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技术文章
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等离子弧金属表面硬化处理技术

等离子弧金属表面硬化处理技术

直流等离子弧是一种经过压缩了的高温、高能量密度电弧,利用等离子弧的高温射流束可以对金属表面进行硬化处理,如表面淬火、熔覆等。与激光金属表面硬化处理技术相比,等离子弧金属表面硬化处理技术具有硬化层厚、质量好、处理效率高、设备简单、运行成本低等优点,可用于橡胶机械、钢铁机械、重工业机械中一些承受较重载荷,需要耐磨、耐蚀零部件的表面硬化处理。

等离子弧表面淬火技术是利用高温、高能量密度的等离子弧对钢制零件表面进行淬火处理,处理速度快、无氧化。无变形。

等离子喷焊是一项比较成熟的金属表面硬化处理技术,蕞近我所研制成功了新型计算机控制的等离子喷焊设备,并配套了相应的处理工艺软件。

投资概算:一套等离子弧金属表面硬化设备及配套的工艺软件需15万元,设备消耗电能约25千瓦,尽需1人操作,需要厂房20平方米。

经济效益分析:目前在橡塑机械、钢铁机械、重工业机械中承受较重载荷的金属零部件表面硬化处理都是采用手工电弧堆焊的办法,堆焊质量差、零件变形大、堆焊效率低、劳动强度大。采用由计算机控制的等离子弧喷焊技术即可解决上述的问题,同时也可降低生产成本。

合作方式:本项技术可以采用为使用单位提供等离子弧金属表面硬化设备和配套工艺的合作方式。

 

192.离子化学热处理技术

   离子化学热处理技术包括离子氮化、离子碳氮共渗、离子软氮化+后氧化复合处理和等离子体化学气相沉积等多种处理工艺,广泛用于提高钢和铸铁等金属材料制造的机械零部件和工模具的表面硬度、耐磨性和耐蚀性,提高其使用寿命。

离子化学热处理具有处理速度快、质量好、节能、无污染等特点,一些离子化学热处理技术已在工业生产中获得广泛应用,取得了巨大的经济效益。

我所从事离子化学热处理技术的研究已有二十多年的历史,技术成熟,多项技术都达到了国际先进水平。尤其是近几年我所研制成功国内外蕞先进的保温式离子化学热处理装置,并配套了相应的离子化学热处理工艺软件,使这项技术更具有市场的竞争力。

A.保温式离子热处理炉

我所研制的保温式多功能离子热处理装置已通过省级技术鉴定,并获得国家专利。这种新型离子热处理炉的外壳用高效保温材料包覆,工件仍采用加热效率高、加热均匀的离子轰击加热方式。保温式离子热处理炉具有以下的优点:

比水冷式炉体节电50%,节水80%以上;

炉体简单合理,有效工作空间增加30%以上;

炉体采用不锈钢制造,使用寿命长;

炉内空间温度高、温度均匀性好,既解决了离子热处理炉测温难的问题,又可以实现大小工件混装;

可满足多项处理功能,如离子渗氮、渗硫、软氮化、氧化和等离子体化学气相沉积等。

B.等离子体化学气相沉积超硬膜技术(简称PCVD技术)

利用低压非平衡等离子体技术可以在金属表面沉积一层TiN、TiCN、TiAlN, TiSiN等硬质膜和超硬膜。PCVD技术具有沉积温度低、膜的均匀性好、设备简单等特点,特别适合刀具、模具等的表面强化处理。处理后的刀具寿命可提高数倍到十几倍;处理过的高速钢精密轴承的抗高温腐蚀性能有大幅度地提高,已用于国产L11飞机上。

“等离子体化学气相沉积(PCVD)硬膜技术工艺与装置的研究”曾列为国家自然科学基金重大项目、国家八五重点科技攻关项目、国家九五重点科技成果推广项目。获得过国家发明三等奖、第37届布鲁塞尔尤里卡国际发明博览会金奖和一些省部级奖励。

C.离子软氮化 + 后氧化复合处理 (简称Ion(NC+O)复合处理)

离子软氮化+离子氧化复合处理技术是国外蕞新离子化学热处理工艺,国外称其为PLASOX技术或IONIT-OX技术。它是在离子氮碳共渗硬化处理后,接着再进行离子氧化处理,在硬化层表面覆盖一层致密的Fe3O4膜,使零件表面既有高的硬度和耐磨性,又有优良的耐蚀性能。国外已将这项技术成功应用到汽车零部件的表面处理,并取得巨大经济效益。由于受我国现有离子氮化设备结构的限制,这项技术在我国仍处于空白。

我所利用自行研制的保温式离子热处理炉进行了Ion(NC+O)复合处理工艺的研究,并获得成功。经Ion(NC+O)复合处理后的钢制零件表面是由Fe3O4氧化膜、ε化合物层和γ′扩散层组成。尽管表面氧化膜仅有1~2微米厚,但其耐蚀性能却远好于镀硬铬和发黑处理,甚至可以和奥氏体不锈钢的耐蚀性能相媲美。Ion(NC+O)复合渗层的硬度高摩擦系数低,所以经Ion(NC+O)复合处理的钢制零件表面有着优良的耐磨和耐蚀性能。

D.活性屏离子渗氮技术(简称ASPN技术)

“活性屏离子渗氮(Active Screen Plasma Nitriding)”技术是近几年在欧洲出现的一种新型离子渗氮技术,它不仅解决了传统直流离子渗氮技术(DCPN)存在的一些难以克服的技术难题,如工件打弧、空心阴极效应和温度测量困难等,而且可以获得和DCPN一样好的渗氮效果。在欧洲,许多大的热处理厂都购置了ASPN设备,使用效果良好。目前这项新技术在我国尚属空白。

 在ASPN处理过程中,直流负高压电源接在铁制的笼子上,被处理工件罩在笼子中间,处于电悬浮状态或接负偏压。在离子的轰击作用下,笼子被加热,并溅射出纳米粒子沉积在工件表面。因此在ASPN技术中,笼子(活性屏)起到两个作用:一是将工件加热到渗氮温度;二是向工件表面提供渗氮源。

研究所正与英国伯明翰大学合作对ASPN技术进行研究。2004年,“保温式活性屏离子热处理设备与工艺研究”项目已被青岛市科技局列为国际合作项目。该项目完成后,将推出一套具有我国自主知识产权、国内外蕞先进的活性屏离子渗氮技术。

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