钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置，包括空心罩体，空心罩体内设有两列阵列式针状阴极，空心罩体放于底板上，底板置于直流脉冲渗金属设备的阴极架上；空心罩体、底板及阴极架共同置于直流脉冲渗金属设备的腔体内，直流脉冲电源的负极与阴极架连接，直流脉冲电源的正极与腔体连接并接地；空心罩体的一侧开有圆孔，腔体的侧壁对应圆孔的部位设有透明窗，正对透明窗的部位设有红外测温仪；腔体的下壁设有进气口和出气口。可以在低于钛合金相变温度的条件下，对钛合金进行表面合金化的等电位针状阴极辉光放电，在提高钛合金表面物理、化学性能的同时，保证基体材料获得良好的综合力学性能。
【专利说明】钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种对钛合金表面改性的装置，尤其涉及一种钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置。
【背景技术】
[0002]钛合金以其密度小、比强度高、耐蚀性及生物相容性好等优点而成为重要的结构材料，广泛应用于航空航天、航海、化工、生物医疗等领域。然而钛合金硬度低、耐磨性差、在还原性酸溶液中易腐蚀等，且在一些重要的领域其服役环境越来越复杂，不仅有摩擦、磨损，还可能伴随着高温、腐蚀、冲刷等。这就要求不仅要考虑某一方面性能的提高，还应考虑钛合金整体综合性能的提高。目前，钛合金表面合金化是钛合金表面处理技术的新发展，但也存在工艺参数复杂，处理温度高，工件整体机械性能受影响且易变形等不足。
[0003]多数钛合金表面合金化的研究虽已有报道，但是处理温度都在800~1100°C范围内，处理温度超过了钛合金的相变温度，基体组织发生明显改变，对钛合金整体的力学性能影响较大，且工件 尺寸稳定性下降；且在现有的辉光放电渗金属技术中，源极的形状和尺寸对渗金属的效果影响较大。已有的源极有设计成平板状的，板状工件置于板状源极之间，这对于钨、钥和碳等溅射系数非常小的材料，很难在工件上形成较厚的渗层，这显然不能满足钛合金的实际应用。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生
>J-U ρ?α装直。
[0005]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]本实用新型的钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置，包括空心罩体，所述空心罩体内设有两列阵列式针状阴极，所述空心罩体放于底板上，所述底板置于直流脉冲渗金属设备的阴极架上；
[0007]所述空心罩体、底板及阴极架共同置于所述直流脉冲渗金属设备的腔体内，直流脉冲电源的负极与所述阴极架连接，所述直流脉冲电源的正极与所述腔体连接并接地；
[0008]所述空心罩体的一侧开有圆孔，所述腔体的侧壁对应所述圆孔的部位设有透明窗，正对所述透明窗的部位设有红外测温仪；
[0009]所述腔体的下壁设有进气口和出气口。
[0010]由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置，由于包括空心罩体，空心罩体内设有两列阵列式针状阴极，空心罩体放于底板上，底板置于直流脉冲渗金属设备的阴极架上；空心罩体、底板及阴极架共同置于直流脉冲渗金属设备的腔体内，直流脉冲电源的负极与阴极架连接，直流脉冲电源的正极与腔体连接并接地；空心罩体的一侧开有圆孔，腔体的侧壁对应圆孔的部位设有透明窗，正对透明窗的部位设有红外测温仪；腔体的下壁设有进气口和出气口。可以在低于钛合金相变温度的条件下，对钛合金进行表面合金化的等电位针状阴极辉光放电，在提高钛合金表面物理、化学性能的同时，保证基体材料获得良好的综合力学性倉泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型实施例提供的钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置的结构示意图。
[0012]图2为本实用新型实施例制备的W-Mo-C合金共渗层的电镜图。
[0013]图中:
[0014]1、直流脉冲电源，2、腔体，3、阵列式针状阴极，4、待渗工件，5、空心罩体，6、红外测温仪。
【具体实施方式】
[0015]下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
[0016]本实用新型的钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置，其较佳的【具体实施方式】是:
[0017]包括空心罩体，所述空心罩体内设有两列阵列式针状阴极，所述空心罩体放于底板上，所述底板置于直流脉冲渗金属设备的阴极架上；
[0018]所述空心罩体、底板及阴极架共同置于所述直流脉冲渗金属设备的腔体内，直流脉冲电源的负极与所述阴极架连接，所述直流脉冲电源的正极与所述腔体连接并接地；
[0019]所述空心罩体的一侧开有圆孔，所述腔体的侧壁对应所述圆孔的部位设有透明窗，正对所述透明窗的部位设有红外测温仪；
[0020]所述腔体的下壁设有进气口和出气口。
[0021]所述空心罩体内设有一横梁，所述阵列式针状阴极悬挂在所述横梁上。
[0022]所述空心罩体及其底板的材料为碳钢，所述腔体的材料为不锈钢，所述的阵列式针状阴极的材料为钨或钥或钨钥合金或石墨。
[0023]所述的针状阴极的直径为Φ5?ΦΙΟι?πι，相邻的针状阴极之间的距离为5?15mm。
[0024]所述进气和出气口分别连接供气系统和抽气系统；
[0025]所述两列阵列式针状阴极之间放置待渗工件，所述待渗工件与所述针状阴极之间的间距为5?15_。
[0026]本实用新型的钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置，在低于钛合金相变温度的条件下，对钛合金进行表面合金化的等电位针状阴极辉光放电，在提高钛合金表面物理、化学性能的同时，保证基体材料获得良好的综合力学性能。
[0027]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0028]如图2所示，采用阵列式钨、钥和石墨的针状源极，在低于钛合金相变温度即450?600°C的条件下,对钛合金进行低温表面合金化,形成了均勻、致密、具有一定厚度的W-Mo-C合金扩散层，渗层厚度从450°C的8.28μπι逐渐增加到600°C时的25.Ιμπι。渗层与基体结合状态良好，合金渗层临界载荷Lc达到67.9Ν，没有发生脱落现象。渗层的平均硬度和弹性模量分别为10.3GPa和590.0GPa,比基体材料分别提高了 3倍和4倍，抗拉强度提高到1103.5MPa，延伸率达到12.7%，有效地避免了高温相变导致的基材机械性能下降和工件变形。表面摩擦系数减小到0.35，年静态腐蚀为基体的1/7?1/5，冲蚀腐蚀是基体的1/37?1/19。由于温度低于相变温度，试样处理前后基体显微组织没有发生变化，保持网篮组织特征。在提高钛合金表面物理、化学性能的同时，保证基体材料获得良好的综合力学性能。用多个相同或不同材料或是合金制成的针状电极，与大曲率半径的工件构成等电位空心阴极，控制放电参数，就可以实现在曲率半径大的材料上渗透一种或多种元素，即一元或多元素共渗，且通过控制针状阴极的曲率半径，还可以控制渗透材料的元素比例。
[0029]具体实施例:
[0030]如图1所示，包括空心罩体5，空心罩体5内左右两侧设置有欲渗元素的阵列式针状阴极3，并将其悬挂于空心罩体5内，在左右两侧的阵列式针状阴极3之间放置待渗工件4，空心罩体5、阵列式针状阴极3和待渗工件4构成等电位辉光放电阴极，并将其置于直流脉冲渗金属设备的腔体2中，由红外测温仪6对待渗工件4进行测温。
[0031]所述的阵列式针状阴极3材料是钨，或是钥，或是钨钥合金，或是石墨。
[0032]所述的阵列式针状阴极3直径为Φ5?ΦΙΟπιπι，且阵列式针状阴极3之间的距离为5?15mm。
[0033]上述装置在钛合金表面等电位针状阴极辉光放电制备W-Mo-C共渗层的方法如下:将板状Ti6A14V钛合金工件4和阵列式钨、钥和石墨针状阴极3置于空心罩体5内，所述待渗工件4和针状阴极3的间距为5?15_，阵列式钨、钥和石墨针状阴极3中各阴极针之间的距离为5?15mm。放电前采用机械泵将腔体2中气压抽至IPa以下。进气口一端与质量流量控制器连接，通过质量流量控制器分别控制氩气流量和气体气压，气体流量为50?lOOsccm，放电气压为30?50Pa ;采用直流脉冲电源1，脉冲电流占空比30%?60%，电压控制在450?700V，电流1.0?2.0A,放电时间为3?5h，通过红外测温仪6对Ti6A14V钛合金待渗工件4进行测温，温度控制在450?600°C，在Ti6A14V钛合金待渗工件4表面形成厚度为8.0?25.0 μ m的均匀、致密的W-Mo-C合金共渗层。
[0034]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置，其特征在于，包括空心罩体，所述空心罩体内设有两列阵列式针状阴极，所述空心罩体放于底板上，所述底板置于直流脉冲渗金属设备的阴极架上； 所述空心罩体、底板及阴极架共同置于所述直流脉冲渗金属设备的腔体内，直流脉冲电源的负极与所述阴极架连接，所述直流脉冲电源的正极与所述腔体连接并接地； 所述空心罩体的一侧开有圆孔，所述腔体的侧壁对应所述圆孔的部位设有透明窗，正对所述透明窗的部位设有红外测温仪； 所述腔体的下壁设有进气口和出气口。
2.根据权利要求1所述的钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置，其特征在于，所述空心罩体内设有一横梁，所述阵列式针状阴极悬挂在所述横梁上。
3.根据权利要求2所述的钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置，其特征在于，所述空心罩体及其底板的材料为碳钢，所述腔体的材料为不锈钢，所述的阵列式针状阴极的材料为钨或钥或钨钥合金或石墨。
4.根据权利要求3所述的钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置，其特征在于，所述的针状阴极的直径为Φ5?Φ 10mm，相邻的针状阴极之间的距离为5?15mm。
5.根据权利要求1至4任一项所述的钛合金表面改性的等电位针状阴极辉光放电发生装置，其特征在于，所述进气和出气口分别连接供气系统和抽气系统； 所述两列阵列式针状阴极之间放置待渗工件，所述待渗工件与所述针状阴极之间的间距为5?15mm0
【文档编号】C23C10/00GK203613259SQ201320782566
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】陈飞, 赵云, 周海 申请人:北京石油化工学院