然而,由于反动力学和热力学等方面的限制,传统的其他渗碳、渗氮、碳氮共渗面临的问题有:处理温度高、时间长、工件容易变形、生产效率低、共渗反应需要在低真空条件下的真空室内进行,对材料心部的力学性能和工件尺寸精度产生了一定影响[ 4]。

    而液相等离子体电解渗碳、渗氮、碳氮共渗技术可以克服这些问题:它是在开放的大气环境下,特定的电解液中进行的,整体工件受热轻微[ 5 ],而且可以在完成渗透处理后直接淬火,在几分钟的时间内即可获得高硬耐磨、耐腐蚀的渗透层。渗透前处理工作简单易行,效果明显,因此用这种技术处理刚才有很好的发展与应用前景。

  由于液相等离子体处理技术有处理时间短、工作电压低、处理工艺简单、适用范围广、环境污染小等优点,因此应该得到大家的重视[ 6]。液相等离子体处理技术包括阴极等离子体处理和阳极等离子体处理,目前对该项技术的研究开展还不是很多,进行的研究也主要集中在阴极等离子体处理上。关于阳极等离子体处理技术的研究报道还不曾看到。所以使用PET技术进行表面织构处理有很大的意义,而此项技术的应用和发展空间也很大[ 7 ]。液相电解等离子渗入属于液相等离子技术(PET)的范畴.它是在一个开放的大气环境下、特定的电解液中,处理较短的时间即可获得高硬度、耐磨耐蚀的渗透层.该技术主要适用于对钢铁材料的处理.等离子是一种化学活性介质。根据被激发的途径和工作电压,它能产生低或者很高的温度。与传统的表面热处理技术相比,该技术具有处理效率高、工艺简单等优点.这也体现出研究该技术的重要性和必要性.目前对液相电解等离子体渗透的研究并不多,对于该技术主要研究方向在电解液配方以及加工工件的选材上,而对于表面改性层的微观分析和形成机理等缺乏探讨。[8]所以本文基于张荣,马颖等人对45钢的实验研究,得出了45钢有以下优点:1)渗入速度快,2)热效率, 3)渗层尺寸易精确控制,4)工件经过处理后,形变小,5)渗层组织脆性小,易操作,6)对材料要求较低,7)随时处理随时进行电解渗入。在他们的研究的基础上,对于电解液的配方再加以讨论,逐渐的揭开PET技术的神秘面纱。

1.2.2 PET原理及应用

PET属于等离子体电解沉积技术的范畴.它是在一个开放的大气环境下、特定的电解液中,处理较短的时间即可获得高硬度、耐磨耐蚀的渗透层.该技术主要适用于对钢铁材料的处理.与传统的表面热处理技术相比,该技术具有处理效率高、工艺简单等优点.这也体现出研究该技术的重要性和必要性.钢铁表面的渗碳处理就是将钢制工件放在含碳介质中加热到高温,以增加工件表面的含碳量的化学热处理工艺[9 ]。而液相等离子体电解渗氮、渗碳、碳氮共渗处理的机理同样遵循扩散过程的菲克方程式。由于弧光放电,气体被击穿产生大量的等离子体,等离子体在电场力和其他力的作用下轰击试样表面,离子注入到被处理材料中,产生空位和位错,这样会导致两个方面的影响:一方面,使工件表面的活性原子的浓度提高;另一方面,强化了晶内扩散,即位错沿着与轰击表面垂直的滑移面移动,其运动的方向与饱和元素(C、N)扩散流的方向重合,从而大幅度提高材料内C、N原子的扩散迁移速度。对于液相等离子体电解碳氮共渗工艺来说,电解液通常由有机化合物(提供C、N源)、易溶盐和水组成,常用的有机化合物有肽胺、尿素、醇胺等[10]。离子轰击导致浓度梯度提高和扩散系数增大,可使非金属扩散系数提高2~3倍,从而使C和N原子的扩散过程得以强化;在等离子电解渗透技术中等离子体是通过弧光放电产生的,具有比较大的电流密度(1A/cm2左右),所以离子轰击非常强烈,致使渗透速度加快,最终实现材料表面快速固溶和化合物强化处理。

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