文档介绍：离子渗氮技术培训教材
武汉市等离子体技术研究所
目录
绪言 2
第一章真空的基础知识 4
第一节真空及真空的概念 4
第二节真空度的单位和真空区域的划分 4
第三节真空的测量 5
第四节真空的获得 6
第二章离子渗氮的理论基础及离子渗氮理论 6
第一节等离子体的基础知识 6
第二节气体放电的伏安特性 7
第三节离子渗氮理论及离子渗氮的特点 10
第三章离子渗氮设备 13
第四章离子渗氮工艺 13
第一节离子渗氮材料 13
第二节离子渗氮工艺参数及其对渗层组织的影响 14
第五章离子渗氮的工艺过程 19
第六章离子渗氮层的组织特征、质量检验和常见缺陷 25
第一节离子渗氮层的组织特征 25
第二节离子渗氮层的质量检验 26
第三节离子渗氮层的常见缺陷 26
绪言
。~10Torr的含氮气氛中,以炉体为阳极,被处理工件为阴极,在阴阳极间加上数百伏的直流电压,由于辉光放电现象便会产生象霓虹灯一样的柔光覆盖在被处理工件的表面。此时,已离化了的气体成分被电场加速,撞击被处理工件表面而使其加热。同时依靠溅射及离子化作用等进行氮化处理。
离子氮化法与以往的靠分解氨气或使用氰化物来进行氮化的方法截然不同,作为一种全新的氮化方法,现已被广泛应用与汽车、机械、精密仪器、挤压成型机、模具等许多领域,而且其应用范围仍在日益扩大。
离子氮化法具有以下一些优点:
1、由于离子氮化法不是依靠化学反应作用,而是利用离子化了的含氮气体进行氮化处理,所以工作环境十分清洁而无须防止公害的特别设备。
2、由于离子氮化法利用了离子化了的气体溅射作用,因而与以往的氮化处理相比可显著的缩短处理时间(离子氮化的时间仅为普通气体渗氮时间的1/3~1/5)。
3、由于离子氮化法利用辉光放电直接进行加热,也无需特别的加热和保温设备,且可以获得均匀的温度分布,与间接加热方式相比加热效率可提高2倍以上,达到节能效果(能源消耗仅为气体渗氮的40%~70%)。
4、由于离子氮化实在真空中进行,因而可获得无氧化的加工表面也不损害被处理工件的表面光洁度。而且由于是在低温下进行处理,被处理工件的变形量极小,处理后无需再进行加工,极适合于成品的处理。
5、通过调节N、H、X等气体的比例,可自由地调节化合物层的组成,从而获得预期的机械性能。
6、离子氮化从380℃起即可进行氮化处理,此外,对钛等合金特殊材料也可在850℃的高温下进行特殊的离子氮化处理,因而适应范围十分广泛。
7、由于离子氮化是在低气压下以离子注入的方式进行,因而耗气量极少(仅为气体渗氮的百分之几),可以大大降低处理成本。
尽管离子渗氮技术的研究早在上世纪三十年代就开始了,但直至1967年,这一技术才达到工业实用阶段。六十年代末期,我国开始了离子渗氮工艺和设备的研究,进而由试制到生产应用并创新发展。目前,我国在离子渗氮某些理论和技术方面已处在世界领先水平。
离子渗氮技术应用的迅猛发展得益于这一工艺自身的诸多特点。离子渗氮的应用日益广泛,应用对象从碳钢到合金钢,从工具钢到不锈钢,从铸铁到铸钢无所不及,现在又扩展到钛合金和粉末冶金件的表面强化。随着人们对这一工艺的认识进一步深入,其应用前景将更加广阔。目前离子渗氮还与其他工艺方法相互渗透,相互补充,进一步扩大了其应用领域。
离子渗氮技术是一门涉及到真空、物理、化学、电子技术及材料工程等多个领域的边缘学科,因此,要全面掌握这门技术具有一定的难度。本教材作为离子渗氮技术的培训教材,为求通俗易懂,并侧重于工艺。本教材主要面向实际操作人员,也可供热处理技术人员参考,部分有一定深度的章节有益于拓宽知识面,读者可酌情选读。限于水平有限,错误之处恳请批评指正。
第一章真空的基本知识
离子渗氮(俗称离子氮化)是在低真空(≤2000Pa)含氮气氛中,利用工件(阴极)和阳极之间产生的辉光放电进行渗氮的表面化学热处理工艺。为了合理地选择工役,正确地进行工艺操作,恰当地调节控制、乃至改造研制离子渗氮设备,就必须掌握一些真空技术(如真空的物理概念、真空的获得与度量方法等)的基础知识。
第一节真空及真空度的概念
在真空技术中,把低与一个大气压的气体状态,统称为真空。与正常的大气压相比,这是一种较稀薄的气体状态。
真空中残存气体的稀薄程度就是真空程度的高低,即真空度。
第二节真空度的单位和真空区域的划分
一、真空度的单位
依据真空度的定义,衡量真空度高低最直接的物理量应是每单位体积中的分子数,但由于历史和技术上的原因,真空度的高低是用被抽空中残存气体的绝对压强来表示的。“压强”是指单位面积容器壁上所承受的压力,它是目前国际上通用的表示真空度的物理量,
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