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近25年来感应加热工业的发展(2)
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:444

  典型的热处理实例有很多,如、曲轴和气缸体等,一般对特定的零件要配有一定的工装夹具,才能大批量地应用。对少批量生产,个别协作零件应用于生产会存在一定问题。另外,和加工机的投资成本比较大,一定程度上也限制了该技术的推广。


  国外的激光器生产质量高,工作稳定,但一般用于激光切割、激光打孔更为适合。nextpage

  2.3.5 表面改性与复合处理方面:广义上讲表面改性是改变钢铁材料表面性能的处理,分改变表面组织和改变表面化学成分的工艺方法,所以、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属等属后者,感应加热、火焰加热、激光相变硬化、接触电阻加热等属于前者。不过现在一般讲的表面改性则偏重于表面涂层技术,应用气相沉积技术的方法制取。

  气相沉积是通过气相材料或使材料气化后沉积于处理工件表面形成薄膜,并使其获得特殊表面性能的一种技术。薄膜按用途分光学薄膜、微电子学薄膜、光电子学薄膜、集成光学薄膜和防护功能薄膜六大类。与机械零件密切相关的主要是高强度高硬度薄膜,简称硬质膜。气相沉积按气相物质产生方式可分为物理气相沉积和化学气相沉积两类,表示成pvdcvd

  物理气相沉积是在真空条件下应用物理方法将镀覆的固体材料转化为原子、分子或离子状态的气相物质再沉积于工件表面。沉积的气相物质按生成方式又可分为下述三种:真空蒸镀,以热蒸发获得原子或分子沉积于工件上形成薄膜;溅射成膜:以溅射获得原子或分子沉积于工件上形成薄膜;离子镀膜:镀材以离子和高能量的原子或分子的形式沉积成膜。

  化学气相沉积是将含有组成薄膜的一种或几种化合物气体导入反应室,使在基体上通过化学反应生成所需薄膜的物质沉积在工件上面的方法,分采用加热促进化学反应的普通常压cvd,低压cvd和采用等离子体促进化学反应的等离子体辅助cvd以及采用激光促进化学反应的激光cvd等。

  蒸发镀膜基本过程为:对密闭的钟罩抽真空,达一定真空度后,通过蒸发源加热将蒸发料升至一定温度,使蒸发料气化后沉积于工件表面形成薄膜,这方法简称蒸镀。当蒸发室中设置多个独立控制的蒸发源分别对组成合金的单质材料进行蒸发,通过控制各蒸发源的温度和蒸发速率来得到需要成分比的合金薄膜。当采用反应蒸镀法,在蒸发单质金属等单质材料同时,充入n2等气体,使两者反应形成化合物并沉积成化合物膜,al2o3,cr2o3sio2tictinzrn等。

  带有几十电子伏特动能以上的荷电粒子(一般为ar离子)轰击固体材料时,材料表面的原子或分子获得足够的能量逸出到达气相中的现象称为溅射,将溅射的原子或分子收集起来沉积成膜的方法称为溅射镀膜。一个入射离子溅射出的原子或分子个数称为溅射产额,单位为原子个数/离子。对大多数金属,离子所具有的阈值能量在2040ev范围。溅射原子的动能一般为110ev,高于热蒸发原子(约101ev动能)。轰击离子通常采用辉光放电获得。提高溅射薄膜质量和沉积速率的方法是采用磁控溅射法。它可简单地理解为在靶的后背装上一组,从而在靶的表面形成磁场,部分磁力线平行于靶面,使靶面发射的电子在受电场力直接飞离靶面过程中又受磁场的洛仑兹力作用返回靶面,不断与气体分子发生磁撞,将能量传递给气体分子并使之发生电离。这种结构使薄膜的沉积速率提高,也能减少膜层气体含量和降低基体材料温升。采用合金靶或复合靶会达到沉积特定成分合金溅射的目的。采用单质靶溅射和在放电气体中通入一定的活性气体可方便地获得化合物膜的沉积,也称为反应溅射法。如采用ti靶进行溅射时,在工作气体中加入一定量反应气n2ch4o2就可分别得到tintictio2化合物薄膜,而且控制反应气分压可以控制化合物的成分、晶体结构和生长方式。

  离子镀膜简称离子镀,是在真空条件下利用气体放电使气化的物质部分离子化,当它们轰击基材表面的同时沉积并形成薄膜的一种工艺方法。离子镀兼具蒸镀的沉积速率高和溅射镀膜的沉积粒子能量高(实际上是比溅射粒子能量高得多)的优点,从而具有膜/基结合力强、绕涂性好和可镀材料广的特点。moley等人研究成功空心阴极离子镀,1976年在日本投入实用化,并于1979年将定型设备投放市场和获得发展。我国的研究落后几年,约90年代我国仿制热丝电孤离子镀设备成功,用于高速钢刀具上镀tin硬度膜。

  近年来,国外pvd设备大量进入国内,占领了市场,相应的一些设备生产厂也在国内建厂承接涂膜加工。国内一些工具厂如上海工具厂、哈一工和一些模具厂(上海如上海造币厂)等自己购置进口设备用于生产涂层工具、模具。

  化学气相沉积是通过气相物质的化学反应在基材表面上沉积固态薄膜的工艺方法,这些化学反应,有分解、化合、还原和置换反应等11种,反应多余物(气体)将从反应室排出。

  cvd中提供的反应物在室温下可以是气态、液态或固态物质,通过加热使它们气化后导入反应室,对反应室还需对气体或基片供给能量,对基片一般是采用电阻加热、高频感应加热和红外线加热等方法。这样,cvd的主要设备包括反应气体的产生、净化、混合和导入装置,反应室和基片的加热装置及排气装置等。

  cvd化学反应温度一般在8001000,由于沉积温度较高限制了基体材料的选用,选用基材的力学性能会有较大程度的减低,也会给膜层和膜/基的微结构及性能有不利影响。为了降低沉积温度在选择新的反应物和向反应提供激活能量上有新的发展。其中等离子体辅助化学气相沉积(pecvd)较为人们所重视。应用等离子体可对基材加热,反应气体的放电激活成非常活泼的激化态分子、原子、离子或其团簇,降低反应的激活能,使原来在热力学上难以进行的化学反应变得易于实现,从而大大降低化学气相沉淀的温度,使实用化大大提高。国外的很多设备便兼具pvdpecvd的形式进行工作。

  复合热处理是一个很活跃的技术领域,世界上早在上世纪7080年代就有人研究了。现在主要有表面热处理与化学热处理的复合处理,表面热处理与表面形变强化(喷丸)的复合,表面镀覆与表面热处理的复合。经过复合处理后,材料获得了兼有两种处理后的独特性能。国内学者应用喷丸使零件表面纳米化然后进行渗氮,可以将渗氮温度降低至约350,并获得很好的性能,这一工作得到国外同行的极大重视,这也是一种复合处理的特殊范例。

4.几点建议和结束语:

  4.1 工艺是在涉及机械制造的任何工业领域中的一项广泛应用的重要基础工艺之一。热处理工艺、技术和热处理装备的发展应得到充分重视。

  4.2 国内的热处理装备和技术水平远远落后于国际先进水平。

  4.3 先进热处理技术发展的战略目标是可持续发展,产品质量提高,,精确生产和提高生产效率。

  4.4 在国外先进热处理技术主要标志中我们要特别认清:清洁生产和零污染,精确生产和零畸变,少无氧化和少无脱碳,开发节约能源的设备和工艺。

  4.5 在保护气氛和控制气氛热处理方面,国外先进技术体现在直生式渗碳技术,真空乙炔渗碳技术,可控高co气体渗碳技术和不锈钢固溶渗氮等,在这方面的设备和控制特点是保证设备具有高技术特点的相当重要关键。

  4.6 感应加热处理方面,齿轮同时双频感应加热技术和液体介质感应渗碳是先进工艺的两项发展。国外感应加热淬火设备解决高效、自动化、工艺要求和处理质量重现性好是主要关键。

  4.7 真空热处理方面技术和处理质量主要关键在于设备,智能控制十分重要,应注重高压气淬,改变冷却模式与冷却速度对生产效率、减小变形和高质量的保证作用。

  4.8 国外激光热处理设备先进,但投资和应用受一定程度限制。

  4.9 pvdcvd技术和设备发展很迅速,国外投资国内已相当多,市场前景竞争剧烈。

  4.10 热处理技术发展和投资应着眼于高效益,低能耗,高起点,高水平,低污染和高质量,以高技术,严管理去竞争中高端市场,去争取高创收和高回报。

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