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現(xiàn)代航空工業(yè)中使用的鍍膜辦法種類很多,比如電鍍、噴鍍、化學(xué)鍍、擴(kuò)散度以及軋壓、包鍍等。其中不少鍍膜工藝已為人們掌握,并在生產(chǎn)中發(fā)揮了顯著作用。但是,已有的鍍膜工藝跟不上產(chǎn)品日新月異的發(fā)展,從而促使人們探索新的鍍膜技術(shù)?!半x子鍍”就是近十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種最新的真空鍍膜技術(shù)。
離子鍍是真空鍍膜工藝的一項(xiàng)新發(fā)展。普通真空鍍膜(亦稱真空蒸鍍)時(shí),工件夾固在真空罩內(nèi),當(dāng)高溫蒸發(fā)源通電加熱后,促使待鍍材料--蒸發(fā)料熔化蒸發(fā)。由于溫升,蒸發(fā)料粒子獲得一定動(dòng)能,則沿著視線方向徐徐上升,最后附著于工件表面上堆積成膜。用這種工藝形成的鍍層,與零件表面既無(wú)牢固的化學(xué)結(jié)合,有無(wú)擴(kuò)散連接,附著性能很差,有時(shí)就像桌面上落的灰塵一樣,用手一摸也會(huì)擦掉。然而,離子鍍工藝則有所不同,雖然也是在真空罩內(nèi)進(jìn)行的,但這時(shí)鍍膜過(guò)程是以電荷傳遞的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。也就是說(shuō),蒸發(fā)料的粒子作為帶正電荷的高能離子在高壓陰極(即工件)的吸引下,以很高的速度注入到工件表面。相當(dāng)于一個(gè)從槍管中射出的高速?gòu)楊^,可以穿入靶體很深,在工件上形成一種附著牢固的擴(kuò)散鍍層。
離子鍍的作用過(guò)程如下:蒸發(fā)源接陽(yáng)極,工件接陰極,當(dāng)通以三至五千伏高壓直流電以后,蒸發(fā)源與工件之間產(chǎn)生弧光放電。由于真空罩內(nèi)充有惰性氬氣,在放電電場(chǎng)作用下部分氬氣被電離,從而在陰極工件周圍形成一等離子暗區(qū)。帶正電荷的氬離子受陰極負(fù)高壓的吸引,猛烈地轟擊工件表面,致使工件表層粒子和臟物被轟濺拋出,從而使工件待鍍表面得到了充分的離子轟擊清洗。隨后,接通蒸發(fā)源交流電源,蒸發(fā)料粒子熔化蒸發(fā),進(jìn)入輝光放電區(qū)并被電離。帶正電荷的蒸發(fā)料離子,在陰極吸引下,隨同氬離子一同沖向工件,當(dāng)拋鍍于工件表面上的蒸發(fā)料離子超過(guò)濺失離子的數(shù)量時(shí),則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。這就是離子鍍的簡(jiǎn)單作用過(guò)程。
特點(diǎn)
鍍層附著性能好
普通真空鍍膜時(shí),蒸發(fā)料粒子大約只以一個(gè)電子伏特的能量向工件表面蒸鍍,在工件表面與鍍層之間,形成的界面擴(kuò)散深度通常僅為幾百個(gè)埃(10000埃=1微米=0.0001厘米)。也就是說(shuō)比一根頭發(fā)絲的百分之一還要小。兩者間可以說(shuō)幾乎沒有連接的過(guò)渡層,好似截然分開。而離子鍍時(shí),蒸發(fā)料粒子電離后具有三千到五千電子伏特的動(dòng)能。如果說(shuō)普通真空鍍膜的粒子相當(dāng)于一個(gè)氣喘吁吁的長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員,那么離子鍍的粒子則好似乘坐了高速火箭的乘客,當(dāng)其高速轟擊工件時(shí),不但沉積速度快,而且能夠穿透工件表面,形成一種注入基體很深的擴(kuò)散層,離子鍍的界面擴(kuò)散深度可達(dá)四至五微米,也就是說(shuō)比普通真空鍍膜的擴(kuò)散深度要深幾十倍,甚至上百倍,因而彼此粘附得特別牢。對(duì)離子鍍后的試件作拉伸試驗(yàn)表明,一直拉到快要斷裂時(shí),鍍層仍隨基體金屬一起塑性延伸,無(wú)起皮或剝落現(xiàn)象發(fā)生??梢姼街枚嗝蠢喂贪?
繞鍍能力強(qiáng)
離子鍍時(shí),蒸發(fā)料粒子是以帶電離子的形式在電場(chǎng)中沿著電力線方向運(yùn)動(dòng),因而凡是有電場(chǎng)存在的部位,均能獲得良好鍍層,這比普通真空鍍膜只能在直射方向上獲得鍍層優(yōu)越得多。因此,這種方法非常適合于鍍復(fù)零件上的內(nèi)孔、凹槽和窄縫。等其他方法難鍍的部位。用普通真空鍍膜只能鍍直射表面,蒸發(fā)料粒子尤如攀登云梯一樣,只能順梯而上;而離子鍍則能均勻地繞鍍到零件的背面和內(nèi)孔中,帶電離子則好比坐上了直升飛機(jī),能夠沿著規(guī)定的航線飛抵其活動(dòng)半徑范圍內(nèi)的任何地方。
鍍層質(zhì)量好
離子鍍的鍍層組織致密、無(wú)針孔、無(wú)氣泡、厚度均勻。甚至棱面和凹槽都可均勻鍍復(fù),不致形成金屬瘤。像螺紋一類的零件也能鍍復(fù),由于這種工藝方法還能修補(bǔ)工件表面的微小裂紋和麻點(diǎn)等缺陷,故可有效地改善被鍍零件的表面質(zhì)量和物理機(jī)械性能。疲勞試驗(yàn)表明,如果處理得當(dāng),工件疲勞壽命可比鍍前高百分之二、三十。
清洗過(guò)程簡(jiǎn)化
現(xiàn)有鍍膜工藝,多數(shù)均要求事先對(duì)工件進(jìn)行嚴(yán)格清洗,既復(fù)雜又費(fèi)事。然而,離子鍍工藝自身就有一種離子轟擊清洗作用,并且這一作用還一直延續(xù)于整個(gè)鍍膜過(guò)程。清洗效果極好,能使鍍層直接貼近基體,有效地增強(qiáng)了附著力,簡(jiǎn)化了大量的鍍前清洗工作。
可鍍材料廣泛
離子鍍由于是利用高能離子轟擊工件表面,使大量的電能在工件表面轉(zhuǎn)換成熱能,從而促進(jìn)了表層組織的擴(kuò)散作用和化學(xué)反應(yīng)。然而,整個(gè)工件,特別是工件心部并未受到高溫的影響。因此這種鍍膜工藝的應(yīng)用范圍較廣,受到的局限性則較小。通常,各種金屬、合金以及某些合成材料、絕緣材料、熱敏材料和高熔點(diǎn)材料等均可鍍復(fù)。即可在金屬工件上鍍非金屬或金屬,也可在非金屬上鍍金屬或非金屬,甚至可鍍塑料、橡膠、石英、陶瓷等。