活性屏等离子渗氮工艺中双重辉光放电下氮的输运机理

采用大尺寸铜质活性屏进行活性屏等离子渗氮处理,在距离活性屏不同位置处分别放置玻璃片,用来收集主电压和偏压同时存在时,即等离子空间处于双重辉光放电模式下阴极溅射产生的在渗氮过程中起到载体作用的纳米粒子。通过对粒子形貌、化学成分进行分析,以此揭示双重辉光放电条件下活性屏离子氮化工艺中氮的输运机理。实验结果表明:主电压和偏压同时存在时,离活性屏距离不同的玻璃片上收集到的粒子形状和尺寸与只加主电压时有所不同;且随着离活性屏距离的改变,粒子的形状、尺寸及化学元素含量都不相同,但粒子中氮元素的含量都很高。分析认为这是因为双重辉光放电条件下,活性屏和工件都会产生阴极溅射,因此收集到的溅射粒子的来源不同,一部分来源于活性屏溅射,而另一部分来源于偏压引起工件表面产生的自溅射,对于距离活性屏较远的工件来说,施加在工作台上上的偏压是活性氮原子从气相输运到工件表面的关键。

大尺寸活性屏等离子渗氮工艺中偏压阈值的计算模型

大尺寸活性屏进行离子渗氮工艺处于主电压和偏压同时产生辉光放电的特殊放电模式,研究表明:此时施加在工件上的偏压存在一个阈值,且该阈值是影响渗氮效果的关键因素。通过对活性屏等离子渗氮工艺中带电离子在偏压鞘层中的行为以及等离子空间中粒子之间的能量传递的研究,尝试建立了一种能够预测施加在工件上的偏压阈值的数学计算模型,并将该数学模型得到的偏压阈值的理论值与实验所得到的阈值进行了比较,结果基本吻合。分析认为,通过该数学模型的建立可以为大尺寸活性屏等离子工艺的参数优化设计和实际生产提供合理的偏压阈值的参考值。

活性屏等离子渗氮技术在高压开关零件上的应用

传统的直流等离子渗氮技术存在一些固有缺点,容易导致几何形状复杂的零件表面产生较多表面缺陷。采用一种新的等离子渗氮技术——活性屏等离子渗氮(ASPN)技术对高压开关领域零件进行处理。结果表明,ASPN技术应用到高压开关零件上,可以获得均匀美观且质量良好的零件表面,同时获得了较高的表面硬度和扩散层深度,零件的耐磨性能和耐蚀性能均被提高。

活性屏等离子体源渗氮工艺特性及传质机制

为揭示活性屏等离子体源渗氮工艺特性(试样偏压电位和试样距屏高度)对AISI 316奥氏体不锈钢渗氮效果的影响规律,利用最小二乘法线性回归拟合了不同工艺条件下渗氮层厚度数据,绘制了活性屏等离子体源渗氮AISI316奥氏体不锈钢的工艺特性图,以此确定其最佳工艺参数。并通过对金属网屏上溅射颗粒的化学成分和相结构分析,探讨了活性屏等离子体源渗氮的传质机制。结果表明:渗氮层厚度随试样距屏高度增大而降低,当适当降低渗氮气压或试样施加一定负偏压时,均有助于提高渗氮层的厚度,并且证实了"溅射-再沉积"模型是活性屏等离子体源渗氮重要的传质机制。

2Cr13不锈钢活性屏等离子体源渗氮层组织与耐蚀性能

目的探讨活性屏等离子体源渗氮技术提高马氏体不锈钢硬度与耐蚀性能的可行性。方法将2Cr13马氏体不锈钢进行350~550℃、6 h活性屏等离子体源渗氮处理,采用光学显微镜(OM)、电子探针显微分析仪(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析渗氮层的组织、成分和相结构,使用显微硬度计测试渗氮层的显微硬度,利用电化学腐蚀试验解析评估渗氮层的耐蚀性能。结果经活性屏等离子体源渗氮处理后,可在马氏体不锈钢表面形成厚度为2~45μm,N原子分数为20%~25%的渗氮层,其表面显微硬度达1050~1350 HV0.25,是基体硬度的4~5倍。350℃时,渗氮层以ε-Fe_(2-3)N相为主,且含有少量αN相;450℃时,渗氮层由αN、ε-Fe_(2-3)N和γ’-Fe_(4)N相构成;渗氮温度升至550℃时,渗氮层由α-Fe、CrN和γ’-Fe_(4)N相构成,αN、ε-Fe^(2-3)N相消失。350、450℃时,渗氮层在3.5%NaCl溶液中的阳极极化曲线出现明显钝化区,而未渗氮的2Cr13不锈钢并未发现钝化区,自腐蚀电位E_(corr)由未渗氮的–308 mV(vs.SCE)分别升高至–151、–104 mV,腐蚀电流密度Jp均维持在0.03~0.2μA/cm^(2)内。550℃时,渗氮层表面因CrN相析出,耐蚀性能相对恶化。电化学阻抗谱结果显示,350、450℃时,渗氮层表面钝化膜电荷转移电阻Rct由未渗氮的5.25×10^(4)Ω·cm^(2)分别增至2.76×10^(5)、3.18×10^(5)Ω·cm^(2),双电层电容Cdl由未渗氮的473μF/cm^(2)分别降至74、103μF/cm^(2),说明渗氮层表面形成的钝化膜更厚,致密性更好,能有效阻碍反应离子的渗透和迁移,耐蚀性能显著提高。结论活性屏等离子体源渗氮技术处理2Cr13马氏体不锈钢可以获得高的表面硬度和优异的耐腐蚀性能。

钢铁材料新型等离子体渗氮工艺的研究现状

传统等离子体渗氮存在着渗氮时间长、渗氮不均匀等问题,因此提高等离子体渗氮效果和渗氮速率是等离子体渗氮技术发展的重点方向。本文综述了活性屏等离子体渗氮的技术原理和近年来的发展特点,梳理了多元离子共渗、表面自纳米化预处理和预氧化3种催化技术在传统等离子体渗氮过程中的作用机理和目前的发展现状。多种催化技术相结合的传统等离子体渗氮工艺和活性屏等离子体渗氮的催化工艺将是未来等离子体渗氮发展的重要方向。