[发明专利]金属和非金属元素等离子共渗工艺

摘要

金属和非金属元素的等离子共渗工艺，属于表面冶金的范畴，主要解决金属和非金属元素等离子共渗的表面合金化问题。其特征在于：利用双层辉光离子渗金属技术，在通入惰性气体的同时通入带有非金属元素的反应性气体，使反应性气体中的元素参与离子溅射、电离和渗入过程，在源极中的金属元素渗入被渗金属材料的同时，反应性气体中的非金属元素也同时渗入被渗金属材料表面，从而实现一次形成金属非金属元素共渗的表面合金层。

主权项

1.一种金属和非金属元素的离子共渗工艺，其特征在于：利用双层辉光离子渗金属技术，在通入惰性气体氩气或氮气的同时通入反应性气体，使反应性气体中的元素参与离子溅射、电离和渗入过程，在源极中的金属元素渗入被渗金属材料的同时，反应性气体中的元素也同时渗入被渗金属材料表面，使被渗的金属材料一次形成具有既含有源极中欲渗的合金元素，又有反应气体中的元素的表面合金层，根据工艺需要在形成表面合金层后，提高工艺温度或降低工艺温度，进行快速冷却，达到淬火的目的，其具体工艺过程为：采用一个可以抽真空的容器，真空容器中设置一个由欲渗金属或合金元素组成的源极、放置被渗金属材料的阴极、阳极接在炉体上，在阳极与阴极，阳极与源极之间各设置有0～1500V的可调直流电源或脉冲直流电源，沿容器内层设置具有辅助加热源极和阴极功能的电阻加热装置，工作时，抽真空达1×10-1Pa后，充入惰性气体氩气、氮气，和满足不同渗层需要的反应性气体甲烷、乙烷、丙烷、丙酮挥发气、氨气、乙硼烷或四氯化钛，并形成在10Pa～1333Pa之间的工作气压，加入直流电压或脉冲直流电压，产生辉光放电的真空容器中的阴极与阳极之间的电压在-300V～-700V范围，源极与阳极的电压在-800V～-1200V范围，随着离子轰击的溅射作用将源极中的合金元素以离子、原子或粒子团的形式溅射出来，同时通入的反应性气体不仅参与溅射，而且在电场的作用下被电离，产生活性的离子、原子和粒子团，这些活性离子，原子和粒子团随同从源极中溅射出的金属离子、原子或粒子团共同吸附于外加辅助热源及阴极离子轰击，处于高温状态的被渗金属材料表面，使吸附于表面的活性物质扩散进入内部，形成表面合金层，而后根据需要，实施快速冷却，进行淬火工艺。