等离子体在渗氮工艺上的运用

一般等离子体渗氮工艺要求气压在3~10mbar,这就保证了等离子体与基底之间的接触很充分。对于形状复杂的基底,如表面有效小沟槽或螺纹等,在复杂形状附近的等离子体参数分布会有所差别,这将会导致其周围电场的变化,进而改变这个区域的离子浓度和离子轰击的能量。如果采用常规等离子体渗氮,则鞘层内的离子碰撞会更加频繁,就会导致离子的能量降低,因此也就难以激活氧化物较多的金属表面,如不锈钢等。这种复杂形状基底情况还会导致区域温度过热,渗氮特性也会与其他基底不同。而对用常规等离子体渗氮工艺所产生的这种异常辉光放电,放电参数互相关联耦合,因此不可能单独改变其中某一个放电参数来控制渗氮过程。

为了克服上诉的缺点,研究人员开发了低压等离子体,当气压低于10PA时,就不会产生异常辉光放电了。通过射频激发微波,或从热丝上释放出的高能电子冲击电离等方式都可以产生等离子体,这些低压等离子体充满整个处理空间,其中包含了大量的活性原子,如此会提高渗氮效率。在射频等离子体渗氮中,等离子体的产生和基底偏压是分开控制的,因此可以分别控制离子能量和基底表面的通量。由于工作气压比较低,消耗的气量也相应降低。

在原子团渗氮工艺中,低能量的直流辉光放电可以产生NH原子团,可以利用这些高活性的原子团来渗氮,整个工艺需要一个外加电源来加热工件,这与气体渗氮过程相仿。这种工业不仅可以精确地控制表面拓扑,而且还可以选择是否形成化合物层,也可以在表面结构特性不改变的前提下,控制化合物层的厚度和扩散层的深度。若金属表面有窄缝和孔,用这种工艺也可以很容易地实现渗氮。

传统等离子体渗氮工艺采用的是直流或脉冲异常辉光放电。这种工艺在低合金钢和工具钢的渗氮处理表现尚可,但对不锈钢,特别是有奥氏体结构的钢来说,就表现欠佳。高温渗氮工艺过程中会析出CrN,所以金属表面很硬而且耐磨,但缺点是易被腐蚀。低温和低压放电技术已成功地解决了这个问题,用这种工艺生产出的改性层包含一个称为扩展奥氏体的富氮层。

分享到:

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用 * 标注

您可以使用这些 HTML 标签和属性: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>