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 沈陽機床配件空心陰極是指輝光放電條件下，陰沈陽機床配件極區(qū)、負輝區(qū)都包圍在陰極空腔的內(nèi)部，使得負輝區(qū)相互重疊圓筒或平行平板狀陰極結(jié)構(gòu)。在相同條件下，空心陰極輝光放電的電流密度比正常輝光放電時顯著增大，這種現(xiàn)象稱為空心陰極效應(yīng)。根據(jù)空心陰極效應(yīng)，作者直接把它引入到鐵基粉末的燒結(jié)過程中，使鐵基粉末制品構(gòu)成空心陰極結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生放電，使制品直接發(fā)熱而進行燒結(jié)。這種燒結(jié)方法不僅具有溫度控制方便、最高溫度高、加熱速度快、省電節(jié)能等優(yōu)點，而且可以獲得高品質(zhì)的燒結(jié)制品。     在空心陰極燒結(jié)的同時引入滲金屬工藝，它是將欲滲合金元素鎢作為源極，鐵基粉末沈陽機床配件制品作為陰極，在空心陰極放電的條件下，利用陰極濺射現(xiàn)象。將源極中的鎢以離子的形式濺射出來，它們吸附于制品的表面，在高溫下進入內(nèi)部，從而形成一層含鎢的滲層。這樣可以使鐵基粉末制品具有良好的表面性能，如耐熱性、耐蝕性、耐磨性等。  1  試驗條件與方法     試驗裝置為自制的雙輝離子滲金屬爐，在真空室內(nèi)加置空心陰極套筒，基本組成為真空室、抽真空系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、供電以及供氣系統(tǒng)。電源系統(tǒng)為可控硅直流電源，電壓輸出1000V，用ZDZ-3型低真空計測量放電氣壓。源極采用Φ=3.8mm的鎢絲多重空心陰極濺射源。工作氣壓10～40Pa，保溫時間1～5h，溫度控制在沈陽機床配件800～1400℃，工作氣體為工業(yè)純氬氣。     試驗樣品為鐵基粉末坯體，即工業(yè)純鐵粉中混合0.4％的石墨粉末，經(jīng)冷靜壓成型，壓坯密度為6.6g/cm?。粉末坯體經(jīng)成型為直徑D=12mm的圓柱體試樣，高度為h=8mm。選取上表面為滲層表面，源極置于試樣上方15～20mm處。     用金相顯微鏡觀沈陽機床配件察分析基體及滲層組織。 2  試驗結(jié)果及分析 2.1燒結(jié)工藝參數(shù)對粉末基體致密度的影響 2.1.1燒結(jié)功率對粉末基體致密度的影響     在氣壓P為30Pa，燒結(jié)時間為2小時，不同放電功率條件下進行空心陰極等離子燒結(jié)后，獲得的樣品致密度如圖1所示。從圖l中可以看出，燒結(jié)中試樣的致密度隨著輸出功率的增加而增加，但是這種增加的幅度在不同的功率階段下是不同的。在1.5kW之前燒結(jié)體致密化明顯，燒結(jié)體內(nèi)空位的擴散和流動充分地進行，形成大量的閉孔并繼續(xù)縮小，使得孔沈陽機床配件隙的尺寸和孔隙的總數(shù)均有減少，燒結(jié)體致密度增加迅速；在1.5kW后增加速率變緩慢，這是因為燒結(jié)體內(nèi)部孔隙的數(shù)量減少過程已基本完成，而大于一定臨界尺寸的孔隙長大并合并，同時使得最小的孔隙消失，該過程屬于燒結(jié)體內(nèi)空位的擴散過程，燒結(jié)體收縮速率減慢。     2.1.2燒結(jié)時間對粉末基體致密度的影響     燒結(jié)工藝參數(shù)取氣壓P=30Pa；V=550V；I=3A，在不同的保溫時間下對試樣進行燒結(jié)，得到如圖2所示的金相組織。         由圖中可以看出，燒結(jié)體內(nèi)部的孔隙是隨著燒結(jié)時問的增加而減少的。在燒結(jié)的初期沈陽機床配件，顆粒之間的粘結(jié)具有范得華力的作用，不需要原子做明顯的位移，只涉及顆粒接觸面上的部分原子排列的改變或位置的調(diào)整，過程所需的激活能是很低的。因此，即使在溫度較低、時間較短的條件下，粘結(jié)也能發(fā)生。隨著溫度的升高和燒結(jié)時間的增加，擴散、蒸發(fā)、凝聚、流動等物質(zhì)遷移形式也隨之顯現(xiàn)出來，在燒結(jié)過程中通過塑性流動和體積擴散引起的空位在晶界上的聚集而形成的空位團不斷形成塌陷而被新的原子團取代，形成相對致密的組織結(jié)構(gòu)。2.2燒結(jié)及滲金屬后的滲層組織與成分分布    工藝參數(shù)為燒結(jié)溫度1050℃、保溫時間1h、氣壓30Pa、陰極電壓600V的試樣，燒結(jié)及鎢滲層的金相照片如圖3所示，可以看出，鎢滲層的為柱狀合金α相組織，并且鎢滲層與基體之間有明顯的界面分開。    鎢滲層的EDS分析如圖4所示，由圖可知，滲層以及表層的基體中鎢元素的含量比較低，并且鎢元素的濃度由滲層表面到基體逐沈陽機床配件漸降低。 鐵基粉末冶金制品2.3燒結(jié)工藝參數(shù)對滲層厚度的影響2.3.1陰極電壓對滲層厚度的影響    在滲金屬過程中，陰極電壓的主要作用在于通過粒子流對陰極表面的轟擊，使試樣表面凈化，同時，粒子流的轟擊也可使陰極被轟擊加熱，有利于金屬元素的擴散，增大滲入速度。但是，沈陽機床配件實際過程中陰極電壓V的值并不是越高越好，電壓過高會使陰極位降區(qū)的寬度變小，造成輝光區(qū)的減小，負輝區(qū)逐漸分離，成為一般的輝光放電。改變陰極電壓V,其他工藝參數(shù)不變(氣壓30Pa；極間距10mm；電流強度3A；保溫時間2h)，所得的結(jié)果如圖5所示。    由圖可見，滲層厚度隨著陰極電壓的升高而升高，但當電壓升高至一定數(shù)值后，變化幅度趨于平緩。在550V以下，滲層厚度隨陰極電壓的上升而增大，在550V以上時，電壓對滲層厚度的影響減弱。這是由于陰極電壓除了促進正離子對陰極表面的轟擊，使試樣表面活化并使之加熱之外，還可以加強空心陰極鞘層區(qū)的表面場強，促進陰極二次電子的發(fā)射。陰極電壓越高，電流越大，源極的濺射程度也越強。然而，隨著陰極電壓和電流的升高，意味著試樣表面沈陽機床配件的濺射也3加激烈，結(jié)果使已經(jīng)沉積到試樣表面的合金元素有一部分被濺射出來，返回到源極表面。 鐵基粉末制品2.3.2氣壓對滲層厚度的影響    在滲金屬過程中，充入足夠的氬氣是必不可少的，因為源極表面的濺射要靠氬氣粒子的轟擊來完成。改變氣壓P，其他工藝參數(shù)不變，陰極電壓550V，極間距10mm；保溫時間2h。實驗結(jié)果如圖6所示。由圖可知，滲層厚度隨著氣壓的升高出現(xiàn)峰值。其原因在于氣壓對滲層深度影響的實質(zhì)仍然是濺射問題。在空心陰極放電的陰極濺射條件下，氣壓的高低雖然對離子的轟擊能量影響沈陽機床配件不大，但它將影響正離子的密度和粒子之間的碰撞頻率，從而對濺射量及吸收量都有顯著的影響。從增加濺射量和促進濺射粒子空間輸運的角度來看，低氣壓是有利的。但是氣壓低時，工件表面的濺射也較強，不利于形成高的表面濃度。而且由于等離子體密度低，工件表面的離子轟擊密度也小，對吸附與擴散的促進作用不能充分發(fā)揮。高氣壓時，工件表面濺射受到背散射效應(yīng)的有力抑制，表面狀態(tài)也因離子轟擊密度的加大得到改善，吸附金屬元素粒子的能力增強，擴散加快。但同時源極的濺射量也受到很大的削弱。由此可知，氣壓同時對源極的濺射能力及工件表面的吸收能力發(fā)生顯著的作用。孤立來看，兩者對氣壓的要求是不同的，低氣壓有助于提高源極的濺射能力；高氣壓有助于增加工件表面吸附金屬元素沈陽機床配件粒子的能力并能促進擴散。但由于源極和工件處于均一氣壓的同一放電容器之中，氣壓只能適中選擇，以平衡供給與吸收的不同需求，達到最佳的滲透效果。 鐵基粉末冶金結(jié)構(gòu)件2.3.3保溫時間對滲層厚度的影響    其他參數(shù)保持不變，氣壓30Pa，陰極電壓600V，極間距10mm，電流強度2A，不同保溫時間對滲層厚度的影響見表1。結(jié)果表明：隨著保溫時間的增長，滲層不斷加厚。這是由于隨著保溫時間的增加，高能粒子轟擊金屬表面造成了大量空位及其他晶體缺陷，降低了擴散激活能，再加上鎢離子源源不斷的供給，保持了試樣表面鎢的高濃度梯度，加速了鎢的擴散，有利于滲層厚度的增加。3  結(jié)論    (1)燒結(jié)中鐵基粉末制品的沈陽機床配件致密度隨著輸出功率的增加而增加。    (2)隨著燒結(jié)時間的增加，粉末制品基體組織越來越致密。    (3)滲層厚度隨著陰極電壓的升高而升高，但當電壓升高至一定數(shù)值后，變化幅度趨于平緩；滲層厚度隨著氣壓的升高而增加，到某一氣壓時出現(xiàn)峰值；隨著保溫時沈陽機床配件間的增長，滲透不斷加厚。