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技術文章

等離子弧金屬表面硬化處理技術

等離子弧金屬表面硬化處理技術

直流等離子弧是一種經過壓縮了的高溫、高能量密度電弧,利用等離子弧的高溫射流束可以對金屬表面進行硬化處理,如表面淬火、熔覆等。與激光金屬表面硬化處理技術相比,等離子弧金屬表面硬化處理技術具有硬化層厚、質量好、處理效率高、設備簡單、運行成本低等優點,可用于橡膠機械、鋼鐵機械、重工業機械中一些承受較重載荷,需要耐磨、耐蝕零部件的表面硬化處理。

等離子弧表面淬火技術是利用高溫、高能量密度的等離子弧對鋼制零件表面進行淬火處理,處理速度快、無氧化。無變形。

等離子噴焊是一項比較成熟的金屬表面硬化處理技術,近我所研制成功了新型計算機控制的等離子噴焊設備,并配套了相應的處理工藝軟件。

投資概算:一套等離子弧金屬表面硬化設備及配套的工藝軟件需15萬元,設備消耗電能約25千瓦,盡需1人操作,需要廠房20平方米。

經濟效益分析:目前在橡塑機械、鋼鐵機械、重工業機械中承受較重載荷的金屬零部件表面硬化處理都是采用手工電弧堆焊的辦法,堆焊質量差、零件變形大、堆焊效率低、勞動強度大。采用由計算機控制的等離子弧噴焊技術即可解決上述的問題,同時也可降低生產成本。

合作方式:本項技術可以采用為使用單位提供等離子弧金屬表面硬化設備和配套工藝的合作方式。

 

192.離子化學熱處理技術

   離子化學熱處理技術包括離子氮化、離子碳氮共滲、離子軟氮化+后氧化復合處理和等離子體化學氣相沉積等多種處理工藝,廣泛用于提高鋼和鑄鐵等金屬材料制造的機械零部件和工模具的表面硬度、耐磨性和耐蝕性,提高其使用壽命。

離子化學熱處理具有處理速度快、質量好、節能、無污染等特點,一些離子化學熱處理技術已在工業生產中獲得廣泛應用,取得了巨大的經濟效益。

我所從事離子化學熱處理技術的研究已有二十多年的歷史,技術成熟,多項技術都達到了國際先進水平。尤其是近幾年我所研制成功國內外先進的保溫式離子化學熱處理裝置,并配套了相應的離子化學熱處理工藝軟件,使這項技術更具有市場的競爭力。

A.保溫式離子熱處理爐

我所研制的保溫式多功能離子熱處理裝置已通過省級技術鑒定,并獲得國家磚利。這種新型離子熱處理爐的外殼用高效保溫材料包覆,工件仍采用加熱效率高、加熱均勻的離子轟擊加熱方式。保溫式離子熱處理爐具有以下的優點:

比水冷式爐體節電50%,節水80%以上;

爐體簡單合理,有效工作空間增加30%以上;

爐體采用不銹鋼制造,使用壽命長;

爐內空間溫度高、溫度均勻性好,既解決了離子熱處理爐測溫難的問題,又可以實現大小工件混裝;

可滿足多項處理功能,如離子滲氮、滲硫、軟氮化、氧化和等離子體化學氣相沉積等。

B.等離子體化學氣相沉積超硬膜技術(簡稱PCVD技術)

利用低壓非平衡等離子體技術可以在金屬表面沉積一層TiN、TiCN、TiAlN, TiSiN等硬質膜和超硬膜。PCVD技術具有沉積溫度低、膜的均勻性好、設備簡單等特點,特別適合刀具、模具等的表面強化處理。處理后的刀具壽命可提高數倍到十幾倍;處理過的高速鋼精密軸承的抗高溫腐蝕性能有大幅度地提高,已用于國產L11飛機上。

“等離子體化學氣相沉積(PCVD)硬膜技術工藝與裝置的研究”曾列為國家自然科學基金重大項目、國家八五重點科技攻關項目、國家九五重點科技成果推廣項目。獲得過國家發明三等獎、第37屆布魯塞爾尤里卡國際發明博覽會金獎和一些省部級獎勵。

C.離子軟氮化 + 后氧化復合處理 (簡稱Ion(NC+O)復合處理)

離子軟氮化+離子氧化復合處理技術是國外新離子化學熱處理工藝,國外稱其為PLASOX技術或IONIT-OX技術。它是在離子氮碳共滲硬化處理后,接著再進行離子氧化處理,在硬化層表面覆蓋一層致密的Fe3O4膜,使零件表面既有高的硬度和耐磨性,又有優良的耐蝕性能。國外已將這項技術成功應用到汽車零部件的表面處理,并取得巨大經濟效益。由于受我國現有離子氮化設備結構的限制,這項技術在我國仍處于空白。

我所利用自行研制的保溫式離子熱處理爐進行了Ion(NC+O)復合處理工藝的研究,并獲得成功。經Ion(NC+O)復合處理后的鋼制零件表面是由Fe3O4氧化膜、ε化合物層和γ′擴散層組成。盡管表面氧化膜僅有1~2微米厚,但其耐蝕性能卻遠好于鍍硬鉻和發黑處理,甚至可以和奧氏體不銹鋼的耐蝕性能相媲美。Ion(NC+O)復合滲層的硬度高摩擦系數低,所以經Ion(NC+O)復合處理的鋼制零件表面有著優良的耐磨和耐蝕性能。

D.活性屏離子滲氮技術(簡稱ASPN技術)

“活性屏離子滲氮(Active Screen Plasma Nitriding)”技術是近幾年在歐洲出現的一種新型離子滲氮技術,它不僅解決了傳統直流離子滲氮技術(DCPN)存在的一些難以克服的技術難題,如工件打弧、空心陰極效應和溫度測量困難等,而且可以獲得和DCPN一樣好的滲氮效果。在歐洲,許多大的熱處理廠都購置了ASPN設備,使用效果良好。目前這項新技術在我國尚屬空白。

 在ASPN處理過程中,直流負高壓電源接在鐵制的籠子上,被處理工件罩在籠子中間,處于電懸浮狀態或接負偏壓。在離子的轟擊作用下,籠子被加熱,并濺射出納米粒子沉積在工件表面。因此在ASPN技術中,籠子(活性屏)起到兩個作用:一是將工件加熱到滲氮溫度;二是向工件表面提供滲氮源。

研究所正與英國伯明翰大學合作對ASPN技術進行研究。2004年,“保溫式活性屏離子熱處理設備與工藝研究”項目已被青島市科技局列為國際合作項目。該項目完成后,將推出一套具有我國自主知識產權、國內外先進的活性屏離子滲氮技術。

粵公網安備 32058302001714號

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