CN1034229A - 锯切工具离子渗金属技术 - Google Patents

Abstract

锯切工具离子渗金属技术，属表面冶金范畴。

本发明的主要目的和技术特征是，在低真空气体 放电所形成的低温等离子体的条件下，利用不等电位 的空心阴极效应，使被处理的普通碳钢锯切工具加热 到高温，并使钨、钼等欲渗合金元素溅射到该锯切工 具的锯齿表面，再经扩散过程而形成包含钨、铬、钼、 钒、钛等合金元素的类似于高速钢成份的合金层。此 后，若再经渗碳、淬火及回火处理便可。

Description

本发明属于表面冶金范畴。

多年来，锯切工具如手用及机用锯条，带锯以及圆盘锯刀等都采用碳钢或低合金钢制作。后来，出现了高速钢制作的锯切工具。1965年，美国道勒（Doall）公司又发明了双金属锯条并取得专利。所谓双金属锯条是指其锯齿部分由高速钢制作，而非锯齿部分，也即锯身部分仍由碳钢或低合金钢制作，再采用真空电子束焊接技术把该两部份对焊起来的一种新型锯条。这种锯条已在世界上被广泛应用。以手用双金属锯条为例，为了轧制断面为1.4×0.63毫米的高速钢带，必须采用特殊的高速钢扁丝轧机。真空电子束焊接技术又十分复杂且设备费用昂贵，故使双金属锯条的制作工艺过程十分复杂，且成本高、价格贵。

1985年5月28日，由我国学者发明的双层辉光放电离子渗金属技术取得了美国专利权。该专利技术是利用稀薄气体中的辉光放电及溅射现象，在真空容器中设置由欲渗合金元素组成的源极及放置工件的阴极。源极和阳极之间的辉光放电使合金元素溅射出来并奔向被离子轰击加热至高温的工件表面，然后再借助于沉积扩散过程使工件表面形成含有欲渗合金元素的合金层。

本发明的目的是将双层辉光放电离子渗金属技术及空心阴极效应用于锯切工具，使由普通碳钢或低合金钢制成的锯切工具的锯齿部份经离子渗金属处理后形成高速钢合金层，并使其具有高速钢或高速钢双金属锯切工具所具有的切削性能。但本发明又有其自身所独有的特点。锯切工具采用表面合金化的方法使其具有类似高速钢切削性能的这一设想本身也是前所未有的。

本发明采用一个可以抽真空并能充入惰性气体以形成一定气体压力的密封容器。其极限真空度不低于1×10^-2乇，通入惰性气体（如氩气）后，其气压力在0.01～10乇的范围内变动。在该容器内设阳极、阴极和至少一个源极。被处理的锯切工具安置在阴极上，而源极主要由欲渗合金元素如钨钼铬钒等元素所组成。在作为阳极的炉体和阴极以及和源极之间各设有0～1500伏的可调压直流电源。

为了进一步阐明本发明的特点，我们以锯切工具中的手用锯条为例，该锯条的长宽高尺寸为300×12×0.63毫米。我们将该种锯条并在一起，形成一锯齿向上的类似于搓板的平板，该锯齿平面应面对着由钨、钼等合金元素所构成的源极。（如图1所示，图中1-真空工作室、阳极，2-源极，3-阴极（工件），4-接抽真空系统，5-惰性气体进口，6-源极外廓前沿）。

根据气体辉光放电理论及现象的研究，环绕阴极周围所产生的辉光有一空间电位陡降区，人们称之为阴极位降区。该阴极位降区的宽度D_k是该气体放电条件下气体压力的函数，是随气体压力的变化而变化的。

在一般情况下，上述锯齿平面的源极外廓相对于该锯齿面的前沿平面的间距应该大于一个D_k值，但却应小于两个D_k值。这样，当接通直流电源时，阴极和源极所产生的辉光放电层的重叠将加剧辉光放电的强度，从而有利于增强源极的溅射。当阴极和源极处于同一负电位时，这种辉光相互叠加而使辉光得以强化的现象被人们称之为空心阴极效应。但在锯切工具的离子渗金属处理条件下，源极和阴极具有不同的负电位，它们之间所产生的辉光重叠也会发生类似于空心阴极效应的强化作用，我们将此现象称之为不等电位的空心阴极效应。不等电位空心阴极效应在锯切工具离子渗金属工艺中的应用是本发明的一个主要特征。

在不同气压下，辉光放电的阴极位降区的宽度D_k值不同，气压越低，则D_k值越大。反之亦然。为产生不等电位的空心阴极效应，锯齿面和源极外廓前沿平面间的距离范围为2～80毫米，通常采用10～40毫米。本发明所采用的源极形式和结构，可以是刷子形（图2-a），螺旋形（图2-b），栅形（图2-c），或平板形（图2-d）等。以刷子形为例，刷子是由钢板及镶在钢板上的钉子构成的。每一只钉子可以是欲渗合金元素的某一单一元素，也可以是所有欲渗合金元素组成的合金。当钉子由单一元素制成而又要求同时渗入两种或两种以上的合金元素时，应根据锯齿对各元素含量的要求，将不同元素制成的钉子以一定的数量比和一定的排列和分布方式构成刷子形源极。

本发明所采用的欲渗合金元素主要是钨、钼、铬、钒，也可渗入钴、钛、铝、铌等合金元素。它们所构成的源极在辉光放电中所采用的电位范围为-400～-1000伏，阴极（即工件）所采用的电位范围为-100～-600伏。

为了使普通碳钢制成的锯切工具具有高速钢切削性能，仅仅采用离子渗金属工艺使其锯齿部分形成高速钢合金层是不够的，还必须进行后续热处理，如渗碳、淬火及回火等。离子渗金属工艺所采用的处理温度范围为900～1100℃，处理的时间取决于锯齿合金化所要求的厚度及处理温度，一般采取3～5小时。至于渗碳淬火及回火等工艺将主要取决于锯齿部分高速钢合金层的成份。

由本发明制成的离子渗金属锯切工具的主要工艺流程如下：将碳钢或低合金钢制成的冷轧带材下料或冲孔→刨齿→分齿→离子渗金属→渗碳→淬火→回火→清理、喷漆、包装。

Claims (11)

1、锯切工具离子渗金属技术属表面冶金范畴。它是一种在可以抽成真空且能充入惰性气体介质的密闭容器中，利用辉光放电现象，使钨、钼等欲渗合金元素渗入锯切工具的锯齿表面并使其形成类似于高速钢成份的合金层的一种表面冶金方法，其特征是在该真空密闭容器内设有阳极、阴极及由欲渗元素所组成的源极，在阳极和阴极之间及阳极和源极之间各设置一套可调压直流电源，作为阴极的锯切工具，其锯齿部分和源极外廓前沿面之间的距离控制在阴极位降区宽度D_k及2D_k之间，以使它们之间形成不等电位的空心阴极效应，强化辉光放电，增大溅射效果。从源极溅射出来的钨钼等合金元素将以一定速度向锯切工具表面运动。阴极和工件(阴极)之间的辉光放电使锯切工具被加热到高温，当钨、钼等合金元素到达锯齿表面后便借助于扩散过程向锯齿内部渗入，形成一类似于高速钢成份的合金扩散层。经离子渗金属处理后的锯切工具还需经渗碳、淬火及回火才能具有高速钢的切削性能。

2、根据权利要求1，其中所述的锯切工具是指各种手用、机用锯条，带锯以及圆盘锯刀等。该锯切工具系由普通碳钢或低合金钢制成。

3、根据权利要求1，其中所述的真空容器所能达到的真空度应高于1×10^-2乇。

4、根据权利要求1，其中所述的充入气体一般为惰性气体，其中最常用的为氩气。

5、根据权利要求1，其中所述的辉光放电，是在气体压力范围为0.01～10乇范围内进行，其中以2×10^-1～6×10^-1乇范围为常用。

6、根据权利要求1，其中所述的欲渗合金元素主要是指钨、钼、铬、钒以及钛、铝、钴、铌等合金元素。

7、根据权利要求1，其中所述的由欲渗合金元素所组成的源极，其结构和形式可以是刷子形、螺旋形、栅形及平板形等。由欲渗元素所制成的元件可以是丝、条、棒、板等。该元件可以是欲渗合金元素的单一元素，也可以是所有欲渗合金元素所组成的合金制成。

8、根据权利要求1，其中所述的锯切工具被加热到高温的温度范围为800～1200℃，一般常采用1000～1100℃。

9、根据权利要求1，其中所述的可调压直流电源都设有灭孤装置，其直流电压可调范围为0～1500伏，阳极和源极间的常用电压范围为400～1000伏，阳极和阴极间的常用电压范围为0～800伏。

10、根据权利要求1，其中所述的工件和源极除经受离子轰击而被加热外，还可以辅之以其它外加热源，如电阻加热及感应加热等。

11、根据权利要求1，锯切工具在进行离子渗金属处理后还须进行渗碳、淬火及回火等热处理，以使其达到高速钢的切削性能。