Bài Giảng Công Nghệ Cấy ION

chươ ngưVII.ưcôngưnghệưcấyưion I.ưCơưsơưchung 1) Nguyên lý: Công nghệ cấy ion phơng pháp xử lý nhờ tác dụng từ trờng mạnh, ion chất phủ đợc bắn vào bề mặt sản phẩm với gia tốc lớn tạo lớp bề mặt cấy ion (hình 1) Hình 1a.Sơ đồ nguyên lý làm việc thiết bị cấy ion ống tăng tốc Buồng làm việc 3.4 ống dẫn hớng Nguồn ion Hình 1b Sự phân bố nồng độ lớp bề mặt a) b) 2) Đặc điểm: - Ion cấy: ion N, Cr, Mo, Ti, B Sản phẩm: Thép, nhôm, HK Fe, Al - Sản phẩm đợc phân cực với điện lớn 10-100KV, P= 10 -5-10-8 bar - Khó tạo đợc lớp phủ có nồng độ mong muốn - Có thể dùng lớp phủ sơ bộ: + Cấy ion va chạm: Ion truyền động cho lớp phủ sơ + Tạo lớp phủ hợp chất:Ion kết hợp với lớp phủ sơ + Tạo lớp phủ khuyếc tán: Chùm ion làm cho lớp bề măt có T cao II.ưThànhưphầnưvàưtínhưchấtưlớpưphủ:ư (hinh ) - Tơng tác chùm ion bề mặt sản phẩm dẫn đến thay đổi: + Thay đổi thành phần hoá học lớp bề mặt + Thay đổi cấu trúc lớp bề mặt + Sai lệch mạng tinh thể - Tính chất lớp phủ: + Độ cứng cao => tăng khả chống mài mòn + Độ bền ăn mòn cao + Thay đổi tính chất vật lý (cấy ion cho chất bán dẫn) Hình Cơ chế tơng tác ion lớp phủ Ion động lớn Vùng lỗ trống Nguyên tử xen kẽ III.ưCácưphươ ngưphápưcấyưIon: - Cấy ion thông thờng: Chùm ion Lớp phủ hợp kim 10 -500nm - Khuấy ion: Chùm ion Lớp phủ sơ Ac1 trình chuyển biến Kính phản xạ Mactenxit xẩy tốc độ nguội dủ lớn tự làm nguội (nhiệt truyền vào trong) làm Nguồn tia nguội từ bên (nớc ,dầu) (hinh 1) Kính hội tụ Sản phẩm Hình Nguyên lý phơng phápXử lý nhiệt chùm tia lợng cao Hình Thiết bị xử lý bề mặt chùm tia điện tử b) Đặc điểm: + Nguồn nhiệt cần có mật độ lợng cao => nung nóng nhanh + Chỉ sử dụng sản phẩm có khả cứng + Tốc độ làm nguội bề mặt đủ lớn (Vng > Vth) + Lớp nung nóng nhỏ so với chiều dày mẫu (d ng Ac1 Tự làm nguội Tô chức bề mặt thép sau xử lý nhiệt dòng cảm ứng (a) chùm tia laser Các phơng pháp xử lý nhiệt bề mặt: a Các nguồn nhiệt thông thờng: - Nung lửa = > Ô xy Axetylen => Kết hợp tự làm nguội nớc, dầu - Nung cảm ứng => Dòng/đ cảm ứng => Kết hợp tự làm nguội nớc, dầu - Nung tiếp xúc => Điện trở tiếp xúc => Kết hợp tự làm nguội nớc, dầu - Nung ma sát => Năng lợng hoc => Tự làm nguội b Chùm tia lợng cao - Nung Plasma => Ion hoá dòng khí => Tự làm nguội - Nung chùm Laser => Sóng điện từ => Tự làm nguội - Nung chùm điện tử => Điện tử động cao => Tự làm nguội II.ưLớpưphủưnungưchảyưvôưđịnhưhìnhưvàưvôưđịnhưhìnhưhợpưkim: Cơ sở chung: a) Nguyên lý: Lớp phủ nung chảy vô định hìnhưlà phơng pháp nhờ chùm tia lợng cao (Laser, Điện rử ) bề mặt sản phẩm đợc nung nóng nhanh tới nhiệt độ lớn nhiệt nóng chảy làm cho kim loại chuyển sang trạng thái lỏng sau đợc làm nguội nhanh (tự làm nguội) làm cho bề mặt chuyển sang trạng thái giả ổn định có cấu trúc phụ thuôc vào phơng pháp xử lý (vô định hình,tổ chức đúc tinh thể siêu mịn ) - Có thể hợp kim hoá nhờ: + Phủ sơ nguyên tố hợp kim bột chất phủ + Cấp bột nguyên tố hợp kim bột chất phủ đồng thời nung b) Đặc điểm: - Lớp nóng chảy mỏng so với chiều dày mẫu - Tốc độ làm nguội cao 106 108 K/s - áp dụng với thép khả tôi, thép không rỉ - Lớp phủ có độ cứng cao => chống ăn mòn Thành phần tổ chức lớp phủ - Do bề mặt bị nóng chảy cục bô => biến dạng nhiều => chất lợng bề mặt giảm - Tổ chức lớp bề mặt phụ thuộc nhiều vào phơng pháp xử lý bề mặt = tạo tổ chức không cân Vô dịnh hình, tổ chức đúc siêu mịn, mactenxit, austenit + Hình a) tổ chức lớp phủ nóng chảy gang: Grafit hoà tan vào gang nóng chảy => tổ chức đúc dạng nhánh siêu + Hình b) tổ chức lớp (Ti, Mo)C thép 1%C: Lớp bề mặt: vô định hình + hạt bít phân bố đều; nền: lớp macten xít nhỏ mịn austenit d - Thành phần đa dạng: hơp kim Mn, Ni, Cr, Mo, Ti bit, nitrid, borit a) b) II.ưCácưphươ ngưphápưxửưlýư: Tổ chức đúc Nung chảy bề mặt Vô định hình Lớp phủ nung chảy Phụ gia nóng chảy Nung chảy hợp kim Phụ gia rắn Phụ gia khí Lớp phủ rắn Lớp lới, màng Lớp keo, bột