【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 子體的物理概念 ? 等離子體是一種電離度超過 ％的氣體，是由離子、電子和中性粒子（原子和分子）所組成的集合體。 ? 等離子體整體呈中性，但含有相當(dāng)數(shù)量的電子和離子，表現(xiàn)出相應(yīng)的電磁學(xué)等性能。如等離子體中有帶電粒子的熱運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散，也有電場(chǎng)作用下的遷移。 ? 等離子體是一種物質(zhì)的能量較高的聚集狀態(tài)，被稱為物質(zhì)第四態(tài)。 離子滲氮 ?離子滲氮法是由德國(guó)人 B. Berghaus于 1932年發(fā)明的。 ?原理： 在 ~10Torr的含氮?dú)夥罩校誀t體為陽極，被處理工件為陰極，在陰陽極間加上數(shù)百伏的直流電壓，由于 輝光放電 現(xiàn)象便會(huì)產(chǎn)生象霓虹燈一樣的柔光覆蓋在被處理工件的表面。此時(shí)，已離化了的氣體成分被電場(chǎng)加速，撞擊被處理工件表面而使其加熱。同時(shí)依靠濺射及離子化作用等進(jìn)行氮化處理。 離子滲氮裝置示意圖 ?輝光放電： 低氣壓下的氣體放電。放電管中的殘余正離子在極間電場(chǎng)的作用下被加速，得到足夠的能量撞擊陰極二產(chǎn)生二次電子，經(jīng)簇射產(chǎn)生更多的帶電粒子，使得氣體導(dǎo)電 . ?放電管兩極間的電壓較高，一般都在 10千伏以上 ?輝光放電的電流很小，溫度不高。 ? 用途： 離子氮化法與以往的靠分解氨氣或使用氰化物來進(jìn)行氮化的方法截然不同，作為一種全新的氮化方法，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用與汽車、機(jī)械、精密儀器、擠壓成型機(jī)、模具等許多領(lǐng)域，而且其應(yīng)用范圍仍在日益擴(kuò)大。 離子氮化法的優(yōu)點(diǎn)： 由于離子氮化法不是依靠化學(xué)反應(yīng)作用，而是利用離子化了的含氮?dú)怏w進(jìn)行氮化處理，所以工作環(huán)境十分清潔而無須防止公害的特別設(shè)備。 由于離子氮化法利用了離子化了的氣體濺射作用，因而與以往的氮化處理相比可顯著的縮短處理時(shí)間（離子氮化的時(shí)間僅為普通氣體滲氮時(shí)間的 1/3~1/5）。 由于離子氮化法利用輝光放電直接進(jìn)行加熱，也無需特別的加熱和保溫設(shè)備，且可以獲得均勻的溫度分布，與間接加熱方式相比加熱效率可提高 2倍以上，達(dá)到節(jié)能效果（能源消耗僅為氣體滲氮的 40%~70%）。 由于離子氮化實(shí)在真空中進(jìn)行，因而可獲得無氧化的加工表面也不損害被處理工件的表面光潔度。而且由于是在低溫下進(jìn)行處理，被處理工件的變形量極小，處理后無需再進(jìn)行加工，極適合于成品的處理。 通過調(diào)節(jié) N、 H、 X等氣體的比例，可自由地調(diào)節(jié)化合物層的組成，從而獲得預(yù)期的機(jī)械性能。 離子氮化從 380℃ 起即可進(jìn)行氮化處理，此外，對(duì)鈦等合金特殊材料也可在 850℃ 的高溫下進(jìn)行特殊的離子氮化處理，因而適應(yīng)范圍十分廣泛。 由于離子氮化是在低氣壓下以離子注入的方式進(jìn)行，因而耗氣量極少（僅為氣體滲氮的百分之幾），可以大大降低處理成本。 離子滲氮的缺點(diǎn)： 離子滲氮設(shè)備相對(duì)比較復(fù)雜，一次性的設(shè)備投資通常比氣體滲氮高。 先進(jìn)的工藝裝備對(duì)勞動(dòng)者的素質(zhì)要求較高。 準(zhǔn)確測(cè)定零件溫度較困難。 離子滲氮的溫度場(chǎng)是不均勻的溫度場(chǎng)，要使所裝各工件（尤其是混裝）溫度均勻一致較困難，需積累一定的經(jīng)驗(yàn)。 離子滲氮的理論 ? 濺射理論 是一種為許多人所接受（或默認(rèn)）的經(jīng)典理論，該理論于 1965年由 J. kolbel提出。該理論認(rèn)為，滲氮層是通過陰極濺射形成。在真空爐體內(nèi)，工件為陰極，爐體為陽極，加上直流高壓后，稀薄氣體電離，形成等離子體。 N+、 H+、 NH3+等正離子在陰極位降區(qū)被加速，轟擊工件（陰極）表面，其動(dòng)能消耗于： ①轉(zhuǎn)化為熱能加熱工件。 ②打出電子，產(chǎn)生二次電子發(fā)射。 ③陰極濺射。高能正離子轟擊陰極造成 C、 N、 O、 Fe等原子濺射，而 Fe不斷與陰極表面附近的活性氮原子化合成高氮化合物FeN（ Fe成為活性氮的載體），由于背散射又沉積到陰極表面，隨后在離子轟擊和熱激活作用下，氮化鐵分解（ FeN→Fe2N→Fe3N→Fe4N ）轉(zhuǎn)變?yōu)榈偷衔铮纸馕龀龅牡右徊糠謹(jǐn)U散進(jìn)鋼鐵內(nèi)，一部分返回等離子區(qū)。 ? 這一模型的主要試驗(yàn)根據(jù)是收集急冷的濺射沉積物，分析其中的氮含量約達(dá) %，于是推斷是理論含量 %的 FeN。 五、激光表面處理 高能束 ：由高密度光子、電子、離子組成的激光束、電子束、離子束通 過特定裝置被聚焦到很小甚至非常細(xì)微的尺寸，所形成的具有極高能量 密度的粒子束，簡(jiǎn)稱高能束。 高能束對(duì)材料表面進(jìn)行改性主要包括 兩個(gè)方面 ： ? 利用脈沖激光器來獲得極高的加熱和冷卻速度，可制成微晶、非晶以及其他一些奇特的亞穩(wěn)態(tài)合金，從而賦予材料表面特殊的性能； ? 利用離子注入技術(shù)，把異類原子直接引入材料表面層中進(jìn)行表面合金化。 激光的特點(diǎn) （ 1）高方向性 （ 2）高亮度性 （ 3）高單色性 激光表面處理技術(shù) （一）激光束加熱金屬的過程 激光束向金屬表面層的熱傳遞，是通過“ 逆韌致輻射效應(yīng) ”實(shí)現(xiàn)的。金屬表層和其所吸收的激光進(jìn)行光－熱轉(zhuǎn)換。當(dāng)光子和金屬的自由電子相碰撞，金屬導(dǎo)帶電子的能級(jí)提高，并將其吸收的能量轉(zhuǎn)化為晶格的熱振蕩。由于光子能穿過金屬的能力極低，故僅能使其極表面的一薄層溫度升高。這種熱交換和熱平衡的建立是非常迅速的。 ? 韌致輻射： 原指高速運(yùn)動(dòng)的電子驟然減速時(shí)發(fā)出的輻射 ,后來泛指帶電粒子與原子或原子核發(fā)生碰撞時(shí)突然減速發(fā)出的輻射 ? 逆韌致輻射： 電子在離子庫侖場(chǎng)的幫助下吸收一個(gè)光子而從光場(chǎng)中獲取能量 （二）激光處理前表面的預(yù)處理 大多數(shù)金屬表面對(duì) CO2激光的反射高達(dá) 90％以上，嚴(yán)重影響激光處理的效率。而且金屬表面狀態(tài)對(duì)反射率極為敏感，如粗糙度、涂層、雜質(zhì)等都會(huì)極大改變金屬表面對(duì)激光的反射率，而反射率變化 1％，吸收能量密度將會(huì)變化 10％。因此，在激光處理前，必須對(duì)工件表面進(jìn)行