：由于真空炉内的固体硫先期进行加热气化，再加电场辉光放电加热工件，在这过程中，挥发出来的硫气体不断在反应室内生成，使得反应室内的硫气体浓度不能控制，并且影响到反应室内真空度的稳定，造成如硫气体挥发过量，则辉光不能形成或形成弧光、损伤工件，如果硫气体挥发量过小则达不到渗硫效果，同时辉光放电加热工件时间较长，在处理过程的前期，金属工件温度低于固体硫气化温度，而气化的硫会转变为单质硫凝结于工件表面使渗硫不能正常进行。

本发明的目的是在上述固体硫直接加热硫化处理金属工件的方法基础上提出一种使真空炉内金属工件温度先期到达固体硫气化温度，从而使电场辉光能正常形成，气化硫浓度可控真空炉内渗硫能正常进行的金属表面硫化处理方法。

为了达到上述目的，本发明是通过下述方法实现的：

(1)在真空炉反应室内不安装加热装置，而是把固体硫发生装置放置在阴极板边缘，将金属工件放置在阴极板中央，使固体硫发生装置距阳极的距离大于金属工件距阳极的距离，当真空炉内的压力到达工作真空度后，首先启动直流高压电源在阴极板和阳极板之间施加高压电场，形成辉光放电，此时金属工件处于强辉光区固体硫发生装置处于弱辉光区，辉光放电使气体中正离子轰击金属工件使之先期到达硫气化温度以上，而后是硫气体挥发，在辉光放电下使金属工件表面形成硫化物层。工件温度由热电偶监测，而固体硫气化速度通过调节高压直流电压控制。

(2)在真空炉内设置多个固体硫发生装置，每个固体硫发生装置都带有加热器，金属工件置于阴极板上而固体硫发生装置安装位置则没有限制，当启动直流高压电源，在阳极板和阴极板之间施加高压电场后，在工作真空度下形成辉光放电，使金属工件温度升高，达到固体硫气化温度后，根据工件渗硫过程的需要，分别启动固体硫发生装置的电加热器，使固体硫分别气化，在辉光放电下，金属工件表面得到硫化物层，工件温度由热电偶控制，而固体硫气化浓度由开启固体硫发生装置控制。

(3)在真空炉内设置一个与反应室隔离的硫挥发室，有管路与反应室连通，在硫挥发室内安装一个带电加热器的固体硫发生装置，同时反应室内设置电加热器，当真空炉内压力达到工作真空度后，先启动直流高压电源，形成辉光放电，加热金属工件，并通过反应室加热器对整个反应室加热，当金属工件和反应室都加热至硫化温度后再开启固体硫发生装置的电加热器，使硫挥发室的固体硫气化挥发并通过管路进入反应室，在反应室内形成气体动态平衡，从而使放置在阴极板上的金属工件在辉光放电下其表面形成硫化物层，固体硫气化浓度由硫发生装置的电加热器控制，工件温度及反应室温度通过热电偶控制。

辉光放电使工件温度升高的范围是达到固体硫气化温度，而低于金属工件的回火温度。

由于本发明是在真空炉内气压到达工作真空度后，先开启高压直流电源形成辉光放电加热工件，并采用了强弱辉光区方案及加装固体硫加热器和反应室加热器的方案，保证了金属工件温度先期到达硫化温度，而固体硫气化滞后，从而使电场辉光能正常形成，气化硫浓度可控，被处理金属工件表面渗硫层均匀，不产生凝结及电弧破坏，达到了整个渗硫过程能正常进行并且可控的目的。

下面结合附图及实施例详述本发明

图1为本发明第一个实施例的示意图

图2为本发明第二个实施例的示意图

图3为本发明第三个实施例的示意图