D0I:10.13374/i.issn1001053x.2001.06.014 第23卷第6期 北京科技大学学报 Vol.23 No.6 2001年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2001 双层辉光离子渗成分离析及表面合金贫化 徐江”谢锡善”徐重2) 1)北京科技大学材料科学与程学院，北京1000832)太原理工大学表面工程研究所，太原030024 摘要研究了在试样20钢上双层辉光离子渗Hastelloy C-2000合金过程中渗层出现的成分 离析以及表层N,C·合金元素贫化现象，并进行了一定的理论分析.认为表面合金贫化与工件 表面层离子轰击形成的畸变梯度及反溅射有关；成分离析是由于合金i,Cr,Mo的戴射特征不 同造成的 关键词双层辉光：多元合金；成分离析 分类号TG156 双层辉光离子渗金属技术最初致力于手用 间距20mm.渗金属后试样在扫描电镜下进行 锯条的研究)随着对该项技术认识的不断深 能谱分析，测定渗层中合金元素的含量 人，人们对该技术的基础研究范围不断扩大，例 如单元渗川W,Mo,Cr,Ti,等，二元或多元共渗a1 2试验结果 Cr-Ni,W-Mo,Cr-Ni-Mo等.近年来，人们为将这 在渗Hastelloy C-2000合金试验中，由于此 项技术应用于高附加值的产品，而开展了一定 合金的熔点较低，因而要合理的控制源极电压、 的科学研究.张旭等对Inconele625合金为源极 工件电压和气压，以使源极的保温温度低于合 的多元共渗工艺及渗层性能进行了细致的研 金熔点的同时又能为工件提供合金源.本试验 究，取得了较为理想的结果.但是双层辉光离子 首次采用HastelloyC-2000合金，该合金主元为 多元共渗是一个非常复杂的问题.渗层的成分 Ni,Cr,Mo,与Inconel625合金相比，Mo含量高出 和质量不仅受宏观工艺参数的影响，而且各种 6%~8%,利用Mo元素与Ni,Cr元素溅射特性的 在源极溅射、表面沉积、等离子体传输和渗层扩 很大的区别，从而使得出现成分离析的几率大 散过程中各具不同特性，往往容易出现渗层合 大增加. 金元素比例与源极合金元素比例不同的现象即 图1为采用双层辉光离子渗金属技术在20 成分离析.本文首次以镍基耐蚀合金Hastelloy 钢基材表面形成的表面合金渗层成分沿深度方 C-2000合金作为合金元素供给源，固定源极电 向的分布曲线. 压，气压以及极间距等工艺参数，探讨了双层辉 80「 光离子渗金属过程中成分离析及表层合金元素 70A 贫化的原因，提出了控制这2种现象宏观.[艺 60 Mo 参数 50 40 1试验方案 30 渗金属试验在自制双辉离子渗金属炉中进 20 行，源极材料Hastelloy C-2000的成分（质量分 10e Cr 一 数%)为：Ni59,Mo16,Cr23,Cu1.6,C<0.01.基 0 5101520253035 体试样材料为20钢.C艺参数为气压20Pa,温 d/mm 度1000℃，源极电压12kV、工件电压750V、极 图120钢表面合金元豪沿渗层深度的变化 收稿日期200102-28徐汇男，28岁，博七生 Fig.1 Composition of alloyed element formed on the low *“863"高科技资助项目(No.715-0080050) carbon steel第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 毛犯 双层辉光离子渗成分离析及表面合金贫化 徐 江 ” 谢锡善 ” 徐 重 ， 北京科技大学材料科学 与 卜程学院 北京 太原理工大学表面工程研究所 ， 太原 摘 要 研究 了在试样 钢 上双层辉光离子渗 一 合金过程中渗层出现的成分 离析 以 及 表层 ， 合金元 素贫化现象 ， 并进行 了一 定 的理论分析 认 为表 面 合金 贫化与工件 表 面层 离子 轰 击形 成 的畸 变梯度 及 反 溅射有关 成分 离析是 由于 合金 ， ， 的溅射特 征 不 同造 成的 关扭词 双层 辉光 多元合金 成分离析 分 类号 双层辉光 离子 渗金 属 技 术最初 致 力于 手用 锯条的研究 ‘， ， ’ 随着对该项技术认识 的不 断深 人 ， 人们对该技术的基础研究范围不 断扩大 ， 例 如单元 渗‘，，， ， ， ， 等 ， 二元或 多元共渗 “ · ” ， 一 ， 一 一 。 等 近 年来 ， 人们为将这 项技术应用 于 高附加值的产 品 ， 而 开 展 了一定 的科学 研 究 张 旭 等 ，对 合金 为源 极 的 多 元 共 渗 工 艺及 渗层 性 能进 行 了 细 致 的 研 究 ， 取得 了较 为理想 的结 果 但是双层辉光离 子 多 元共 渗是 一 个 非 常 复 杂 的 问 题 渗层 的成分 和质 量 不 仅受宏观工 艺 参数 的影 响 ， 而且 各种 在 源 极溅射 、 表 面沉积 、 等离 子体传输 和 渗层扩 散过 程 中各具不 同特性 ， 往 往 容 易 出现 渗层 合 金元 素 比例 与源极 合金元 素比例不 同的现象即 成分离析 本 文首次 以镍基 耐蚀合金 一 合金作 为合金 元 素供给源 ， 固定源极 电 压 、 气压 以 及极 间距等工 艺参数 ， 探讨 了双层辉 光离 子渗 金 属 过 程 中成分离 析 及表层 合金 元素 贫化 的原 因 ， 提 出 了控 制这 种 现 象宏观 艺 参数 间距 渗金属 后 试样 在 扫描 电镜下 进 行 能谱分析 ， 测定渗层 中合金 元素的含量 试验结果 在渗 一 合金试验 中 ， 由于 此 合金的熔点较低 ， 因 而要合理的控制源极 电压 、 工 件 电压 和 气压 ， 以 使源 极 的保温温度低 于合 金熔点的 同时又 能为工 件提供合金 源 本试验 首次采用 一 合金 ， 该合金 主元为 ， ， ， 与 合金相 比 ， 含量高出 一 ， 利 用 。 元 素与 ， 元 素溅 射特性 的 很 大 的 区别 ， 从而 使得 出现成分离析 的几 率大 大增 加 图 为采用 双层辉光离 子渗 金 属 技术在 钢基材表面形成 的表面合金渗层成分沿深度方 向的分布曲线 ‘，八 试验方案 渗金 属 试验在 自制双 辉离子渗金 属炉 中进 行 ， 源极 材料 一 的成分 质量 分 数 为 ， ， ， ， 基 体 试样材料 为 钢 仁艺 参数为气压 ， 温 度 ℃ ， 源 极 电压 、 工 件 电压 、 极 收稿 日期 一 一 徐江 男 ， 岁 ， 博士 生 “ ” 高科技 资助 项 目〔 一 尸 声‘一习 升 留 圈 钢 衰 面合金 元 众 沿渗层 深 度 的变化 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2001．06．014