[发明专利]一种热作模具表面电弧等离子体辅助低压渗氮方法

摘要

本发明公开了一种热作模具表面电弧等离子体辅助低压渗氮方法。首先利用电弧增强辉光放电产生的Ar+对热作模具表面进行离子刻蚀，去除材料表面的氧化物。而后炉内连续通入一定流量高纯N2、高纯H2、以及高纯Ar，保持炉内温度（300‑600℃）和气压（0.2‑1.0 Pa）恒定，工件转平台接脉冲电源负极，进行等离子渗氮。2h渗氮渗层深度在15‑40μm，渗氮层中化合物层厚度0‑3μm，硬度1000‑1300 HV0.1，脆性等级小于1级，疏松级别小于1级。此外，通过氩离子有效、实时地轰击活化工件表面，以达到增加氮原子扩散通道，加速渗氮过程，最终得到高强度高韧性的渗氮表层。

主权项

一种热作模具表面电弧等离子体辅助低压渗氮方法，其特征在于，包括以下步骤：1）工件为不同前处理状态的H13（4Cr5MoSiV1）经超声波清洗、吹干，置于低压渗氮装置中，依次开启机械泵、分子涡轮泵抽真空至本底真空，加热至300‑ 600℃，去除真空室内残留物；2）保持反应炉内温度 300‑500℃，反应炉内气压为2.0×10‑2 ‑4.0×10‑3 Pa，工件转平台接脉冲电源负极，电弧靶引弧，通氩气，反应炉内气压保持 0.2‑1.0Pa，对工件表面进行离子刻蚀 30‑60min；所述的工件转平台接脉冲电源负极，负偏压均为300‑500V，采用双极脉冲，脉冲频率 10‑20kHz，占空比 0.8‑1.0；3）向反应炉内连续通入高纯 N2、高纯 H2 和惰性气体 Ar，保持反应炉内温度和气压恒定，工件转平台接脉冲电源负极，电弧靶电流 80‑85A保持恒定，进行 60‑120min 等离子渗氮；所述的工件转平台接脉冲电源负极，负偏压均为300‑500V，采用双极脉冲，脉冲频率 10‑20kHz，占空比 0.8‑1.0；所述的 N2 流量为 25‑50mL/min，H2 流量为 25‑50mL/min，Ar 流量为 80‑120 mL/min；所述的温度为 300‑500℃，气压为 0.2‑1.0Pa；4）随后开启炉体循环冷却水系统冷却 60‑120min，工件在低真空状态下随炉冷却至室温，开启真空炉并取出工件。