[發(fā)明專(zhuān)利]一種新型真空表面強(qiáng)化技術(shù)和設(shè)備

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710012930.9
• 申請(qǐng)日: 2007-09-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101122004A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王亮;李楊;孫俊才;吳雪敏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C8/36
• 分類(lèi)號(hào): C23C8/36
• 代理公司: 大連八方知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 衛(wèi)茂才

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及等離子體表面改性的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在真空條件下對(duì)工件表面進(jìn)行離子滲氮處理的技術(shù)和設(shè)備。

背景技術(shù)

離子滲氮是將工件置于輝光放電裝置的真空容器中，以工件為陰極，容器壁或另設(shè)金屬板作為陽(yáng)極，充一稀薄的含氮?dú)怏w，在直流高壓電場(chǎng)的作用下，使氣體原子電離成離子，離子以比較高的速度撞擊陰極工件，工件表面上的氮離子失去能量被工件吸收，并向內(nèi)部擴(kuò)散形成滲氮層的過(guò)程。

離子滲氮不僅能實(shí)現(xiàn)可控氮化、可局部硬化、使用純氫、氮?dú)鉃闅庠礋o(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，并且離子滲氮不生成脆性相，滲層致密，與氣體滲氮相比有更高的耐磨性、耐蝕性和抗疲勞性能。但是，離子滲氮也存在以下缺點(diǎn)：1)溫度不均勻性：現(xiàn)有的離子滲氮加熱很難保證溫度的均勻性，當(dāng)?shù)入x子體加熱時(shí)，工件的溫度不僅取決于等離子體的能量，也和表面積和體積有關(guān)，在電壓、氣體成分等參數(shù)一定的條件下，表面積和體積比越大，離子轟擊輸入的能量越大，溫度升高很快，不同形狀的工件進(jìn)行受熱不均勻，造成工件性能下降；2)表面打弧：在工件表面的局部位置因清理不干凈而存在有機(jī)物質(zhì)時(shí)，則會(huì)引起打弧，產(chǎn)生極高的溫度，使該部位的金屬材料熔化或?yàn)R射出來(lái)，傷害工件表面；3)邊緣效應(yīng)：由于加熱的不均勻性，造成邊緣部位與中心區(qū)域溫度不一，表面顏色不均勻，氮化層厚度不一致。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新型真空表面強(qiáng)化技術(shù)和設(shè)備，具有滲氮速度快、工藝簡(jiǎn)單、保持工件表面原有光潔度、工件表面化合物層厚、致密度高、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種新型真空表面強(qiáng)化設(shè)備，包括真空爐、進(jìn)氣系統(tǒng)12、抽真空系統(tǒng)13、供電系統(tǒng)14、測(cè)溫系統(tǒng)15、冷卻系統(tǒng)、載物臺(tái)6和絕緣體7，進(jìn)氣系統(tǒng)12通過(guò)進(jìn)氣口8接入真空爐內(nèi)，抽真空系統(tǒng)13接入真空爐的爐體夾層空氣室內(nèi)，供電系統(tǒng)14的陽(yáng)極通過(guò)陽(yáng)極接口5與真空爐爐體電連接，測(cè)溫系統(tǒng)15與待處理的工件1連接，冷卻系統(tǒng)與真空爐爐體連接；該強(qiáng)化設(shè)備還包括一個(gè)雙層圓筒，該雙層圓筒位于真空爐內(nèi)，通過(guò)絕緣體7與真空爐爐體電絕緣，該雙層圓筒由小圓筒2和大圓筒3組成，小圓筒2位于大圓筒3內(nèi)，小圓筒2與大圓筒3的間距為10mm，小圓筒上平均分布直徑為5mm～6mm的孔洞，相鄰兩孔洞的間距為30mm～40mm，載物臺(tái)6位于小圓筒2內(nèi)，并通過(guò)絕緣體7與真空爐爐體電絕緣，供電系統(tǒng)14的陰極通過(guò)陰極接口4與大圓筒3電連接。

上述進(jìn)氣系統(tǒng)12主要由氣瓶和穩(wěn)壓閥組成，其作用是保證氨氣可以連續(xù)均衡地供應(yīng)給真空爐。

上述抽真空系統(tǒng)13主要由旋片式機(jī)械泵和電阻真空計(jì)組成，其作用是通過(guò)旋片式機(jī)械泵對(duì)真空爐爐體夾層空氣室進(jìn)行抽真空，使其成為真空隔熱層，并用電阻真空計(jì)對(duì)真空爐內(nèi)進(jìn)行氣壓測(cè)量。

上述供電系統(tǒng)14主要由變壓器和整流器組成，其主要用于調(diào)節(jié)施加給真空爐內(nèi)的電壓。

上述測(cè)溫系統(tǒng)15主要由鎧裝熱電偶、絕緣部分、屏蔽部分、間隙保護(hù)部分和防電場(chǎng)干擾部分組成，其可直接接觸不同形狀的工件帶電測(cè)溫，測(cè)溫誤差小，并且測(cè)量高度與位置均可調(diào)節(jié)，接觸可靠，不產(chǎn)生放電現(xiàn)象，測(cè)溫系統(tǒng)15主要用于測(cè)量工件溫度，控制滲氮過(guò)程。

上述真空爐主要由放電罩、底板和密封圈組成，放電罩和底板由兩層鋼板組成，中間由冷卻系統(tǒng)通水冷卻，以保證真空爐不至于升溫變質(zhì)而失去密封作用。

上述冷卻系統(tǒng)主要由水泵、進(jìn)水口9、冷卻觀察窗10和出水口11組成，進(jìn)水口9、冷卻觀察窗10和出水口11置于放電罩和底板的兩層鋼板之間。

一種新型真空表面強(qiáng)化技術(shù)，包括如下步驟：

用工業(yè)清洗劑清洗待處理工件1的表面，然后進(jìn)行裝爐，將工件1放置在載物臺(tái)6上；

啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)13對(duì)真空爐爐體夾層空氣室進(jìn)行抽真空，同時(shí)啟動(dòng)冷卻系統(tǒng)，當(dāng)真空爐內(nèi)真空度達(dá)到13.3Pa～133Pa時(shí)，通過(guò)進(jìn)氣口8向真空爐內(nèi)充入凈化過(guò)的氨氣，氨氣經(jīng)過(guò)小圓筒2的孔洞均勻分布在整個(gè)真空爐內(nèi)，使工件1周?chē)陌睔鉂舛染猓?/p>

調(diào)節(jié)氨氣的流量，使真空爐內(nèi)的壓強(qiáng)保持在133Pa～1333Pa，然后打開(kāi)供電系統(tǒng)14的電源，真空爐內(nèi)的氨氣在高壓電場(chǎng)的作用下發(fā)生電離，產(chǎn)生輝光放電效應(yīng)；

根據(jù)氮化工藝參數(shù)的不同，可向真空爐內(nèi)連續(xù)通入適量氨氣使?fàn)t內(nèi)氣壓達(dá)到50Pa～3000Pa的真空度，并通過(guò)供電系統(tǒng)14逐步調(diào)節(jié)電壓、電流，控制氮化溫度，通過(guò)流量計(jì)調(diào)節(jié)爐內(nèi)氣壓，使雙層圓筒保持空心陰極放電效應(yīng)；