CN1048068A

CN1048068A - 金属板(带)及其制品的离子渗金属技术及其装置

Info

Publication number: CN1048068A
Application number: CN 89104015
Authority: CN
Inventors: 徐重; 范本惠; 潘俊德; 郑维能
Original assignee: TAIYUAN POLYTECHNIC UNIVERSITY
Current assignee: TAIYUAN POLYTECHNIC UNIVERSITY
Priority date: 1989-06-15
Filing date: 1989-06-15
Publication date: 1990-12-26

Abstract

本发明是一种金属板及其制品的表面冶金方法及设备，属表面冶金及金属板表面处理范畴，是利用双层辉光离子渗金属技术使金属板及其制品表面而形成和基体性能不同的具有特殊物理、化学、机械性能的合金层。该合金层可以是合金扩散层，合金沉积层或它们两者的结合。

Description

本发明属于表面冶金范畴。

近年来，为了提高金属板（或金属带）的表面性能，出现了表面镀层金属板及双金属板等，所谓双金属板材即以普通金属板为基材，然后通过热轧、冷轧、焊接或爆炸成型等方法，使基材的一面或两面被具有特殊性能的金属薄板所覆盖。例如普通碳钢之板的两面由薄铜板或不锈钢薄板，经热轧而形成类似于夹层饼的复合金属板，无论是双金属板、复合金属板或是表面镀层金属板，其表面金属层和基材的结合往往不牢固，而易出现两张皮的剥落现象。1985年5月28日，由我国学者徐重教授发明的双层辉光离子渗金属技术取得了美国专利权，该专利技术利用双层辉光放电现象，在真空容器中设置由欲渗金属元素组成的源极及放置工件的阴极。工件和阳极以及源极和阳极之间的辉光放电使欲渗合金元素溅射出来，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扩散层及合金沉积层。

本发明的目的是将双层辉光离子渗金属技术应用于金属板（带）及其制品，使其表面形成具有特殊性能（如抗腐蚀性能）的表面合金层。例如：我们已经研制成功，以尺寸为1000×500×4（mm）的A₃钢板为基材，经双层辉光离子渗镍铬处理使其表面形成镍铬合金的大型离子渗金属钢板。

用来处理钢板的双层辉光离子渗金属装置的示意图如图1所示。该装置可以是周期式或连接式处理炉。在一个可以抽真空并充入惰性气体以形成一定的气体压力的密封容器内（图1中1），设有阴极（工件）2，源极3。阴极和作为阳极的炉体1之间以及源极和炉体之间分别连接可调压直流电源5和6。图1中7和真空泵机组相连，进气口8和气体供应装置相连。图1中4系由欲渗合金元素制成的元件。

采用上述装置处理钢板的步骤简述如下：

1.清洁钢板的表面，去除钢板表面的油污及锈斑。

2.将钢板安置在炉内阴极支架上，关闭炉门，开动抽真空系统，使炉内真空度不低于1×10^-2托。

3.待炉内真空度高于1×10^-2托之后，通往少量氩气，使其真空度降至1×10^-2托以下。

4.开动电源5，使阳极和阴极（工件）之间产生辉光放电，利用离子轰击进一步净化钢板表面30分钟左右。

5.增加氩气供给量，进一步提高炉内气压到2～6×10^-1托，与此同时，增大阴极辉光放电的电流密度，使钢板逐步升温。

6.待钢板升温到800℃以上，开始启动源极直流电源，使源极升到高温。辉光放电所发生的离子轰击作用，使欲渗合金元素溅射出来，以供钢板表面合金化之用。

7.钢板升温至所需要的处理温度（如1000℃或1100℃）后开始保温，保温时间将根据钢板表面合金化层的厚度加以确定。

8.保温时间到达后，减少氩气供给量，提高炉内真空度，减少辉光放电电流，从而使钢板温度下降。如果希望钢板表面合金层的外表面形成含合金元素更高的合金层或沉积层，可不变更源极放电参数而只调整阴极放电电源，使阴极放电电流下降，从而使钢板温度下降。

9.停止氩气供给，切断阴极和源极电源，待工件冷却至200℃以下时，关闭抽真空系统。

10.待工件进一步冷却后，向炉内充气达到大气压力后打开炉门取出钢板。

上述源极主要由欲渗合金元素所制成的元件所组成，该元件可以由单一元素或多种欲渗元素组成的合金制成。源极的电位可以高于、等于或低于工件电位。构成源极主要部分的合金元素元件的形状及布置以及源极和工件之间的相对位置和布置，可以根据气体放电的空心阴极效应的要求来加以设计。源极外廓前沿平面与钢板表面之间的距离范围为5～80mm，通常采用10～40mm，本发明所采用的源极形式的结构可以是平板（图2-1）栅形源极（图2-2）或波纹形（图2-3）等等。

对于金属板制品，如桶形容器及管道等，都可以按上述原理进行处理。现以大直径管道为例，其装置示意如图3所示。若大直径管道内外表面均需要进行表面合金化，则管内外均需布置源极2、3并使源极和内外表面形成空心阴极放电。

Claims

1、本发明是利用双层辉光离子渗金属技术使金属板及其制品表面形成和基体性能不同的具有特殊物理、化学、机械性能的合金层的一种方法和设备。是一种可抽真空并充入惰性气体的密闭容器内设置阴极(工件)、源极。作为阳极的容器壁和阴极以及源极之间分别连接可调压直流电源。

2、根据权利要求1，其中所述真空密闭容器的极限真空度不低于1×10^-2托，工作气压范围为1×10^-1～10托。

3、根据权利要求1，其中所述源极主要由欲渗合金元素制成的元件做成，该元件可以由单一合金元素或多种欲渗元素组成的合金制成。源极可以根据需要作成任意形状，源极和金属板之间以及组成源极的合金元素元件相互之间的布置可根据需要形成或不形成空心阴极效应放电。

4、权利要求1中所述的金属板可以是钢板，也可以是金属板，如铜板、铸铁板、铝板、钛板等。

5、权利要求1中所述的源极，其电位可以高于、等于，或低于阴极（金属板）电位。

6、权利要求1中所述的表面合金层可以是合金扩散层或合金沉积层，也可以是它们两者相结合的复合合金层。