阴极渗金属应用李维学范润华王成国尹衍升刘瑞芳①孙文君②张裕惠③徐德书④（山东工业大学材料 科学与工程学院济南２５００６１）摘要利用阴极渗金属新技术对普通钢材进行渗Ｗ，Ｍｏ等元素 的工业性实验，对使用电流、电压、温度等参数进行了深入分析．实验表明，合金元素的最大渗层 厚度可达７００μｍ．关键词表面合金化；金属履层；电泳涂履中图分类号ＴＧ１７４．４４５０ 引言桶形阴极渗金属技术是在一般的真空条件下实现的．先抽真空，然后充入氩气，施加于工件上 的电压一般在１０００Ｖ以下．该技术可使Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｎｉ等多种金属渗入到普通钢及其它 金属中，并可进行多元金属共渗［１－３］，渗入深度可达３００μｍ以上，使金属表面具有耐高 温氧化、耐腐蚀、耐摩擦等性能．有价值的金属元素有几十种，金属零件表面渗不同金属元素后， 被渗金属表面便具有了所渗金属的物理化学性能．该技术无污染，无三废处理，操作方便，便于在 国防及民用工业中推广应用．１实验方法及结果１．１实验设备桶形阴极渗金属设备原理如图１所 示．１．２实验过程将纯金属元素Ｗ，Ｍｏ元素等置于真空炉内，抽真空至１×１０－１Ｐａ，充 Ａｒ气至１～１０Ｐａ，然后开启直流电源，开始进行粒子轰击，并进行除气和清洗．此时电流调 至１～５Ａ，电压控制在４００～７００Ｖ，温度控制在１０００～１２００℃，维持３～５ｈ． 此后，停止供Ａｒ，切断直流电源，待温度降至１００℃时，取件测量检验．１．３实验结果实验 测试结果列于表１．渗层化学成分检测结果列于表２．对渗层还进行了微观和硬度测量，同时也测 量了渗层厚度，其结果如表３所列．图１渗金属设备原理图表１渗金属实验结果序号渗入时间ｔ／ ｈ电流强度Ｉ／Ａ温度Ｔ／℃真空度Ｐ／Ｐａ渗剂１－３３．５７．５１１００２．８×１０－１ Ｎｉ－４５Ｃｒ－１０Ｔｉ２－４３．５４１０８０２．８×１０－１Ｗ－５０Ｍｏ２－５３５１ ０７０２×１０－１Ｗ－８０Ｍｏ２－６３５１１００２．２×１０－１Ｗ－２０Ｍｏ３－１４５ １２００２．８×１０－１Ｎｉ－２０Ｃｒ３－４３．５４１０８０２×１０－１Ｗ－５０Ｍｏ５ －５３．５４１０５０２．８×１０－１Ｎｉ－２０Ｃｒ５－６３．５７．５１１００２．８×１ ０－１Ｎｉ－４５Ｃｒ－１０Ｔｉ７－１４５１２００２．８×１０－１Ｎｉ－２０Ｃｒ９－１３ ．５４１０８０２×１０－１Ｗ－５０Ｍｏ９－２３５１０７０２×１０－１Ｗ－８０Ｍｏ９－３ ３５１１００２．２×１０－１Ｗ－２０Ｍｏ１１－６３．５７．５１１００２．８×１０－１Ｎ ｉ－４５Ｃｒ－１０Ｔｉ注：热电偶温差按１８０℃计入．表２渗层化学成分／％序号ＷＭｏＮｉ ＣｒＴｉＦｅ１－３５．４７１．５７６．５２１．４３８３．４４２－４１１．３２４．５１． ７０８２．４８２－５１４．８６２６．３５１．９５５６．８４２－６３６．００２７．３５０ ．４２３６．２５３－１８．２１０．９８１７．４２１１．５９６１．２０３－４１０．７１３ ．１６１．７８８４．３５５－５３．１５１．３９２０．８１１１．５７６３．４８５－６４． ９７１７．４４０．４６２．０６６．９７６８．４７－１３．６８１．５４１６．０３８．４４ ７０．３１９－１３．０８６０．８４１．８８０．８９９３．３０４９－２２．７２２．７４１ ．４２９３．１２９－３５．３０７．８１８６．８９１１－６２２．９９５．８００．６９１． ４１１２．２１５６．８４表３渗层厚度和硬度序号渗层硬度Ｑ／ＨＲＣ渗层厚度ｈ／μｍ１－３ ２８２０２－４３２４０２－５３９６０２－６２８３０３－１５７１４３－４３５７０５－５３ １１３５－６２４１２０７－１３３１６９－１６８９０９－２６１３５０９－３６７８０１１－ ６３５７００２结果分析２．１金相组织９号和１１号试样的金相组织如图２所示．３结果讨论阴 极渗金属是一项新型技术，它的最大特点是渗入的元素与基体结合紧密，不仅可渗入金属基体内， 而且可以在陶瓷表面上进行侵渗，其应用前景十分广阔．初步实验表明：合金元素不仅可以单独渗 入，也可进行复合渗入，实验指出，调节电流强度及渗入温度和渗剂种类，可改变渗层厚度．从金 相组织可以看出，渗层均匀清晰，结合致密．另一方面，由于这是一项新型技术，故在工艺上还未 达到完善的地步，一些工艺实验数据较为离散．尽管如此，它仍然显示出其诱人的工业应用前景． 图２ａ９号试样金相组织图２ｂ１１号试样金相组织４结论实验结果表明，阴极渗金属技术在工艺 上是可行的，其最大渗层厚度可达７００μｍ．工艺研究表明，渗层厚度与电流强度、渗剂种类、 真空度及温度有关．此外，与工件在炉内的位置也存在一定的关系．参考文献１杨烈宇主编．等离 子体表面工程．北京：中国科学技术出版社，１９９１．１２０～１８０２杨烈宇等编．离子轰击 渗扩技术．北京：人民交通出版社，１９９０．４７～１５２３张九渊．实用防腐蚀技术．杭州： 浙江大学出版社，１９９３．７９～１１３ＯＮＣＡＴＨＯＤＥＩＮＦＩＬＴＲＡＴＩＮＧＭＥＴ ＡＬＳＬｉＷｅｉｘｕｅＦａｎＲｕｎｈｕａＷａｎｇＣｈｅｎｇｇｕｏｅｔａｌ（Ｃｏｌｅｇｅ ｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉａｎｄＥｎｇ．，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖ．ｏｆＴｅｃｈ．Ｊｉ ｎａｎ２５００６１）ＡＢＳＴＲＡＣＴＴｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎ ｃｏｍｍｏｎｓｔｅｅｌｍａｔｅｒｉｌａｓｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅｗｉｔｈＷ，Ｍｏｂｙｍｅ ａｎｓｏｆｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｎｇｍｅｔａｌｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ，ａｎｄｔｈｏｒｏｕｇｈａｎａｌｙｓｉｓｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅｆｏｒｔｈｅｓｅｐａｒａ ｍｅｔｅｒｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔ，ｖｏｌｔａｇｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕ ｒｅｅｔｃ．Ｉｔｃａｎｂｅｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｎ ｇｌａｙｅｒｉｓ７００μｍ，ｔｈａｔｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈｅｂｒｉｇｈｔａｐｐｌｉｃａ ｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｆｏｒｔｈｉｓｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＫＥＹＷＯＲＤＳＳｕ ｒｆａｃｅａｌｏｙｉｎｇ；Ｍｅｔａｌｃｏａｔｉｎｇ；Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃｃｏ ａｔｉｎｇ阴极渗金属应用@李维学@范润华@王成国@尹衍升@刘瑞芳@孙文君@张裕惠@徐德 书$山东工业大学材料科学与工程学院$济南广成实业公司表面合金化；金属履层；电泳涂履利用 阴极渗金属新技术对普通钢材进行渗Ｗ，Ｍｏ等元素的工业性实验，对使用电流、电压、温度等参 数进行了深入分析．实验表明，合金元素的最大渗层厚度可达７００μｍ．１杨烈宇主编．等离子 体表面工程．北京：中国科学技术出版社，１９９１．１２０～１８０２杨烈宇等编．离子轰击渗 扩技术．北京：人民交通出版社，１９９０．４７～１５２３张九渊．实用防腐蚀技术．杭州：浙 江大学出版社，１９９３．７９～１１３ＣＡＴＨＯＤＥＩＮＦＩＬＴＲＡＴＩＮＧＭＥＴＡＬＳ ＬｉＷｅｉｘｕｅＦａｎＲｕｎｈｕａＷａｎｇＣｈｅｎｇｇｕｏｅｔａｌ（ＣｏｌｅｇｅｏｆＭ ａｔｅｒｉａｌＳｃｉａｎｄＥｎｇ．，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖ．ｏｆＴｅｃｈ．Ｊｉｎａｎ ２５００６１）ＡＢＳＴＲＡＣＴＴｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎｃｏｍ ｍｏｎｓｔｅｅｌｍａｔｅｒｉｌａｓｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅｗｉｔｈＷ，Ｍｏｂｙｍｅａｎｓ ｏｆｔｈｅｃａｔｈｏｄｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｎｇｍｅｔａｌｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎ ｄｔｈｏｒｏｕｇｈａｎａｌｙｓｉｓｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅｆｏｒｔｈｅｓｅｐａｒａｍｅｔ ｅｒｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔ，ｖｏｌｔａｇｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅ ｔｃ．Ｉｔｃａｎｂｅｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｎｇｌａ ｙｅｒｉｓ７００μｍ，ｔｈａｔｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈｅｂｒｉｇｈｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏ ｎｐｒｏｓｐｅｃｔｆｏｒｔｈｉｓｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＫＥＹＷＯＲＤＳＳｕｒｆａ ｃｅａｌｏｙｉｎｇ；Ｍｅｔａｌｃｏａｔｉｎｇ；Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃｃｏａｔｉ ｎｇ阴极渗金属应用@李维学@范润华@王成国@尹衍升@刘瑞芳@孙文君@张裕惠@徐德书$山 东工业大学材料科学与工程学院$济南广成实业公司表面合金化；金属履层；电泳涂履利用阴极渗 金属新技术对普通钢材进行渗Ｗ，Ｍｏ等元素的工业性实验，对使用电流、电压、温度等参数进行 了深入分析．实验表明，合金元素的最大渗层厚度可达７００μｍ．１杨烈宇主编．等离子体表面工程．北京：中国科学技术出版社，１９９１．１２０～１８０２杨烈宇等编．离子轰击渗扩技术．北京：人民交通出版社，１９９０．４７～１５２３张九渊．实用防腐蚀技术．杭州：浙江大学出版社，１９９３．７９～１１３
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