專利名稱：鋸切工具離子滲金屬技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面冶金范疇。
多年來，鋸切工具如手用及機(jī)用鋸條，帶鋸以及圓盤鋸刀等都采用碳鋼或低合金鋼制作。后來，出現(xiàn)了高速鋼制作的鋸切工具。1965年，美國道勒(Doall)公司又發(fā)明了雙金屬鋸條并取得專利。所謂雙金屬鋸條是指其鋸齒部分由高速鋼制作，而非鋸齒部分，也即鋸身部分仍由碳鋼或低合金鋼制作，再采用真空電子束焊接技術(shù)把該兩部份對(duì)焊起來的一種新型鋸條。這種鋸條已在世界上被廣泛應(yīng)用。以手用雙金屬鋸條為例，為了軋制斷面為1.4×0.63毫米的高速鋼帶，必須采用特殊的高速鋼扁絲軋機(jī)。真空電子束焊接技術(shù)又十分復(fù)雜且設(shè)備費(fèi)用昂貴，故使雙金屬鋸條的制作工藝過程十分復(fù)雜，且成本高、價(jià)格貴。
1985年5月28日，由我國學(xué)者發(fā)明的雙層輝光放電離子滲金屬技術(shù)取得了美國專利權(quán)。該專利技術(shù)是利用稀薄氣體中的輝光放電及濺射現(xiàn)象，在真空容器中設(shè)置由欲滲合金元素組成的源極及放置工件的陰極。源極和陽極之間的輝光放電使合金元素濺射出來并奔向被離子轟擊加熱至高溫的工件表面，然后再借助于沉積擴(kuò)散過程使工件表面形成含有欲滲合金元素的合金層。
本發(fā)明的目的是將雙層輝光放電離子滲金屬技術(shù)及空心陰極效應(yīng)用于鋸切工具，使由普通碳鋼或低合金鋼制成的鋸切工具的鋸齒部份經(jīng)離子滲金屬處理后形成高速鋼合金層，并使其具有高速鋼或高速鋼雙金屬鋸切工具所具有的切削性能。但本發(fā)明又有其自身所獨(dú)有的特點(diǎn)。鋸切工具采用表面合金化的方法使其具有類似高速鋼切削性能的這一設(shè)想本身也是前所未有的。
本發(fā)明采用一個(gè)可以抽真空并能充入惰性氣體以形成一定氣體壓力的密封容器。其極限真空度不低于1×10-2乇，通入惰性氣體(如氬氣)后，其氣壓力在0.01～10乇的范圍內(nèi)變動(dòng)。在該容器內(nèi)設(shè)陽極、陰極和至少一個(gè)源極。被處理的鋸切工具安置在陰極上，而源極主要由欲滲合金元素如鎢鉬鉻釩等元素所組成。在作為陽極的爐體和陰極以及和源極之間各設(shè)有0～1500伏的可調(diào)壓直流電源。
為了進(jìn)一步闡明本發(fā)明的特點(diǎn)，我們以鋸切工具中的手用鋸條為例，該鋸條的長寬高尺寸為300×12×0.63毫米。我們將該種鋸條并在一起，形成一鋸齒向上的類似于搓板的平板，該鋸齒平面應(yīng)面對(duì)著由鎢、鉬等合金元素所構(gòu)成的源極。(如

圖1所示，圖中1-真空工作室、陽極，2-源極，3-陰極(工件)，4-接抽真空系統(tǒng)，5-惰性氣體進(jìn)口，6-源極外廓前沿)。
根據(jù)氣體輝光放電理論及現(xiàn)象的研究，環(huán)繞陰極周圍所產(chǎn)生的輝光有一空間電位陡降區(qū)，人們稱之為陰極位降區(qū)。該陰極位降區(qū)的寬度Dk是該氣體放電條件下氣體壓力的函數(shù)，是隨氣體壓力的變化而變化的。
在一般情況下，上述鋸齒平面的源極外廓相對(duì)于該鋸齒面的前沿平面的間距應(yīng)該大于一個(gè)Dk值，但卻應(yīng)小于兩個(gè)Dk值。這樣，當(dāng)接通直流電源時(shí)，陰極和源極所產(chǎn)生的輝光放電層的重疊將加劇輝光放電的強(qiáng)度，從而有利于增強(qiáng)源極的濺射。當(dāng)陰極和源極處于同一負(fù)電位時(shí)，這種輝光相互疊加而使輝光得以強(qiáng)化的現(xiàn)象被人們稱之為空心陰極效應(yīng)。但在鋸切工具的離子滲金屬處理?xiàng)l件下，源極和陰極具有不同的負(fù)電位，它們之間所產(chǎn)生的輝光重疊也會(huì)發(fā)生類似于空心陰極效應(yīng)的強(qiáng)化作用，我們將此現(xiàn)象稱之為不等電位的空心陰極效應(yīng)。不等電位空心陰極效應(yīng)在鋸切工具離子滲金屬工藝中的應(yīng)用是本發(fā)明的一個(gè)主要特征。
在不同氣壓下，輝光放電的陰極位降區(qū)的寬度Dk值不同，氣壓越低，則Dk值越大。反之亦然。為產(chǎn)生不等電位的空心陰極效應(yīng)，鋸齒面和源極外廓前沿平面間的距離范圍為2～80毫米，通常采用10～40毫米。本發(fā)明所采用的源極形式和結(jié)構(gòu)，可以是刷子形(圖2-a)，螺旋形(圖2-b)，柵形(圖2-c)，或平板形(圖2-d)等。以刷子形為例，刷子是由鋼板及鑲在鋼板上的釘子構(gòu)成的。每一只釘子可以是欲滲合金元素的某一單一元素，也可以是所有欲滲合金元素組成的合金。當(dāng)釘子由單一元素制成而又要求同時(shí)滲入兩種或兩種以上的合金元素時(shí)，應(yīng)根據(jù)鋸齒對(duì)各元素含量的要求，將不同元素制成的釘子以一定的數(shù)量比和一定的排列和分布方式構(gòu)成刷子形源極。
本發(fā)明所采用的欲滲合金元素主要是鎢、鉬、鉻、釩，也可滲入鈷、鈦、鋁、鈮等合金元素。它們所構(gòu)成的源極在輝光放電中所采用的電位范圍為-400～-1000伏，陰極(即工件)所采用的電位范圍為-100～-600伏。
為了使普通碳鋼制成的鋸切工具具有高速鋼切削性能，僅僅采用離子滲金屬工藝使其鋸齒部分形成高速鋼合金層是不夠的，還必須進(jìn)行后續(xù)熱處理，如滲碳、淬火及回火等。離子滲金屬工藝所采用的處理溫度范圍為900～1100℃，處理的時(shí)間取決于鋸齒合金化所要求的厚度及處理溫度，一般采取3～5小時(shí)。至于滲碳淬火及回火等工藝將主要取決于鋸齒部分高速鋼合金層的成份。
由本發(fā)明制成的離子滲金屬鋸切工具的主要工藝流程如下將碳鋼或低合金鋼制成的冷軋帶材下料或沖孔→刨齒→分齒→離子滲金屬→滲碳→淬火→回火→清理、噴漆、包裝。
權(quán)利要求
1.鋸切工具離子滲金屬技術(shù)屬表面冶金范疇。它是一種在可以抽成真空且能充入惰性氣體介質(zhì)的密閉容器中，利用輝光放電現(xiàn)象，使鎢、鉬等欲滲合金元素滲入鋸切工具的鋸齒表面并使其形成類似于高速鋼成份的合金層的一種表面冶金方法，其特征是在該真空密閉容器內(nèi)設(shè)有陽極、陰極及由欲滲元素所組成的源極，在陽極和陰極之間及陽極和源極之間各設(shè)置一套可調(diào)壓直流電源，作為陰極的鋸切工具，其鋸齒部分和源極外廓前沿面之間的距離控制在陰極位降區(qū)寬度Dk及2Dk之間，以使它們之間形成不等電位的空心陰極效應(yīng)，強(qiáng)化輝光放電，增大濺射效果。從源極濺射出來的鎢鉬等合金元素將以一定速度向鋸切工具表面運(yùn)動(dòng)。陰極和工件(陰極)之間的輝光放電使鋸切工具被加熱到高溫，當(dāng)鎢、鉬等合金元素到達(dá)鋸齒表面后便借助于擴(kuò)散過程向鋸齒內(nèi)部滲入，形成一類似于高速鋼成份的合金擴(kuò)散層。經(jīng)離子滲金屬處理后的鋸切工具還需經(jīng)滲碳、淬火及回火才能具有高速鋼的切削性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述的鋸切工具是指各種手用、機(jī)用鋸條，帶鋸以及圓盤鋸刀等。該鋸切工具系由普通碳鋼或低合金鋼制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述的真空容器所能達(dá)到的真空度應(yīng)高于1×10-2乇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述的充入氣體一般為惰性氣體，其中最常用的為氬氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述的輝光放電，是在氣體壓力范圍為0.01～10乇范圍內(nèi)進(jìn)行，其中以2×10-1～6×10-1乇范圍為常用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述的欲滲合金元素主要是指鎢、鉬、鉻、釩以及鈦、鋁、鈷、鈮等合金元素。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述的由欲滲合金元素所組成的源極，其結(jié)構(gòu)和形式可以是刷子形、螺旋形、柵形及平板形等。由欲滲元素所制成的元件可以是絲、條、棒、板等。該元件可以是欲滲合金元素的單一元素，也可以是所有欲滲合金元素所組成的合金制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述的鋸切工具被加熱到高溫的溫度范圍為800～1200℃，一般常采用1000～1100℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述的可調(diào)壓直流電源都設(shè)有滅孤裝置，其直流電壓可調(diào)范圍為0～1500伏，陽極和源極間的常用電壓范圍為400～1000伏，陽極和陰極間的常用電壓范圍為0～800伏。
10.根據(jù)權(quán)利要求1，其中所述的工件和源極除經(jīng)受離子轟擊而被加熱外，還可以輔之以其它外加熱源，如電阻加熱及感應(yīng)加熱等。
11.根據(jù)權(quán)利要求1，鋸切工具在進(jìn)行離子滲金屬處理后還須進(jìn)行滲碳、淬火及回火等熱處理，以使其達(dá)到高速鋼的切削性能。
全文摘要
鋸切工具離子滲金屬技術(shù)，屬表面冶金范疇。
文檔編號(hào)C23C10/00GK1034229SQ87104358
公開日1989年7月26日 申請(qǐng)日期1987年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1987年6月20日
發(fā)明者徐重, 王從曾, 蘇永安, 唐賓 申請(qǐng)人:太原工業(yè)大學(xué)