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气体压力对离子渗氮的影响及其选择

时间:2017-03-15? 来源:青岛丰东热处理 ?编辑:青岛丰东热处理 点击: 次
        离子渗氮时气体压力影响辉光放电特性,气压高时辉光收缩集中,气压低辉光漫散。气压范围一般是1-10托,生产上常用2-4托压力处理机械零件。
        离子渗氮溅射建设模型指出,溅射和凝附是决定氮原子由气相向固相迁移的主要的动力学过程。而气压是影响溅射和凝附强度的重要工艺参数,因而对渗氮件质量有不容忽视的影响。
        下图是温度为520℃和650℃时在氨等离子体中渗氮一小时,化合物层和渗氮层厚度与容器内工作气压的关系。这些曲线具有极值的性质,而且化合物层的最大厚度均同渗氮层的最大厚度相对应。研究表明,当渗氮温度低于Fe-N相图的共析点,容器内工作压力是2托时,可获得最大的渗氮层深度和化合物层的厚度,当渗的温度提高到650℃,则工作气压为6托时才获得最大的厚度。
520℃和650℃下在氨等离子体中进行离子渗氮一小时后,工作气压对工业纯铁和钢的渗氮层深度的影响
520℃和650℃下在氨等离子体中进行离子渗氮一小时后,工作气压对工业纯铁和钢的渗氮层深度的影响
        辉光离子渗氮时,在离阴极表面几倍离子自由程的地方形成金属蒸气的最大密度。降低气压,从阴极表面溅射出来的铁原子的自由程增大,这个距离也增加。从而氮化物在试样表面的吸附速度减慢,渗氮层和化合物层的厚度变薄。此外,气压低时,为了维持渗氮温度,就必须提高辉光电压,这时轰击阴极表面的离子动能增大,阴极溅射速度增大,也使表面化合物层厚度减薄。工作气压超过最佳值时,在渗氮层总厚度实际上保持不变的情况下,化合物层的厚度将大为减薄。显然,化合物层减薄的原因是离子自由程缩短,离子重新复合的速度提高及气压增高,放电电压降低至使溅射强度大大减弱而引起氮化铁凝附量减少的缘故。
        气压对化合物层相结构影响规律是:低气压强溅射化合物层中γ’相含量较多。气压增高ε相含量增加,但也存在一个类似的转折气压值,此时化合物层中ε相含量最多。
        气压的影响在离子渗氮的各个阶段中的作用是不同的。上述影响仅在离子渗氮初期被观察到,在保温时间延长至4-6小时以后不能完全适用。长时间渗氮气压对渗氮长生度没有明显影响,只对表面化合物从组织结构和厚度产生影响。因为渗层深度主要由氮的扩散过程所决定。此外,气压低,表面溅射强时,碳的反向扩散较快,因此使扩散层表面的脉状碳氮化合物减少。
        选择气压时除了考虑对渗氮层组织的影响外,还应顾及温度的均匀性。由于零件与阴阳极的距离不可能完全相等,改变气压会引起零件表面电流密度分布的变化,从而改变了温度的分布。此外还要防止压力不当引起零件上的孔、沟槽等部位产生辉光集中。

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