D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.06.011 第24卷第6期 北京科技大学学报 Vol.24 No.6 2002年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2002 双层辉光离子渗Ni-Cr-Mo-Cu合金的工艺 徐江)谢锡善)徐重) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)太原理工大学表面工程研究所，太原030024 摘要在20钢基材上，利用双层辉光离子渗金属技术进行Ni-Cr-M0-Cu多元共渗正交实 验工艺研究.结果表明，工艺参数对渗层的元素总含量以及渗层的厚度有较大的影响，并确定 了最佳工艺参数为源极电压1050V,工件电压250V,气压35Pa,极间距15mm. 关键词双层辉光；多元共渗；工艺 分类号 TG156 双层辉光离子渗金属技术是我国在国内外 1.2实验方案 都获得专利的一项等离子表面冶金新技术， 为了选定正交实验各个工艺参数的取值范 它可以在普通材料表面形成具有特殊物理、化 围，先结合以往实验研究的经验，然后又进行了 学性质的表面合金层，目前已成功地应用于 20余炉的摸索性实验，确定了正交工艺参数. 手用锯条、机用锯条和其他产品.近年来，人们 正交实验按照L(4)正交表进行，指标项目为渗 一直致力于将这项技术应用于高附加值的产 层表面合金元素含量以及渗层厚度，因素水平 品，并为此开展了一些研究工作-由于双层 表如表1所示. 辉光离子多元共渗是一个非常复杂的问题，各 种合金元素在源极表面溅射的特性、工件表面 表1因素水平表 Table 1 Factor and levels 的沉积扩散及等离子体空间传输存在较大的差 异，因此如何选取合理的宏观工艺参数，将会对 水平 因素 4 渗层成分和质量有重要影响. 源极电压V 10501000 950 900 本文以Hastelloy C-2000合金为源极，系统 工件电压V 275 250 350 300 研究源极电压、工件电压、气压、极间距四个工 气压/Pa 35 30 45 40 艺参数对渗层合金元素总量以及渗层厚度的影 极间距/mm 15 20 33 22.5 响规律，以期为工业应用提供理论指导 2 实验结果 1实验方法和方案 2.1渗层组织分析 1.1实验方法 图1为20钢基材上形成的渗层的扫描电镜 渗金属实验在自制双层辉光离子渗金属炉 (SEM0微观组织照片，图2为渗层X射线衍射结 中进行，源极材料为Hastelloy C-2000合金，试 果.结果表明：在20钢基材上可以形成镍基表 样材料为20钢，源极尺寸为130mm×50mm×4 面合金渗层.双层辉光离子渗镍基合金渗层均 mm,试样尺寸为80mm×25mm×3mm. 匀、连续、致密，没有空洞存在.渗层的相组成 采用脉冲放电模式：源极采用直流电源，工 为Y(基体)+少量析出相，析出相为μ相+MC. 件采用脉冲电源.源极材料Hastelloy C-2000的 2.2工艺参数对渗层表面合金元素和渗层厚度 成分（质量分数，%）为：Ni,59;Mo,16;Cr,23;Cu, 的影响 1.6;C,<0.01 (1)源极电压对渗层表面合金元素和渗层厚 收稿日期200109-20徐江男，28岁，博士研究生 度的影响.从图3和图4可以看出，随着源极电 *国家”863“高科技资助项目No.7150080050) 压的升高，渗层表面合金元素总量和渗层厚度第 2 4 卷 第 6 期 2 0 02 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n iv e r s iyt o f s c ic n e e a n d eT e h n o l o gy B呵in g V b l . 2 4 N o . 6 D e e . 2 0 0 2 双层辉光离子渗 N i- C r -l 竹。一C u 合金 的工艺 徐 江 ” 谢锡善 ” 徐 重 2 , l) 北京科技大学材料科学与工程学院 , 北京 10 0 83 2) 太原理工大学表面工程研究所 , 太原 03 0 0 2 4 摘 要 在 20 钢基 材上 , 利 用双层 辉光离 子渗金属技 术进 行 N i月 C -r M o 一 C u 多元共渗 正交实 验 工艺研究 . 结果 表 明 , 工艺 参数对渗层 的元素总含量 以及 渗层 的厚度有 较大 的影响 , 并 确定 了最佳工 艺参数为源极 电压 1 0 5 0 V ,工 件 电压 2 50 V , 气压 35 aP , 极 间距 巧 m .m 关 键词 双层 辉光 ; 多元共渗 ; 工艺 分类号 T G 15 6 双层辉光离子渗金属技术是 我国在 国 内外 都获得专利 的一项等离子表 面 冶金新 技术 「, lz], 它可 以在普通材料表 面 形成具 有特殊物理 、 化 学性质的表面合 金层 间 , 目前 已成功地应用于 手用锯条 、 机用锯条和 其他产品 . 近 年来 , 人们 一 直 致力 于 将这 项技术 应用 于高 附加值 的产 品 , 并 为此开展 了一些研究工作 `7一 10] . 由于 双层 辉光离子多元共渗是一个非常复杂的问题 , 各 种合金元素在源 极表面 溅射 的特性 、 工件表面 的沉积扩散及等离子体空 间传输存在较大的差 异 , 因此如何选取合理的宏观工艺参数 , 将会对 渗层成分和 质量有重要影响 . 本文 以 H as ot n oy C一0 0 合 金为源极 , 系统 研究 源极 电压 、 工件 电压 、 气 压 、 极 间距 四个工 艺参数对渗层合金元素总量以及渗层厚度的影 响规律 , 以期为工业应用提供理论指导 . 1 .2 实验方案 为 了选定 正交实验各个工艺参数 的取值范 围 , 先结合 以往实验研究 的经验 , 然后又进行 了 20 余 炉的摸 索性实验 , 确定 了正交工艺参数 . 正交实验按照 L 试4s) 正交表进行 , 指标项 目为渗 层表面合金元 素含量 以及渗层厚度 , 因素水平 表如表 1 所示 . 表 1 因素水 平表 l b b l e 1 F a ct o r a n d Ive e ls 因素 水平 源极电压那 工件电压阿 气压用a 极间距 m/ m 1 实验方法和 方案 L l 实验方法 渗金属 实验在 自制双层辉光离子渗金属炉 中进行 , 源 极材料为 H as et n oy C - 2 0 0 合金 , 试 样材料为 20 钢 , 源极尺寸为 130 ~ 巧O ~ “ 4 ~ , 试样尺寸为 80 ~ x 25 ~ 又 3 ~ . 采用脉冲放 电模式 : 源极采用直流 电源 , 工 件采用 脉 冲电源 . 源极 材料 H as et l oy C一 0 0 的 成分 (质量分数 , % )为 : N i , 5 9 : M o , 1 6 ; e r, 2 3 ; e u , 1 . 6 ; C , < 0 . 0 1 . 收稿 日期 2 0 01 刁9一 O 徐 江 男 , 28 岁 , 博士研究 生 * 国家 ” 8 6 3 “ 高科技资助项 目 (N 0 . 7 15 00 80 0 5 0 ) 2 实验结果 .2 1 渗层 组织分析 图 1 为 20 钢基材上形成 的渗层的扫描 电镜 ( S EM) 微观组织照 片 , 图 2 为渗层 X 射线衍射结 果 . 结果 表明 : 在 20 钢基材上可 以形成镍基表 面 合金 渗层 . 双层辉光离子渗镍基合金渗层均 匀 、 连续 、 致密 , 没有 空洞 存 在 . 渗层 的相组成 为城基体+) 少量析 出相 , 析 出相为林相十从C .2 2 工艺参数对渗层 表面合金元素和渗层厚度 的影响 ( l) 源极电压对渗层表面合金元素和 渗层厚 度的影响 . 从 图 3 和 图 4 可 以看 出 , 随着源 极 电 压的升高 , 渗层表面合金元素总量 和渗层厚度 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 06. 011