專利名稱：一種金屬表面硫化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬化學熱處理方法，尤其涉及到金屬表面硫化處理方法。
硫化處理技術(shù)，俗稱滲硫，是金屬表面處理工藝之一，經(jīng)過滲硫的金屬表面形成一層硫化物，具有降低工件表面摩擦系數(shù)、避免金屬表面直接接觸、抗擦傷、抗咬合，因而有優(yōu)良的減摩抗磨性能，所以尋求硫化處理的理想方法并使其實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)是人們多年來一直探索和研究的。
滲硫方法很多，有固體滲硫法，液體滲硫法，電解滲硫法和氣體滲硫法。前兩種方法由于勞動強度大，能耗高，周期長，尤其是在滲硫過程中，溫度高，使金屬工件變形大，目前，已不再使用，而后兩種方法有毒，易爆，腐蝕性強，且工藝不穩(wěn)定，也限制了其實際應用。中國專利說明書CN85106828A公開了一種金屬零件表面形成硫化物層的方法，該方法將金屬工件和固體硫放在真空爐反應室中進行加熱并使固體硫氣化，氣化硫在反應室陰極和陽極之間所加的直流高壓電場作用下電離，并進行輝光放電，在輝光放電下，正離子轟擊金屬工件，使其表面形成硫化物層，由于該方法是在1-10-2托低壓真空度下利用固體純硫在200℃以下較低溫度直接加熱形成氣化硫，解決了滲硫過程中有毒易爆及工件變形大的問題，但是存在著如下的問題由于真空爐內(nèi)的固體硫先期進行加熱氣化，再加電場輝光放電加熱工件，在這過程中，揮發(fā)出來的硫氣體不斷在反應室內(nèi)生成，使得反應室內(nèi)的硫氣體濃度不能控制，并且影響到反應室內(nèi)真空度的穩(wěn)定，造成如硫氣體揮發(fā)過量，則輝光不能形成或形成弧光、損傷工件，如果硫氣體揮發(fā)量過小則達不到滲硫效果，同時輝光放電加熱工件時間較長，在處理過程的前期，金屬工件溫度低于固體硫氣化溫度，而氣化的硫會轉(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)硫凝結(jié)于工件表面使?jié)B硫不能正常進行。
本發(fā)明的目的是在上述固體硫直接加熱硫化處理金屬工件的方法基礎(chǔ)上提出一種使真空爐內(nèi)金屬工件溫度先期到達固體硫氣化溫度，從而使電場輝光能正常形成，氣化硫濃度可控真空爐內(nèi)滲硫能正常進行的金屬表面硫化處理方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明是通過下述方法實現(xiàn)的(1)在真空爐反應室內(nèi)不安裝加熱裝置，而是把固體硫發(fā)生裝置放置在陰極板邊緣，將金屬工件放置在陰極板中央，使固體硫發(fā)生裝置距陽極的距離大于金屬工件距陽極的距離，當真空爐內(nèi)的壓力到達工作真空度后，首先啟動直流高壓電源在陰極板和陽極板之間施加高壓電場，形成輝光放電，此時金屬工件處于強輝光區(qū)固體硫發(fā)生裝置處于弱輝光區(qū)，輝光放電使氣體中正離子轟擊金屬工件使之先期到達硫氣化溫度以上，而后是硫氣體揮發(fā)，在輝光放電下使金屬工件表面形成硫化物層。工件溫度由熱電偶監(jiān)測，而固體硫氣化速度通過調(diào)節(jié)高壓直流電壓控制。
(2)在真空爐內(nèi)設(shè)置多個固體硫發(fā)生裝置，每個固體硫發(fā)生裝置都帶有加熱器，金屬工件置于陰極板上而固體硫發(fā)生裝置安裝位置則沒有限制，當啟動直流高壓電源，在陽極板和陰極板之間施加高壓電場后，在工作真空度下形成輝光放電，使金屬工件溫度升高，達到固體硫氣化溫度后，根據(jù)工件滲硫過程的需要，分別啟動固體硫發(fā)生裝置的電加熱器，使固體硫分別氣化，在輝光放電下，金屬工件表面得到硫化物層，工件溫度由熱電偶控制，而固體硫氣化濃度由開啟固體硫發(fā)生裝置控制。
(3)在真空爐內(nèi)設(shè)置一個與反應室隔離的硫揮發(fā)室，有管路與反應室連通，在硫揮發(fā)室內(nèi)安裝一個帶電加熱器的固體硫發(fā)生裝置，同時反應室內(nèi)設(shè)置電加熱器，當真空爐內(nèi)壓力達到工作真空度后，先啟動直流高壓電源，形成輝光放電，加熱金屬工件，并通過反應室加熱器對整個反應室加熱，當金屬工件和反應室都加熱至硫化溫度后再開啟固體硫發(fā)生裝置的電加熱器，使硫揮發(fā)室的固體硫氣化揮發(fā)并通過管路進入反應室，在反應室內(nèi)形成氣體動態(tài)平衡，從而使放置在陰極板上的金屬工件在輝光放電下其表面形成硫化物層，固體硫氣化濃度由硫發(fā)生裝置的電加熱器控制，工件溫度及反應室溫度通過熱電偶控制。
輝光放電使工件溫度升高的范圍是達到固體硫氣化溫度，而低于金屬工件的回火溫度。
由于本發(fā)明是在真空爐內(nèi)氣壓到達工作真空度后，先開啟高壓直流電源形成輝光放電加熱工件，并采用了強弱輝光區(qū)方案及加裝固體硫加熱器和反應室加熱器的方案，保證了金屬工件溫度先期到達硫化溫度，而固體硫氣化滯后，從而使電場輝光能正常形成，氣化硫濃度可控，被處理金屬工件表面滲硫?qū)泳鶆颍划a(chǎn)生凝結(jié)及電弧破壞，達到了整個滲硫過程能正常進行并且可控的目的。
下面結(jié)合附圖及實施例詳述本發(fā)明

圖1為本發(fā)明第一個實施例的示意2為本發(fā)明第二個實施例的示意3為本發(fā)明第三個實施例的示意圖從圖1中可看出，本發(fā)明第一個實施例中，真空爐內(nèi)不安裝加熱裝置，在爐殼1上安裝筒狀陽極板2，在爐體1上安裝陰極板4，固體硫發(fā)生裝置5放置在陰極板4的邊緣，金屬工件3放置在陰極板4的中央，固體硫發(fā)生裝置5距陽極板較遠，金屬工件3距陽極板4較近，真空泵8使爐內(nèi)壓力達到0.1至100pa時，從保護氣瓶9中通入保護氣體，首先啟動連接陰極板4和陽極板2的300至1000V高壓直流電源7，在真空爐內(nèi)產(chǎn)生高壓電場，從而形成輝光放電，此時金屬工件3處于強輝光區(qū)，而固體硫發(fā)生裝置處于弱輝光區(qū)，輝光放電使氣體中正離子轟擊金屬工件3，使金屬工件升溫，并先期達到硫化溫度160℃，并低于金屬工件的回火溫度，固體硫也受正離子轟擊升溫，但滯后于金屬工件3達到硫化溫度，固體硫達到氣化溫度后，硫氣體揮發(fā)在輝光放電下，金屬工件表面形成硫化物層，金屬工件的溫度由熱電偶6監(jiān)測，而固體硫氣化速度通過調(diào)節(jié)高壓直流電源7控制。
圖2顯示出第二個實施例示意圖，在真空爐內(nèi)設(shè)置兩個或兩個以上帶有電加熱器的固體硫發(fā)生裝置2，金屬工件3放置在陰極板4上而固體硫發(fā)生裝置安裝位置則沒有限制，真空泵9使爐內(nèi)壓力達到0.1至100pa后，通過保護氣瓶10通入保護氣體，啟動直流高壓電源8，在陽極板5和陰極板4之間施加高壓電場，產(chǎn)生輝光放電，金屬工件3溫度升高，達到固體硫氣化溫度后根據(jù)金屬工件滲硫過程的需要，分別啟動連接固體硫發(fā)生裝置2的電源8，使固體硫發(fā)生裝置2內(nèi)的固體硫分別氣化，在輝光放電下，金屬工件表面得到硫化物層、工件溫度由熱電偶6監(jiān)測，而固體硫氣化濃度由固體硫發(fā)生裝置的多少控制。
從圖3中可看出，本發(fā)明第三個實施例是在真空爐內(nèi)設(shè)置一個由隔板6與反應室隔開的硫揮發(fā)室，管路7與反應室連通，在硫揮發(fā)室內(nèi)安裝一個帶電加熱器的固體硫發(fā)生裝置8，同時在反應室內(nèi)爐體1和陽極板3之間，設(shè)置電加熱器2，當真空泵12使真空爐內(nèi)壓力達到0.1～100pa后，通過氣瓶13通入保護氣體后，先啟動直流高壓電源11在爐內(nèi)產(chǎn)生輝光放電，加熱放置在陰極板5上的工件4，并通過加熱器2對整個反應室加熱，當金屬工件4和反應室都加熱至硫化溫度后，再開啟連接固體硫發(fā)生裝置8的電源10，使硫揮發(fā)室的固體硫氣化揮發(fā)，并通過管路7進入反應室，在反應室內(nèi)形成氣體動態(tài)平衡，從而使放置在陰極板5上的金屬工件4在輝光放電下其表面形成硫化物層，固體硫氣化濃度由硫發(fā)生裝置8的電加熱器通過電源10控制，工件4溫度由熱電偶9監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.一種金屬表面硫化處理方法，在真空爐內(nèi)設(shè)置陽極板和陰極板，并連接300V至1000V高壓直流電源，金屬工件放置在反應室內(nèi)的陰極板上，真空泵使爐內(nèi)壓力達到0.1至100pa的工作真空度，利用輝光放電使金屬工件升溫，并利用固體硫作滲劑，其特征在于金屬工件先于固體硫揮發(fā)達到硫化溫度，(1)在真空爐的反應室內(nèi)不安裝加熱裝置，把固體硫發(fā)生裝置放置在陰極板的邊緣，將金屬工件放置在陰極板的中央，使固體硫發(fā)生裝置距離爐內(nèi)陽極板的距離大于金屬工件距陽極的距離，當爐內(nèi)壓力到達工作真空度后，首先啟動直流高壓電源在陽極板和陰極板之間施加高壓電場，形成輝光放電，此時金屬工件處于強輝光區(qū)，固體硫發(fā)生裝置處于弱輝光區(qū)，輝光放電使氣體中正離子轟擊金屬工件，使之先期到達硫氣化溫度，而后是硫氣體揮發(fā)，在輝光放電下，使金屬工件表面形成硫化物層，(2)在真空爐內(nèi)設(shè)置多個固體硫發(fā)生裝置，每個固體硫裝置都帶有電加熱器，金屬工件置于陰極板上，而固體硫發(fā)生裝置安裝位置則沒有限制，當啟動直流高壓電源在陽極板和陰極板之間施加高壓電場后，在工作真空度下形成輝光放電，使金屬工件溫度升高，達到硫化溫度后，根據(jù)工件滲硫過程的需要，分別啟動固體硫發(fā)生裝置的電加熱器，使固體硫分別氣化，在輝光放電下，金屬工件表面得到硫化物層，(3)在真空爐內(nèi)設(shè)置一個與反應室隔開的硫揮發(fā)室，有管路與反應室連通，在硫揮發(fā)室內(nèi)安裝一個帶電加熱器的固體硫發(fā)生裝置，同時反應室內(nèi)設(shè)置電加熱器，當真空爐內(nèi)壓力到達工作真空度后，先啟動直流高壓電源形成輝光放電加熱金屬工件，并通過陽極板加熱器對整個反應室加熱，當金屬工件和反應室都加熱至硫化溫度后，再開啟固體硫發(fā)生裝置的電加熱器，使硫揮發(fā)室的固體硫氣化揮發(fā)通過管路進入反應室，在反應室內(nèi)形成氣體動態(tài)平衡，從而使放置在陰極板上的金屬工件在輝光放電下其表面形成硫化物層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬表面硫化處理方法，其特征在于所述固體硫發(fā)生裝置加熱器及反應室加熱器為交流電加熱器或直流電加熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬表面硫化處理方法，其特征在于所述輝光放電使工件溫度升高的范圍是達到固體硫氣化溫度低于金屬工件的回火溫度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬表面硫化處理方法，采用在爐體內(nèi)設(shè)置強弱輝光區(qū)及設(shè)置多個帶有電加熱器的固體硫發(fā)生裝置和設(shè)置爐體電加熱器方案，使得真空爐內(nèi)的金屬工件先于固體硫揮發(fā)到達硫化溫度，而固體硫氣化滯后從而使電場輝光能正常形成，氣化硫濃度可控，被處理金屬工件表面滲硫?qū)泳鶆?，不產(chǎn)生凝結(jié)及電弧破壞，保證金屬工件滲硫過程能正常進行并且可控。
文檔編號C23C8/36GK1158909SQ9611421
公開日1997年9月10日 申請日期1996年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月20日
發(fā)明者官明喜, 嚴京偉, 方曉東 申請人:北京市朝陽達威新技術(shù)實驗廠