實探等離子體電解溶滲技術的歸因

 

 
 
 
Duradzhy等人較早地研究了等離子體電解熱處理過程中的熱擴散效應，在研究中他們發現，在等離子體電解中溶液中的元素可通過擴散進入電極表面。20世紀80年代后，這種擴散效應被用來對整體材料進行多種元素的表面滲透處理，因此產生了一種新的表面處理方法——等離子體電解溶滲透(Plasma electrolytic saturation)，但作為液相等離子體電解溶滲技術而言，還是一種新興的表面處理技術，已開展的研究主要集中在等離子體電解滲氮、滲碳和碳氮共滲技術上，研究工作還很少。
一、等離子體電解溶滲的基本原理
等離子體滲氮、滲碳、碳氮共滲處理的機理同樣遵循擴散過程的菲克方程式。由于弧光放電，氣體被擊穿產生大量的處于等離子體態的活性原子，這些活性原子在電場的作用下轟擊試樣表面，離子注入到處理材料中，產生空位和位錯，將導致兩個方面的影響：一方面，使工件表面的活性原子的濃度提高；另一方面，強化沿晶內擴散，即位錯沿著與轟擊表面垂直的滑移面移動，其運動的方向與飽和元素(C，N)擴散流的方向重合，從而大幅度提高材料內C、N原子的擴散遷移速度。離子轟擊導致濃度梯度提高和擴散系數的增大，使得非金屬擴散系數可提高2~3倍，從而使C和N原子的擴散過程得以強化；在等離子電解滲透技術中等離子體是通過弧光放電產生的，具有比較大的電流密度(1 A/cm2左右)，所以離子的轟擊非常強烈，致使滲透的速度加快，最終實現材料表面快速固溶和化合物強化處理。液相常壓等離子電解碳氮共滲是區別于以往傳統的碳氮共滲方法的。傳統的氣體碳氮共滲技術應用比較廣泛，在上世紀60年代中期離子碳氮共滲技術開始發展起來，經歷了40多年的時間它已經成為離子熱處理技術中成熟、普及的工藝。但是傳統的碳氮共滲技術面臨的問題是：處理溫度高、共滲時間太長、工件容易變形、生產效率低、反應需要在低真空的條件下進行。液相等離子體電解碳氮共滲技術解決了這些難題，液相等離子體電解碳氮共滲技術屬于等離子體電解沉積的范疇。它在一個開放的環境下、特定的電解液中，在幾十秒到幾分鐘的時間內即可獲得高硬、耐磨、耐蝕的滲透層，試樣的前處理工作也非常簡單，因此是一個很有應用前途的表面處理技術。
二、等離子體電解溶滲的工藝特點
電解液體系的選擇對于液相等離子體電解滲碳/氮技術來說，電解液的選擇比較簡單，通常由三部分組成：(1)有機化合物(提供C、N源)(2)易溶鹽(3)水。常用的有機化合物有：甲酰胺、尿素、乙醇胺等，由于有機化合物的導電能力比較差，因此常加入一些易溶的鹽(如氯化鈉或氯化鉀等)和水來提高溶液的導電性，以便形成穩定的放電電弧。此時形成的溶液是一種雙重電解質溶液，既先配制好易溶鹽的水溶液，然后在將水溶液加入到有機溶液中，直接將易溶鹽加入到有機電解液中是不會溶解的。在此試驗中，水的含量對電參數有較大的影響，?？刂萍尤氲柠}和水的量占總含量的5%-10%之間，若含量少于5%的時候，會使臨界擊穿電壓升高，若多于10%會導致電壓－溫度曲線斜率迅速升高。試驗裝置圖1-4為等離子體電解溶滲裝置示意圖。該裝置由直流脈沖電源、共滲槽、電解液循環冷卻系統組成。由于在試驗中工件作為電極，加載電壓相當于對工件加熱，為了避免工件過熱而造成工件周圍的電解液沸騰，因此要對電解液進行循環冷卻，使電解液溫度保持在45℃以下。



 
 
工藝流程液相等離子體電解溶滲層的制備過程非常簡單，先將試樣用金相砂紙逐級打磨，一直打磨到粒度為1000＃的砂紙，具體工藝流程如下：試樣打磨→丙酮擦洗→等離子體滲透處理→水洗→酒精擦洗→自然干燥。http://www.zhensuchem.com