一種高能等離子注入氮化物梯度材料表面強化汽車模具的方法
2023-07-24 20:29:21 2
專利名稱：一種高能等離子注入氮化物梯度材料表面強化汽車模具的方法
技術領域：
本發明涉及一種高能等離子注入改善表面性能方法，尤其是注入氮化物梯度材料強化汽車模具的方法。
背景技術：
目前，傳統的汽車模具表面處理方式有滲碳、超音速噴塗、雷射熔覆、等離子噴塗等，這些技術通過改變汽車模具表面結構或者直接在其表面另外形成一層不同於基體的塗層，大大提高了汽車模具表層的硬度以及耐磨損性能。但是這些傳統的表面改性技術存在一些缺點，如形成的擴散層較薄、滲入元素單一或者形成的塗層與基體的結合能力較差，這些都對汽車模具的表面性能如硬度、抗耐磨損性能有著很大的影響，從而直接降低了汽車模具的使用壽命。
發明內容
為了克服上述技術表面強化汽車模具所存在的硬度低、磨損性能差以及塗層與基體結合力弱等缺點，本發明提供一種高能等離子注入氮化物梯度材料表面強化汽車模具的方法。為了實現上述目的本發明採用如下技術方案高能等離子注入氮化物梯度材料表面強化汽車模具的方法，包括以下步驟(1)將汽車模具放入高能等離子注入機內，先抽真空至<6. 7X10_3Pa，然後衝入 Ar氣完成離子清洗；(2)在低真空，N2氣氛下先對汽車模具進行氮化，形成一層具有厚度達100微米以上的氮化層；(3)在通常為Ar的工作氣條件下，待注入金屬由於輝光放電效應，離化形成大量的金屬離子浸沒汽車模具工件，對工件加以300-500V的脈衝電壓，使得金屬離子轟擊汽車模具表面氮化層並進入汽車模具內部形成一層氮化物擴散層。本發明的有益效果本發明可以明顯增加滲層的厚度以及耐磨金屬元素的注入量，增加了表面硬度， 同時還可以注入不同組合的梯度氮化物，提高了汽車模具表面注入層的結合力，改善了其磨損性能。
圖1是本發明所涉及到的注入機的結構簡圖。圖2是以TiN/(WTi)N為例製備的氮化層的結構示意圖。圖3是雙層輝光滲金屬爐的工藝流程圖。
具體實施例方式如圖1所 示，注入機的結構主要由工作腔體、弧源、工作檯(置放工件)、抽氣和進氣系統以及高壓脈衝電源組成。當工件(汽車模具)進入設備內，先抽真空至 < 6. 7 X IO-3Pa,然後衝入Ar氣完成離子清洗。在N2氣氛下先對汽車模具經行等離子氮化， 形成一層具有一定厚度(通常可達100個微米以上)的氮化層。隨後注入金屬離子，如圖 2所示以注入W和Ti元素為例，工作氣體(通常為Ar氣)條件下，先打開源極1 (Ti源)， 在工作氣體(通常為Ar氣)條件下由於輝光放電效應，離化形成大量的金屬Ti等離子浸沒工件(陽極)，這時對工件加以適量的脈衝電壓，使得Ti金屬離子轟擊汽車模具表面氮化層並進入工件內部形成一層TiN擴散層。此後關閉弧源1，打開弧源2 (W源)，同理注入金屬W元素，通過改變注入時間，脈衝偏壓等參數可在可在TiN擴散層上面形成一層含Ti的 (Ti, W)N擴散層，這樣就可在汽車磨具表面形成TiN/ (W，Ti)N注入層。還可以通過增加Nb 弧源形成TiN/(W，Ti)N/(Nb, W，Ti)N以及在耐磨金屬如Ti、W、Mo、Nb中選取不同的元素形成所需組合的氮化物梯度滲層。如圖3所示，源極和工件在爐外裝夾完成後，由專用液壓升降料車送入爐內，自動執行以下工藝流程。第1段抽真空至lPa，第2段真空保持，第3段氮氣復壓，第4段 輔助加熱至80(TC，第5段80(TC保溫，第6段抽真空至lPa，第7段真空保持，第8段 回充氬氣至30Pa，第9段輝光加熱，第10段保溫，第11段充氮氣約1. 5Bar,第12段 內循環冷卻，第13段排氣到大氣壓。
權利要求
1. 一種高能等離子注入氮化物梯度材料表面強化汽車模具的方法，其特徵在於包括以下步驟(1)將汽車模具放入高能等離子注入機內，先抽真空至彡6.7 X IO-3Pa,然後衝入Ar氣完成離子清洗；(2)在低真空，隊氣氛下先對汽車模具進行氮化，形成一層具有厚度達100微米以上的氮化層；(3)在通常為Ar的工作氣條件下，待注入金屬由於輝光放電效應，離化形成大量的金屬離子浸沒汽車模具工件，對工件加以300-500V的脈衝電壓，使得金屬離子轟擊汽車模具表面氮化層並進入汽車模具內部形成一層氮化物擴散層。
全文摘要
本發明公開了一種高能等離子注入氮化物梯度材料表面強化汽車模具的方法，將汽車模具放入高能等離子注入機內，真空及Ar氣條件下完成離子清洗，再在低真空，N2氣氛下對汽車模具進行氮化，形成一層氮化層；最後金屬離子轟擊汽車模具表面氮化層並進入汽車模具內部形成一層氮化物擴散層。本發明可以明顯增加滲層的厚度以及耐磨金屬元素的注入量，增加了表面硬度，同時還可以注入不同組合的梯度氮化物，提高了汽車模具表面注入層的結合力，改善了其磨損性能。
文檔編號C23C8/38GK102154615SQ201110072489
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月25日 優先權日2011年3月25日
發明者鳳國保, 張世宏 申請人:馬鞍山市威龍科工貿有限公司