專利名稱：雙輝放電滲鍍金屬碳氮化合物的裝置及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明雙輝放電滲鍍金屬碳氮化合物工藝及裝置屬于金屬材料表面改性的技術(shù)領(lǐng)域。
60年代以前合成金屬碳、氮化合物的方法主要是固體、液體、氣體滲碳、氮化、氮碳共滲的化學(xué)熱處理方法，它們均有滲速慢、滲層不均、污染環(huán)境、勞動條件差等缺點。目前很少應(yīng)用。
60年代以后，發(fā)展了許多新的方法，如離子氮化、離子碳氮共滲，化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、激光CVD(LCVD)、等離子增強CVD(PCVD)、射頻等離子體CVD(RFCVD)、微波CVD、離子束增強沉積技術(shù)(IBED)、多弧離子鍍等，以上這些技術(shù)都存在設(shè)備復(fù)雜、合成時間較長，電子束、離子束、微波、射頻、激光等，設(shè)備價格昂貴、成本高，特別是以上大部分新方法不能同時向工件提供金屬粒子和碳、氮離子，而且形成的大多是鍍層，比較薄，使用受到一定的限制。
本發(fā)明雙輝放電滲鍍金屬碳氮化合物的裝置是在真空容器1內(nèi)，設(shè)置金屬源極4，反應(yīng)氣源盒陽極5，欲滲鍍的工件3，同時配有抽氣系統(tǒng)及供氣系統(tǒng)，其供氣系統(tǒng)是由供氣源2、反應(yīng)氣源盒陽極5組成，欲滲鍍工件3位于真空室1的下方，金屬源極4置于欲滲鍍工件3上方，反應(yīng)氣源盒陽極5位于真空室1的上部，在反應(yīng)氣源盒陽極5與欲滲鍍工件3之間連接一可調(diào)0～1200V直流電源7，在反應(yīng)氣源盒陽極5和金屬源極4之間連接一個可調(diào)0～1500V直流電源6，其特征在于金屬源極4為金屬格柵狀源極，金屬源極4與欲滲鍍工件3之間的距離為10～30mm，欲滲鍍的工件3為金屬材料、合金、陶瓷等非金屬材料。
上述的金屬源極4，亦可是刷子狀、蜂窩狀，其格柵之間的距離為15～30mm，高度為30～50mm，構(gòu)成格柵狀的金屬是由可以形成碳、氮化合物的金屬和合金板制成，如W、Mo、Ti、Cr、Ta、Zr、Nb、Ni等金屬及其合金，反應(yīng)氣源盒陽極5是由帶有小孔并能噴射出氣體的扁平狀鋼板制成。
采用上述裝置進行雙輝放電滲鍍金屬碳氮化合物的工藝其特征在于，首先把真空室1由機械泵8抽到極限真空度高于1Pa后，再由供氣系統(tǒng)按比例供給氬氣、氮氣及碳氫氣體的混合氣，分壓為20～100Pa，在反應(yīng)氣源盒陽極5和金屬源極4之間加入可調(diào)直流電源6，電壓為800～1200V；在陽極反應(yīng)氣源盒5和欲滲鍍工件3之間加入可調(diào)直流電源7，電壓為400～800V使其產(chǎn)生雙層輝光放電，利用格柵狀源極內(nèi)的等電位空芯陰極效應(yīng)和欲滲鍍工件3之間的不等電位空芯陰極效應(yīng)，使欲滲鍍工件3升到800～1000℃，并把金屬源極4中濺射出的金屬原子、離子，離解后的碳氮原子、離子，在工件負偏壓作用下快速到達工件表面，工件表面形成滲鍍層。
滲鍍金屬碳化物時通入的氬氣、碳氫氣體的混合氣體的比例為2∶8、5∶5、3∶7，分壓為20～100Pa，滲鍍金屬氮化物時通入比例為2∶8、5∶5、3∶7的氬氣和氮氣的混合氣，分壓為20～100Pa，滲鍍金屬碳氮化合物時通入一定比例的Ar氣、碳氫氣體和氮氣的混合氣。
欲滲鍍工件3的溫度為800～1000℃；金屬源極4電壓為800～1200V，欲滲鍍工件3的電壓為400～800V，工作氣壓為20～100Pa。


附圖為本發(fā)明的實施裝置示意圖。
圖中標號為1.真空室2.供氣源3.欲滲鍍工件4.金屬源極5.反應(yīng)氣源盒陽極6.金屬源極電源7.負偏壓電源8.機械泵抽氣系統(tǒng)
權(quán)利要求
1.一種雙輝放電滲鍍金屬碳氮化合物的裝置其特征在于，是在真空容器(1)內(nèi)，設(shè)置金屬源極(4)，反應(yīng)氣源盒陽極(5)，欲滲鍍的工件(3)，同時配有抽氣系統(tǒng)(8)及供氣系統(tǒng)，其供氣系統(tǒng)是由供氣源(2)、反應(yīng)氣源盒陽極(5)組成，欲滲鍍工件(3)位于真空室(1)的下方，金屬源極(4)置于欲滲鍍工件(3)上方，反應(yīng)氣源盒陽極(5)位于真空室(1)的上部，在反應(yīng)氣源盒陽極(5)與欲滲鍍工件(3)之間連接一可調(diào)0～1200V直流電源(7)，在反應(yīng)氣源盒陽極(5)和金屬源極(4)之間連接一個可調(diào)0～1500V直流電源(6)，金屬源極(4)的形狀可為各種不同形狀，金屬源極(4)與欲滲鍍工件(3)之間的距離為10～30mm，欲滲鍍的工件(3)為金屬材料、合金、陶瓷等非金屬材料。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種雙輝放電滲鍍金屬碳氮化合物的裝置，其特征在于所述的金屬源極(4)為格柵狀，亦可是刷子狀、蜂窩狀，其格柵之間的距離為15～30mm，高度為30～50mm，金屬源極(4)是由可以形成碳、氮化合物的金屬和合金板制成，如W、Mo、Ti、Cr、Ta、Zr、Nb、Ni等金屬及其合金，反應(yīng)氣源盒陽極(5)是由帶有小孔并能噴射出氣體的扁平狀鋼板制成。
3.采用上述裝置進行雙輝放電滲鍍金屬碳氮化合物的工藝其特征在于，首先把真空室(1)由機械泵(8)抽到極限真空度高于1Pa后，再由供氣系統(tǒng)按比例供給氬氣、氮氣、碳氫氣體的混合氣，分壓為20～100Pa，在反應(yīng)氣源盒陽極(5)和金屬源極(4)之間加入可調(diào)直流電源(6)，電壓為800～1200V；在反應(yīng)氣源盒陽極(5)和欲滲鍍工件(3)之間加入可調(diào)直流電源(7)，電壓為400～800V使其產(chǎn)生雙層輝光放電，利用格柵狀金屬源極內(nèi)的等電位空芯陰極效應(yīng)和欲滲鍍工件(3)之間的不等電位空芯陰極效應(yīng)，使欲滲鍍工件(3)升到800～1000℃，并把格柵狀源極中濺射出的金屬原子、離子，離解后的碳氮原子、離子，在工件負偏壓作用下快速到達工件表面，在金屬工件表面形成滲鍍層。
4.按照權(quán)利要求3所述的雙輝放電滲鍍金屬碳氮化合物的工藝，其特征在于，滲鍍金屬碳化物時通入的氬氣、碳氫氣體的混合氣體的比例為2∶8、5∶5、3∶7，分壓為20～100Pa，滲鍍金屬氮化物時通入比例為2∶8、5∶5、3∶7的氬氣和氮氣的混合氣，分壓為20～100Pa，滲鍍金屬碳氮化合物時通入一定比例的Ar氣、碳氫氣體和氮氣的混合氣。
5.按照權(quán)利要求3所述的一種雙輝放電滲鍍金屬碳氮化合物工藝，其特征在于，欲滲鍍工件(3)的溫度為800～1000℃；金屬源極(4)電壓為800～1200V，欲滲鍍工件(3)的電壓為400～800V，工作氣壓為20～100Pa。
全文摘要
本發(fā)明雙輝放電滲鍍金屬碳氮化合物的裝置及工藝屬于金屬材料表面改性的范疇，是利用欲滲鍍的金屬及合金制成格柵狀源極，再利用輝光放電及空芯陰極放電效應(yīng)，從格柵狀源極內(nèi)產(chǎn)生高密度的金屬粒子流，同時與通入的反應(yīng)氣氮氣、碳氫氣體經(jīng)格柵狀源極離解的碳氮離子、原子，在工件負偏壓的吸引下高速到達工件表面，依靠金屬粒子的轟擊與擴散，使被滲鍍工件迅速升到高溫，金屬粒子與碳、氮離子化合，在工件表面形成均勻的金屬碳、氮化合物滲鍍層。
文檔編號C23C8/36GK1390974SQ02110189
公開日2003年1月15日 申請日期2002年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月20日
發(fā)明者徐重, 潘俊德, 高原, 田林海, 竇瑞芬, 陳飛 申請人:太原理工大學(xué)