[發明專利]新型輝光離子滲氮設備

無效

• 申請號: 201110167201.7
• 申請日: 2011-06-21
• 公開（公告）號: CN102234756A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 盧銀德
• 申請（專利權）人: 山東省濰坊生建機械廠（集團）
• 主分類號: C23C8/36
• 分類號: C23C8/36
• 代理公司: 濰坊鳶都專利事務所 37215
• 代理人: 周帥

技術領域

本發明涉及滲氮設備，具體涉及一種輝光離子滲氮設備。

背景技術

機械零件的滲氮是在一定溫度下（一般在Ac1以下）使活性氮原子滲入工件表面的化學熱處理工藝。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重等問題，在生產實踐中應用較少。氣體滲氮是將被處理的零件加熱到一定的溫度（一般是：450℃～600℃），通入含氮的分解氣體，經過長時間的保溫，然后使零件表面獲得高的表面硬度的化學熱處理方法，這種工藝方法是由氣體滲氮設備完成的。

該工藝方法的優點是：①設備結構簡單；②對零件的結構無特殊要求，尤其對深內孔、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用。但是隨著我國國民經濟發展水平的不斷提高，以節約能源、減少排放為代表的綠色、可持續發展戰略方針得以確立。在這一社會背景下，氣體滲氮設備的能耗高、有害氣體排量大、生產效率低、質量不易控制等缺點逐步顯露出來，在生產實踐中，氣體滲氮設備已逐步成為淘汰的工藝裝備。

輝光離子滲氮設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熱處理工藝設備，如圖1所示，現有的輝光離子滲氮設備包括爐體、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負極電連接，連接活動罩3內壁上的滲碳陽極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腔連通的輸氣管7，輸氣管上自爐體由近及遠依次串接有流量計8、分解爐9和閥門11，輸氣管的進氣端與氣瓶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。與傳統的氣體滲氮相比，現有的輝光離子滲氮設備具有滲入速度快，滲層氮化物結構形態容易控制，零件變形小，節約能源，少、無污染排放等優點。但是，該設備對被處理零件的結構要求較高，尤其是對深內孔、盲孔類零件的內表面無法進行滲氮處理。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，產生輝光放電，在陰極壓降區，氣體電離成正負離子(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生反應，產生活性原子滲入工件內部形成滲層，轟擊零件表面的離子動能來自正負極形成的電場作用，因此運動軌跡是直線性的，深盲孔或深通孔由于其結構的特殊性，正離子很難完整地轟擊到整個深孔零件的內表面，即深內孔類零件在采用傳統的離子轟擊法進行滲氮處理時，必然存在滲氮盲區，從而嚴重影響零件的滲氮效果。此外，深內孔類零件在結構上類似于空心陰極，空心陰極內離子束彼此匯合，使輝光區匯集在一起，電流密度不斷增大，使深內孔類零件內表面溫度迅速升高，引起“空心陰極”效應，一旦出現“空心陰極”效應，離子滲氮會因溫度太高而無法進行。

進入上世紀九十年代，脈沖離子滲氮電源的出現，為深內孔類零件的內表面滲氮問題地解決創造了條件，但是經過實踐證明，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能夠得到較好的滲氮效果。當孔類零件的長徑比大于10時，深內孔類零件的內表面因“滲氮盲區”和“空心陰極”效應的存在，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，降低了生產效率。

因此，設計一種新型離子滲氮設備，系統地解決深孔類零件內表面的滲氮問題顯得非常迫切。

發明內容

一般深內孔類零件是結構對稱的回轉體型零件，在機械性能上要求經離子滲氮處理后應具有性能對稱性，為得到對稱的滲氮效果，將零件放置在滲氮區域中心軸線位置進行研究，以進行滲氮盲區公式推導，參見圖2，圖中附圖標記25代表爐體，附圖標記26代表深內孔類零件，?m為深內孔類零件離子滲氮盲區高度，l為深內孔類零件的孔深；L為滲氮陽極的有效高度，D為爐體有效直徑，d為深內孔類零件內孔直徑。

圖2中：因為△ABC和△EFC為相似三角形，所以有：

????????????(1)

因為△ABC和△AGF為相似三角形，所以有：

所以有：

????????(2)

將公式（2）代入公式（1）可得：

????????????（3）

從圖2可以看出：?????（4）

將公式（3）代入公式（4）可得：

???????（5）