[发明专利]强光离子渗金属装置及其方法

说明书

本发明涉及一种利用二次着火现象所设计的强光离子渗金属装置及其方法，能把各种金属渗入到普通钢或其它金属中去，改变金属表面的物理、化学性能。

现有的渗金属技术有固体法、气体法、液体法、双层辉光法等。

固体、气体、液体渗金属技术，渗入的合金元素消耗大，工作环境恶劣，有毒液、废气污染环境。

1981年太原工学院学报上发表了“双层辉光放电现象及其放电特性的研究”的论文。双层辉光渗金属技术，渗入料需要做成丝状，用外接电源加热至白炽状，使其蒸发做成料源，丝状加工困难，成本高。丝状一经烧断，即成废料，利用率低，渗料消耗大。由于渗料需外加电源，结构复杂，渗速慢，实现多种元素金属共渗困难。

本发明的任务是要提供一种渗层深度明显加深、而且适用于任何渗入金属的离子渗金属的方法和装置。该方法和装置的特点是：合金元素消耗少，结构简单，渗速快，不污染环境，而且适用于任何渗入金属，并能进行多元金属共渗。

附图1是强光离子渗金属装置的示意图。

1-钟罩2-阳极3-偏压环4-桶形靶5-阴极座6-工件7-渗入金属碎片8-直流电压源9-直流电压源

本发明的任务是以如下方式完成的：

如图1的强光离子渗金属装置中，钟罩1内有阳极2、偏压环3和阴极座5，在阴极座5上有与它同电位的桶形靶4，桶形靶4用渗入金属做成。在桶形靶4内放入工件6和渗入金属的碎片7，这三者都处于同一电位。

将真空室抽到一定的真空度，然后通入氩气，桶形靶4在稀疏的气体中放电，在开始一段产生着火，发生辉光，这和汤生放电相同。在适当气体压力和电场强度下，桶形靶4内电离产生“雪崩”，出现第二次着火，放电由辉光骤变为强光，这是在发明过程中所发现的一种新的物理现象。在桶形靶4内的强光离子区中，离子具有更高的能量，工件在这个区域内可加热到1700℃。

桶形靶4作为渗入金属的料源。在桶形靶4内放入渗入金属的碎片7，增加了料源，提高渗入效率。

本发明采用了偏压环3，在相同的电压下，放电现象可以在较低气压下产生第二次着火，可以增加离子的渗入速度。

桶形靶4可以是园形、方形、长方形或其他合适形状。

本发明和现有技术相比，具有以下的优点和效果：

1.双层辉光离子渗金属，渗入金属必须是高电阻率的材料，并要做成丝状，因此渗入金属有所限制。用强光离子渗金属不受此限制。

2.本发明对渗入金属不需要附加的加热装置。

下面结合附图说明本发明的实施情况：

钟罩1直径为450毫米，桶形靶4直径为40-150毫米，其高度为40-130毫米。阳极2、偏压环3与桶形靶4尺寸相匹配。桶形靶4与阳极2之距离为50-100毫米，桶形靶4与偏压环3之距离为前者的三分之一。

阳极2与阴极座5之间的电压为600-1000伏。偏压环电压为100-450伏。

真空室抽到1×10^-5托后，充入氩气，氩气压力控制在4×10^-1-8×10^-2托，渗金属时工件温度控制在900℃-1050℃。

强光离子渗金属可使任何难熔的金属经溅射气化电离，工件可加热到1700℃。使得任何金属渗入到另一种金属中去成为可能，在离子渗钼、离子渗钨、离子渗镍、离子渗铬、离子渗铜、离子渗硅方面取得了突出的效果，提供了对金属材料表面改性的广阔途径。

桶形靶4所创造的高能量离子区可作为科学研究用新颖的高温能源。