一种在瓦楞辊表面注渗氮化硅特种陶瓷的方法

摘要

本发明提供一种在瓦楞辊表面注渗氮化硅特种陶瓷的方法，其包含以下步骤：将瓦楞辊置于真空等离子热处理炉内，并与炉内阴极的阴极相连；密封开启真空系统，抽真空，之后充氢气与四氯化硅气体的混合气；启动真空等离子热处理炉的电源；提高工件电源电压，加大工件电流，使工件逐步升温，并保温；保温结束后，切断辉光电源，关闭阀门，工件冷却；排出四氯化硅与氢气混合气，将真空室抽真空后，充入氮气与氢气的混合气；再次启动电源；提高工件电源电压，加大工件电流，使工件逐步升温，并保温；本发明有效提高瓦楞辊的使用寿命，通过离子注渗的工艺，在瓦楞辊表面形成具有极高结合强度的氮化硅耐磨陶瓷层，将瓦楞辊寿命延长至1500万长米，废品率控制在2％以下。

主权项

一种在瓦楞辊表面注渗氮化硅特种陶瓷的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：将瓦楞辊工件置于真空等离子热处理炉内，并与炉内阴极相连；步骤2：将上述第1步真空等离子热处理炉密封，开启真空系统，抽真空，将真空室抽真空至133×10^‑2～5×133×10^‑1Pa；之后充氢气与四氯化硅气体的混合气达到工作气压，使其工作气压压力范围为10～80Pa，其中四氯化硅气体的体积分数含量范围为60%～80%；步骤3：启动真空等离子热处理炉的电源，真空炉内形成异常的辉光放电，产生活性硅离子，硅离子在辉光放电空间内各种等离子体的作用下，吸附在基体表面，夺取电子形成硅原子，并向基体内扩散，在溶解度之内，硅原子以溶质的形式存在于基体内；步骤4：提高瓦楞辊工件电源电压，加大瓦楞辊工件电流，使瓦楞辊工件逐步升温，并保温；其中，设备整流输出电流为100～150A，瓦楞辊工件表面的电流密度一般为0.5mA/cm²～5mA/cm²；瓦楞辊工件的保温温度为500℃～700℃，保温时间为2～4h；步骤5：保温结束后，切断辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，瓦楞辊工件冷却；步骤6：保持真空等离子热处理炉内的瓦楞辊工件位置不变，排出四氯化硅与氢气混合气，将真空室抽至真空至5～15Pa后，充入氮气与氢气的混合气，其中氮气含量体积分数为25%～35%，混合气气压保持在（1～10）×133Pa之间；步骤7：再次启动真空等离子热处理炉的电源，炉内形成辉光放电，产生活性氮离子，氮离子在高压电场的作用下，高速轰击瓦楞辊工件表面，夺取瓦楞辊工件表面的电子后逐渐成为氮原子，被瓦楞辊工件表面吸收，并向内扩散；在此条件下，氮原子与之前渗透的硅原子均具有很高的活性，故两者极易在瓦楞辊工件表面结合，发生化学反应，形成氮化硅陶瓷层；步骤8：提高瓦楞辊工件电源电压，加大瓦楞辊工件电流，使瓦楞辊工件逐步升温，并保温；其中，设备放电电压400～800V，电流密度为0.5～15mA/cm²；保温温度为500℃～600℃，渗氮时间为10min～48h；步骤9：保温结束后，切断辉光电源，关闭阀门停止供气和抽气，瓦楞辊工件冷却；步骤10：取出瓦楞辊工件，两端安装轴头后即可使用。