等離子體滲氮設備工藝技術原理普通等離子體氮化工藝要求氣體壓力為3~10mbar,以保證等離子體與基底的完全接觸。對與復雜形狀的基底,如表面小溝槽或螺紋等,等離子體滲氮設備參數(shù)在復雜形狀的附近分布會有一定的差異,引起周圍電場的變化,從而改變該區(qū)域的離子濃度和離子轟擊能量。若采用常規(guī)的等離子體滲氮,則在等離子體鞘層更容易發(fā)生離子碰撞,從而導致離子的能量降低,也更難激活更多氧化物金屬表面,如不銹鋼等。這復雜形狀的基底條件也會導致區(qū)域溫度過熱,并且氮化特征與其它基底條件不同。但由于采用常規(guī)的等離子體滲氮工藝產(chǎn)生的這種異常輝光放電,放電參數(shù)是相互關聯(lián)耦合的,因此不可能通過單獨改變某一放電參數(shù)來控制氮化過程。
為解決這一問題,研究者們研制出低壓等離子體,當氣壓低于10PA時,它不會產(chǎn)生異常的輝光放電。在射頻作用下,熱絲會產(chǎn)生一系列低氣壓的等離子體,這些等離子體充滿了整個處理空間,其中含有大量的活性原子,這樣就可以提高氮化效率。RF等離子設備氮化過程中,等離子體的產(chǎn)生與基底偏壓的控制是分開的,因此可以分別控制離子能量和基底表面通量。因工作氣壓較低,消耗的氣量也相應減少。
使用低能量直流輝光放電產(chǎn)生NH原子團進行氮化,利用這些高活性的原子團進行氮化,整個流程需要一臺外接電源加熱工件,其過程類似于氣體氮化。該工藝不僅能控制表面拓撲,還能選擇是否形成復合物層,并能在不改變表面結構特征的前提下,控制復合物層厚度和擴散層深度。如果金屬表面有窄小的縫隙和孔洞,采用該工藝也能輕松實現(xiàn)氮化。
常規(guī)的等離子體氮化工藝采用直流或脈沖異常輝光放電。該技術在低合金鋼和工具鋼中的氮化處理效果較好,但對于不銹鋼,尤其是奧氏體結構不銹鋼,效果較差。氮化工藝在高溫下會析出CrN,因此金屬表面非常堅硬且耐磨,但缺點是容易腐蝕。利用該工藝制備的改性層含有一種名為擴展奧氏體的富氮層,通過低溫和低壓放電技術成功地解決了這一問題。等離子體滲氮設備工藝技術原理00224551