專利名稱：新型輝光離子滲氮設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及滲氮設(shè)備，具體涉及一種輝光離子滲氮設(shè)備。
背景技術(shù)：
機(jī)械零件的滲氮是在一定溫度下(一般在Acl以下)使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝。常用的滲氮方法有氣體滲氮、液體滲氮和離子滲氮等。液體滲氮因存在污染排放和滲氮層疏松嚴(yán)重等問題，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用較少。氣體滲氮是將被處理的零件加熱到一定的溫度(一般是450°C 600°C)，通入含氮的分解氣體，經(jīng)過長時間的保溫，然后使零件表面獲得高的表面硬度的化學(xué)熱處理方法，這種工藝方法是由氣體滲氮設(shè)備完成的。該工藝方法的優(yōu)點(diǎn)是①設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單；②對零件的結(jié)構(gòu)無特殊要求，尤其對深內(nèi)孔、盲孔也能滲氮。因此在一定時期，這種工藝方法得到了廣泛應(yīng)用。但是隨著我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，以節(jié)約能源、減少排放為代表的綠色、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略方針得以確立。在這一社會背景下，氣體滲氮設(shè)備的能耗高、有害氣體排量大、生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不易控制等缺點(diǎn)逐步顯露出來，在生產(chǎn)實(shí)踐中，氣體滲氮設(shè)備已逐步成為淘汰的工藝裝備。輝光離子滲氮設(shè)備是依靠氣體輝光放電離子轟擊的方法來加熱工件并獲得活性離子，使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝設(shè)備，如

圖1所示，現(xiàn)有的輝光離子滲氮設(shè)備包括爐體、電源1、控制電路2、測溫裝置、抽真空裝置和輸氣裝置；爐體包括活動罩 3、爐座4和連接在爐座上的陰極盤5，陰極盤5通過控制電路2與電源1負(fù)極電連接，連接活動罩3內(nèi)壁上的滲碳陽極17通過控制電路2與電源1正極電連接；輸氣裝置包括連接在活動罩上且與爐體內(nèi)腔連通的輸氣管7，輸氣管上自爐體由近及遠(yuǎn)依次串接有流量計8、分解爐9和閥門11，輸氣管的進(jìn)氣端與氣瓶12連通，抽真空裝置包括由控制電路控制的真空泵 18和壓力傳感器19，測溫裝置為連接在陰極盤上且與控制電路電路電連接的熱電偶21。與傳統(tǒng)的氣體滲氮相比，現(xiàn)有的輝光離子滲氮設(shè)備具有滲入速度快，滲層氮化物結(jié)構(gòu)形態(tài)容易控制，零件變形小，節(jié)約能源，少、無污染排放等優(yōu)點(diǎn)。但是，該設(shè)備對被處理零件的結(jié)構(gòu)要求較高，尤其是對深內(nèi)孔、盲孔類零件的內(nèi)表面無法進(jìn)行滲氮處理。這是因為，零件在離子滲氮過程中，爐壁是陽極，零件是陰極，陰陽極間通上高壓直流電，產(chǎn)生輝光放電，在陰極壓降區(qū)，氣體電離成正負(fù)離子(等離子體)，在電場作用下，正離子轟擊零件表面，使工件加熱并與之產(chǎn)生反應(yīng)，產(chǎn)生活性原子滲入工件內(nèi)部形成滲層，轟擊零件表面的離子動能來自正負(fù)極形成的電場作用，因此運(yùn)動軌跡是直線性的，深盲孔或深通孔由于其結(jié)構(gòu)的特殊性， 正離子很難完整地轟擊到整個深孔零件的內(nèi)表面，即深內(nèi)孔類零件在采用傳統(tǒng)的離子轟擊法進(jìn)行滲氮處理時，必然存在滲氮盲區(qū)，從而嚴(yán)重影響零件的滲氮效果。此外，深內(nèi)孔類零件在結(jié)構(gòu)上類似于空心陰極，空心陰極內(nèi)離子束彼此匯合，使輝光區(qū)匯集在一起，電流密度不斷增大，使深內(nèi)孔類零件內(nèi)表面溫度迅速升高，引起“空心陰極”效應(yīng)，一旦出現(xiàn)“空心陰極”效應(yīng)，離子滲氮會因溫度太高而無法進(jìn)行。進(jìn)入上世紀(jì)九十年代，脈沖離子滲氮電源的出現(xiàn)，為深內(nèi)孔類零件的內(nèi)表面滲氮問題地解決創(chuàng)造了條件，但是經(jīng)過實(shí)踐證明，脈沖離子滲氮對長徑比小于10的零件，通過 合理控制工藝參數(shù)能夠得到較好的滲氮效果。當(dāng)孔類零件的長徑比大于10吋，深內(nèi)孔類 零件的內(nèi)表面因“滲氮盲區(qū)”和“空心陰極”效應(yīng)的存在，滲氮效果仍然不理想，而且脈沖 離子滲氮電源的價格比普通的直流電源要高出50%左右，升溫速度比普通直流電源要下降 30-50%左右，降低了生產(chǎn)效率。因此，設(shè)計一種新型離子滲氮設(shè)備，系統(tǒng)地解決深孔類零件內(nèi)表面的滲氮問題顯 得非常迫切。

發(fā)明內(nèi)容
—般深內(nèi)孔類零件是結(jié)構(gòu)対稱的回轉(zhuǎn)體型零件，在機(jī)械性能上要求經(jīng)離子滲氮處 理后應(yīng)具有性能対稱性，為得到対稱的滲氮效果，將零件放置在滲氮區(qū)域中心軸線位置進(jìn) 行研究，以進(jìn)行滲氮盲區(qū)公式推導(dǎo)，參見圖2，圖中附圖標(biāo)記25代表爐體，附圖標(biāo)記代表 深內(nèi)孔類零件，m為深內(nèi)孔類零件離子滲氮盲區(qū)高度，1為深內(nèi)孔類零件的孔深；L為滲氮 陽極的有效高度，D為爐體有效直徑，d為深內(nèi)孔類零件內(nèi)孔直徑。圖2中因為A ABC和A EFC為相似三角形，所以有
權(quán)利要求
1.一種新型輝光離子滲氮設(shè)備，包括爐體、電源、控制電路和輸氣裝置；爐體包括活動罩、爐座和連接在爐座上的陰極盤，其特征在于爐座上連接有位于陰極盤下方的進(jìn)氣管，進(jìn)氣管與輸氣裝置連通；陰極盤設(shè)有通孔，進(jìn)氣管上螺接有輔助陽極，輔助陽極的上端穿過通孔后位于陰極盤上方，輔助陽極內(nèi)設(shè)有內(nèi)腔，內(nèi)腔的上端封閉，內(nèi)腔的下端與進(jìn)氣管連通， 內(nèi)腔的腔壁上設(shè)有出氣孔，輔助陽極通過控制電路與電源的正極電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的新型輝光離子滲氮設(shè)備，其特征在于所述陰極盤上連接有測溫陰極，測溫陰極內(nèi)設(shè)有靠近測溫陰極外表面設(shè)置且與控制電路電連接的熱電偶。
3.如權(quán)利要求2所述的新型輝光離子滲氮設(shè)備，其特征在于所述測溫陰極與滲氮零件形狀和結(jié)構(gòu)一致、材質(zhì)相同。
4.如權(quán)利要求1所述的新型輝光離子滲氮設(shè)備，其特征在于所述輔助陽極呈管狀，包括低碳鋼管基體，低碳鋼管基體的外周面上環(huán)設(shè)有催滲材料層，催滲材料層的外周面上設(shè)有連通外部與低碳鋼管基體內(nèi)腔的出氣孔。
5.如權(quán)利要求4所述的新型輝光離子滲氮設(shè)備，其特征在于所述催滲材料層為鋁層或鈦層。
6.如權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的新型輝光離子滲氮設(shè)備，其特征在于所述輸氣裝置包括與進(jìn)氣管連通的輸氣管，輸氣管上自爐體由近及遠(yuǎn)依次串接有流量計、分解爐、干燥箱和閥門。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型輝光離子滲氮設(shè)備，包括爐體、電源、控制電路和輸氣裝置；爐體包括活動罩、爐座和連接在爐座上的陰極盤，爐座上連接有位于陰極盤下方的進(jìn)氣管，進(jìn)氣管與輸氣裝置連通；陰極盤設(shè)有通孔，進(jìn)氣管上螺接有輔助陽極，輔助陽極的上端穿過通孔后位于陰極盤上方，輔助陽極內(nèi)設(shè)有內(nèi)腔，內(nèi)腔的上端封閉，內(nèi)腔的下端與進(jìn)氣管連通，內(nèi)腔的腔壁上出氣孔，輔助陽極通過控制電路與電源的正極電連接。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，不但能對非深孔類零件進(jìn)行滲氮處理，而且能對深盲孔或深通孔零件的深盲孔或深通孔的內(nèi)表面進(jìn)行效果優(yōu)良的滲氮處理。
文檔編號C23C8/36GK102234756SQ20111016720
公開日2011年11月9日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者盧銀德 申請人:山東省濰坊生建機(jī)械廠(集團(tuán))