真空鍍膜技術離子鍍

日期：2025-12-11 08:53

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摘要：現代航空工業中使用的鍍膜辦法種類很多，比如電鍍、噴鍍、化學鍍、擴散度以及軋壓、包鍍等。其中不少鍍膜工藝已為人們掌握，并在生產中發揮了顯著作用。但是，已有的鍍膜工藝跟不上產品日新月異的發展，從而促使人們探索新的鍍膜技術。“離子鍍”就是近十幾年來發展起來的一種zui新的真空鍍膜技術。

現代航空工業中使用的鍍膜辦法種類很多，比如電鍍、噴鍍、化學鍍、擴散度以及軋壓、包鍍等。其中不少鍍膜工藝已為人們掌握，并在生產中發揮了顯著作用。但是，已有的鍍膜工藝跟不上產品日新月異的發展，從而促使人們探索新的鍍膜技術。“離子鍍”就是近十幾年來發展起來的一種zui新的真空鍍膜技術。

1. 真空鍍膜技術離子鍍簡介

*新真空鍍膜技術離子鍍即在真空條件下，利用氣體放電使氣體或被蒸發物質部分電離，并在氣體離子或被蒸發物質離子的轟擊下，將蒸發物質或其反應物沉積在基片上的方法。其中包括磁控濺射離子鍍、反應離子鍍、空心陰極放電離子鍍（空心陰極蒸鍍法）、多弧離子鍍（陰極電弧離子鍍）等。

2.重要性

在航空及航宇工業中，各種飛機、導彈、衛星、飛船的零部件經常在復雜而有害的條件下工作。以飛機為例，機翼、機身的蒙皮以及起落架等外表零部件，均受著大氣、水份、灰塵以及燃料燃燒生成物中所含的化學活性氣體的直接腐蝕。水上飛機的外表部分，特別是機體和浮筒，經常受到海水、湖水或河水的侵蝕；航空發動機的燃燒室、渦輪零件及氣缸活塞零件，也經常受到高溫和含酸及其他活性物質的燃氣氣流的氧化。還有諸如航空軸承、微型輸電裝置、精密齒輪、電位計等一類儀表元件，也經常受到不同程度的摩擦磨損。要使上述各種零部件能夠適應耐溫、防蝕、耐磨等苛刻要求，單純從零件的結構或材料上想辦法，往往是不夠的。怎么辦呢？當前使用*廣的辦法之一就是采用表面鍍膜的方法來保護零部件的基體，使其滿足上述要求。這正如人們根據不同環境條件穿上不同的衣衫一樣，根據需要給零件鍍上一層耐熱、防腐或耐磨的鍍層。

3.發展

現代航空工業中使用的鍍膜辦法種類很多，比如電鍍、噴鍍、化學鍍、擴散度以及軋壓、包鍍等。其中不少鍍膜工藝已為人們掌握，并在生產中發揮了顯著作用。但是，已有的鍍膜工藝跟不上產品日新月異的發展，從而促使人們探索新的鍍膜技術。“離子鍍”就是近十幾年來發展起來的一種*新真空鍍膜技術。

4.原理過程

離子鍍技術是真空鍍膜工藝的一項新發展。普通真空鍍膜（亦稱真空蒸鍍）時，工件夾固在真空罩內，當高溫蒸發源通電加熱后，促使待鍍材料——蒸發料熔化蒸發。由于溫升，蒸發料粒子獲得一定動能，則沿著視線方向徐徐上升，*后附著于工件表面上堆積成膜。用這種工藝形成的鍍層，與零件表面既無牢固的化學結合，有無擴散連接，附著性能很差，有時就像桌面上落的灰塵一樣，用手一摸也會擦掉。然而，離子鍍工藝則有所不同，雖然也是在真空罩內進行的，但這時鍍膜過程是以電荷傳遞的形式來實現的。也就是說，蒸發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。相當于一個從槍管中射出的高速彈頭，可以穿入靶體很深，在工件上形成一種附著牢固的擴散鍍層。　　離子鍍的作用過程如下:蒸發源接陽極，工件接陰極，當通以三至五千伏高壓直流電以后，蒸發源與工件之間產生輝光放電。由于真空罩內充有惰性氬氣，在放電電場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。帶正電荷的氬離子受陰極負高壓的吸引，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，接通蒸發源交流電源，蒸發料粒子熔化蒸發，進入輝光放電區并被電離。帶正電荷的蒸發料離子，在陰極吸引下，隨同氬離子一同沖向工件，當拋鍍于工件表面上的蒸發料離子超過濺失離子的數量時，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。這就是離子鍍的簡單作用過程。

5.真空鍍膜技術離子鍍特點

鍍層附著性能好

普通真空鍍膜時，蒸發料粒子大約只以一個電子伏特的能量向工件表面蒸鍍，在工件表面與鍍層之間，形成的界面擴散深度通常僅為幾百個埃（10000埃=1微米=0.0001厘米）。也就是說比一根頭發絲的百分之一還要小。兩者間可以說幾乎沒有連接的過渡層，好似截然分開。而離子鍍時，蒸發料粒子電離后具有三千到五千電子伏特的動能。如果說普通真空鍍膜的粒子相當于一個氣喘吁吁的長跑運動員，那么離子鍍的粒子則好似乘坐了高速火箭的乘客，當其高速轟擊工件時，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散層，離子鍍的界面擴散深度可達四至五微米，也就是說比普通真空鍍膜的擴散深度要深幾十倍，甚至上百倍，因而彼此粘附得特別牢。對離子鍍后的試件作拉伸試驗表明，一直拉到快要斷裂時，鍍層仍隨基體金屬一起塑性延伸，無起皮或剝落現象發生。可見附著得多么牢固啊！繞鍍能力強，離子鍍時，蒸發料粒子是以帶電離子的形式在電場中沿著電力線方向運動，因而凡是有電場存在的部位，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越得多。因此，這種方法非常適合于鍍復零件上的內孔、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孔中，帶電離子則好比坐上了直升飛機，能夠沿著規定的航線飛抵其活動半徑范圍內的任何地方。鍍層質量好　　離子鍍的鍍層組織致密、無針孔、無氣泡、厚度均勻。甚至棱面和凹槽都可均勻鍍復，不致形成金屬瘤。象螺紋一類的零件也能鍍復，由于這種工藝方法還能修補工件表面的微小裂紋和麻點等缺陷，故可有效地改善被鍍零件的表面質量和物理機械性能。疲勞試驗表明，如果處理得當，工件疲勞壽命可比鍍前高百分之二、三十。

清洗過程簡化

現有鍍膜工藝，多數均要求事先對工件進行嚴格清洗，既復雜又費事。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于整個鍍膜過程。清洗效果極好，能使鍍層直接貼近基體，有效地增強了附著力，簡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換成熱能，從而促進了表層組織的擴散作用和化學反應。然而，整個工件，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、熱敏材料和高熔點材料等均可鍍復。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。

6.真空鍍膜技術離子鍍在航空航宇上的應用

潤滑不用油

在現代飛機、航空發動機或航空儀表中，特別是在航宇器，如宇宙飛船、人造衛星中，有不少旋轉零件都要求有良好的潤滑，但往往由于封存過久、環境溫度過高或太空揮發等原因，普通油脂潤滑劑已不再適用，從而提出以固體潤滑劑代替。試驗表明，用離子鍍來制作固體潤滑膜，比現有其他方法為優。不但附著力強，鍍層又薄又勻，不影響零件的尺寸精度和公差配合。經濟性也好，少許潤滑材料即可鍍很大面積。潤滑膜的質量也較好，摩擦系數小，使用壽命也長。例如有一個人造衛星上的精密軸承，未鍍前工作壽命僅為幾分鐘，根本無法使用；但是經離子鍍固體潤滑膜后，則可在飛行中可靠地工作數千小時之久。離子鍍不僅能夠鍍許多種常溫固體潤滑材料，而且還能鍍復各種高溫固體潤滑材料，有的甚至可以在攝氏八百度以上的高溫下發揮良好的潤滑作用。可鍍的固體潤滑材料有銀、金、銅、鉛、鉛錫合金、氟化物等。

真金不怕火煉

航空零件，特別是許多發動機零件往往需要在高溫下工作。例如渦輪葉片及導向葉片工作溫度通常在攝氏一千度左右，有的甚至達攝氏一千四百度。神話小說《西游記》里孫悟空被太上老君放在爐內燒煉時，恐怕也達不到這么高的溫度吧。現代航空發動機零件在這樣高的溫度下工作，僅僅依賴零件基體材料本身的性能是很難滿足要求的。那么，發動機零件怎樣才能不怕高溫燒蝕呢？目前除在零件結構上采取措施（如采用空心冷卻葉片、發散冷卻葉片等）以外，大都需用耐熱鍍層進行保護。離子鍍對于沉積耐熱膜有相當多的優點，能鍍各種高熔點材料，如氧化鋁、氧化硅、氧化鈹、鉿合金等。合金鍍層的成份也比較容易控制，適合于鍍成分較復雜的耐熱合金，如鐵鉻鋁釔，鈷鉻鋁釔或鎳鉻鋁釔合金等。

目前渦輪葉片是試圖采用離子鍍耐熱鍍層的主要對象。據悉，有一種葉片用此法鍍復一種鎳鉻鋁釔合金后，其高溫工作壽命比鍍鋁提高了三倍。適于采用離子鍍耐熱鍍層的發動機零件還有氣缸活塞零件等。有些零件經過這種先進工藝處理后，可在高溫下工作上千小時。

金屬不生銹

金屬零件是要銹蝕的，但如果零件上鍍有一層防蝕鍍層，就能防止零件生銹。由于離子鍍所獲得的鍍層致密度高，針孔少，耐腐蝕性能好，并能沉積許多其他工藝至今不能沉積的優良防腐蝕鍍層。因此，離子鍍目前在鍍防腐蝕材料方面應用*廣。如水上飛機的壁板及其他外表零件，可用此法鍍復防止鹽霧和海水腐蝕的防蝕鍍層；與鋁合金零件相配合的其他材料零件也可用此法鍍鋁，以防止電位差腐蝕。此外，隨著飛機飛行速度和高度的提高以及宇宙探索的進展，鈦合金的應用越來越多，如果仍象鋁合金零件那樣采用鍍鎘防腐蝕，使用中就有鎘脆的危險；但如若鍍以三氧化二鋁，則能完全滿足要求。不過電鍍等工藝是無法鍍這種材料的。離子鍍卻能大顯神通。到目前為止，適合于用離子鍍的防蝕材料除氧化鋁以外，還有鉻、鈦、鉭、不銹鋼等。所鍍的航空零件有螺釘、螺帽、鉚釘、銷釘、導管、接頭、陀螺轉子、精密齒輪、金屬密封環等。

總之，離子鍍在航空工業及其他部門的應用潛力是很大的，除以上幾種以外，還有許多，比如鍍導電膜、硬化膜、裝飾膜以及用于精密焊接、精微密封、表面修補等。　　離子鍍工藝是近十多年才發展起來的一項新技術，具有一定獨特優點，有可能解決若干過去難于克服的生產關鍵，因此有較大的應用潛力。但是，由于出現的時間還不長，尚有許多有待解決的技術關鍵，諸如鍍層厚度控制、工件非鍍表面的屏蔽等都有待進一步實驗。其次是設備容量小，大型零件難鍍，投資大。我們相信，隨著對這種技術的進一步研究，真空鍍膜技術離子鍍將會得到逐步完善和發展，也會在航空工業部門中得到充分的應用和推廣。

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