添加甲烷气体对微波电浆不锈钢软氮化处理之影响-龙华科技大学.PDFVIP

添加甲烷氣體對微波電漿不銹鋼軟氮化處理之影響 添加甲烷氣體對微波電漿不銹鋼軟氮化處理之影響 宋大崙 李連福 初玉臣 詹昕哲 阮越潮 龍華科技大學工程技術研究所 摘要 本文主要係使用微波(2.45GHz)電漿反應系統，進行 AISI 316 不銹鋼低溫電漿軟氮 化處理，在軟氮化處理參數係以改變甲烷 (CH ) 添加之濃度 0~5％，混合於氫氣與氮氣 4 比例為 3 ：2 之腔體中，以腔體壓力 1Torr 、電漿功率700W 、處理溫度450℃下進行處 理時間 80 分鐘，以探討不同 CH氣體經軟氮化效果之影響。後續試片以 X 光繞射光譜 4 儀進行表面滲層組織結構分析、電子顯微鏡觀察試片斷面微細構造、能量發散光譜儀測 量滲層縱深元素分佈情形、微硬度測定儀測量表面及滲層縱深硬度、非球面量測儀檢測 表面粗糙度及耐磨耗試驗機實施耐磨耗試驗。 關鍵詞 ：微波電漿、不銹鋼、電漿軟氮化、甲烷 1. 前言 用的液體含有毒性，會產生公害問題。電 漿氮化法 [3,4] 自從不銹鋼問世後，因其具有優異的 則為表面處理之新技術，此法 耐蝕性、成型性以及在很寬溫度範圍內的 在很大程度上克服上述之缺點。 強韌性等特點，故已廣泛應用於石油、化 氮化處理雖可得較高表面硬度 [5] ，但 工、食品以及醫藥等行業，全年使用噸量 缺點為滲層較薄且硬度梯度大、韌性差等 也急劇上升。 AISI 316屬沃斯田鐵系不銹 問題，而若使用滲碳處理方法，雖可克服 鋼，除具有原優良耐腐蝕性與易清潔等各 這些缺點，但又因滲層的硬度相對較軟問 項優點外，並具有易加工、易切削特性， 題。軟氮化處理則兼具有高表面硬度、良 居市面上使用量前兩名，但其硬度較低， 好硬度梯度及深滲層厚度等優點，在氮化 在使用工具上存著磨損問題，使其於特定 過程中，加入含碳之碳化氫系氣體 工作場所壽命大大降低，也限制了使用範 （如:CH 、C H …等）即可實施軟氮化處 4 3 8 圍，因此，如何增加其表面硬度及耐磨耗 理，軟氮化在較低之溫度下發生熱分解反 性成了重要的問題。 應，產生活性氮、碳原子而被工件表面吸 不銹鋼藉由氮、碳原子滲入表面，進 收，通過擴散作用滲入工件表層，從而獲 行表面改質方式有下列四種方法：滲碳處 得以氮為主的氮碳共滲層組織。 理、滲碳氮化、氮化及軟氮化或滲氮碳化 利用高離子能之微波電漿進行電漿軟 等，用以提高工件的表面硬度、耐磨性及 氮化，與傳統利用熱分解方式反應之軟氮 [1] [2] 化不同，其溫度可從 400℃開始，並可於 耐腐蝕性質 。氣體氮化法 為早期應用的 方法，但缺點為處理時間過長，且表面氮 較 短 時 間 內 進 行 軟 氮 化 處 理 。 [6] 化層成脆性，