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模具表面強化技術：等離子體化學熱處理

知識百科

1.等離子體化學熱處理
發展最快、工業應用最廣的等離子體熱處理方法是等離子體化學熱處理 。 與常規化學熱處理相比 ， 等離子體化學熱處理具有優質、高效、低耗、潔凈、無公害等特點 。 但是 ， 此技術用于批量大的小模具及其他小零件(如螺栓、螺母、鏈條等)時 ， 裝爐麻煩 ， 滲層質量不易控制 。 而且 ， 同爐混裝不同形狀、尺寸的工件時 ， 不易均勻控制工件溫度 。
1.1離子滲碳
【模具表面強化技術：等離子體化學熱處理】離子滲碳 ， 亦稱輝光滲碳[l0-11] 。 滲碳是將價廉、具有良好成型性和延展性的低碳鋼或低碳合金鋼母體材料在碳基氣氛中加熱 ， 使活性碳滲入母材而形成強韌、耐磨表面的一種熱處理方法 。 離子滲碳則在于活性碳是由碳氫化合物氣體在真空等離子區中 ， 通過直流輝光放電電離而獲得 ， 其原理與離子滲氮相似 。
在國內 ， 離子滲碳工藝已成功應用于汽車、航空、核工業等的模具中 。 離子滲碳的技術關鍵是滲層質量控制及設備設計 。 離子滲碳時 ， 可通過調節碳通量和滲碳時間來控制模具工件表面的預定碳含量 。 碳通量是氣體成分、氣壓、氣體流量、離子電流密度和滲碳溫度的函數 。 在工業生產中 ， 離子滲碳時 ， 可利用碳的擴散和傳輸數學模型 ， 通過電流密度傳感器由微機進行全過程的工藝控制 ， 從而獲得預定的表面碳含量、碳分布和滲層深度 。 但離子滲碳工藝溫度高(850～980℃) ， 要求電源功率大 ， 易發生輝光放電轉變為弧光放電的現象 ， 使工藝不穩定 ， 設備較復雜 。 目前 ， 工業模具上普遍采用的氣體滲碳和真空滲碳工藝成熟 ， 質量穩定 ， 能較好地滿足工業模具的需要 。 與傳統的滲碳相比 ， 離子滲碳具有以下優點：滲碳效率高 ， 表面質量好 ， 滲層分布均勻 ， 變形小 ， 環境污染小 ， 過程易實現自動化控制 ， 深孔盲孔也能處理等 。 在模具行業中 ， 離子滲碳技術在沖模和塑料模中應用較多 。 目前 ， 在表面硬化中 ， 有80%以上是滲碳處理 。 因此 ， 離子滲碳有著廣闊的發展前景 。
1.2離子滲氮
離子滲氮是目前工業上應用最廣、最成熟的離子熱處理工藝[1-3] 。 該工藝易通過調整工藝參數(如電壓、電流、爐內氣體壓強、溫度、時間和工作氣體成分等)獲得純擴散層、單相、化合物層等 。 離子滲氮的技術關鍵是如何根據其特點 ， 結合相關模具服役條件 ， 合理選擇工藝參數 ， 繼而獲得所需的最佳滲層 。
1.3離子碳-氮共滲
離子滲碳氮技術是依靠爐氣活性組分C3H8和NH3在鋼表面分解 ， 析出的活性原子C和N被表面吸收并向基體內部擴散而實現的[2 ， 4] ， 它又稱離子軟氮化 ， 是從鹽浴和氣軟氮化發展而來的 。 離子滲碳氮的操作方法與離子滲氮基本相同 ， 但工作氣體成分不同 ， 其冷卻方式除在真空條件下緩慢冷卻外 ， 還可進行油淬或高壓氣淬 。 離子碳一氮共滲時間短 ， 效益高 ， 可獲得較厚的化合物層 ， 具有優良的耐磨、抗膠合和抗疲勞性能 。 與傳統工藝相比 ， 應用于模具的離子碳一氮共滲技術不僅具有滲層質量好、相組成容易控制的優點 ， 而且高效、潔凈、節能 。 該工藝具有較強的市場競爭力 。
1.4離子滲硼
滲硼是一種很有效的表面硬化工藝 。 金屬零件滲硼后 ， 表面形成的硼化物及碳化硼等化合物的硬度極高 ， 滲硼鋼在硬度、耐磨性、耐熱性、耐蝕性上均比滲碳或滲氮鋼高[1 ， 4] 。 因此 ， 在模具表面強化中 ， 滲硼起著重要的作用 。 滲硼的方法很多 ， 常規方法有氣體、液體、固體和電解滲硼等 。 離子滲硼有滲層物均勻、滲速快、滲后工件無需清理等優點 ， 是很有發展前途的工藝 。