[發(fā)明專利]面向實驗室的快速氣體滲入工藝及其設備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110348605.6
• 申請日: 2011-11-07
• 公開（公告）號: CN102392209A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設計）人: 封文江;張治國;李國德;王傳銀;董莉;尹小荷;孟萍萍
• 申請（專利權）人: 沈陽師范大學
• 主分類號: C23C8/06
• 分類號: C23C8/06
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 甄玉荃;孫麗珠

技術領域

本發(fā)明涉及一種工藝及其設備，尤其涉及一種面向實驗室的簡易快速氣體滲入或固-氣反應的工藝及設備。該工藝及其設備主要應用于實驗室中。在金屬表面滲入氣體或者固-氣反應，屬于機械行業(yè)的熱處理領域。

背景技術

實驗室中滲氮與滲氫工藝被廣泛的應用于材料改性、材料制備以及功能材料的研制生產(chǎn)。目前，在機械行業(yè)的熱處理領域，滲氮與滲氫(或者固-氣反應)應用甚廣，但其設備落伍，工藝落后大多采用經(jīng)驗來進行操作。實驗室的氣體滲入(或者固-氣反應)設備嚴重落伍，進行樣品制備大多需要特別長的時間(有些為幾天或者幾周)。同時存在嚴重的表面氧化，而且對所滲氣體浪費嚴重，效率特別低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決目前實驗室在金屬表面滲入氣體或者金屬材料制備中固-氣反應所采用的工藝及設備嚴重落伍，使樣品氣體滲入溫度不易掌握、氣體滲入時間過長、造價高及存在嚴重的表面氧化現(xiàn)象的技術問題，提供了一種面向實驗室的快速氣體滲入工藝及其設備。

本發(fā)明面向實驗室的在金屬體表面快速氣體滲入工藝技術解決方案通過如下步驟實現(xiàn)：

1)通過熱重-熱掃描，在293-1473K精確確定滲入氣體最大速率所對應的溫度T_S；

2)在面向實驗室的快速滲入氣體的工藝及其所采用的設備中低于T_S的溫度值真空退火30分鐘以除去吸附在材料表面的雜質氣體；

3)經(jīng)過至少3次用所滲氣體沖洗圓形爐管后，在最佳溫度值T_S下滲入氣體或者進行固-氣反應，在短時間內(nèi)得到樣品。

在上述工藝中所采用的設備，它由爐體及與爐體配套的裝置兩部分組成；所述與爐體配套的裝置包括與爐體內(nèi)徑相應的爐管，爐管的冷卻裝置、充放氣裝置，以及在爐管內(nèi)設有放置樣品的坩堝；在靠近爐管開口端設有環(huán)形冷卻水腔，在所述環(huán)形冷卻水腔上分別有冷卻水出口與冷卻水入口；在所述爐管開口端靠近環(huán)形冷卻水腔處設有與真空機組相連的抽氣通道；在抽氣管道開關閥與爐管之間設有與高壓氣瓶相連的充氣管道，其上設有充氣管道開關閥；在所述爐管開口端采用帶密封圈的爐管螺栓密封。

本發(fā)明的特點及有益效果：工藝簡單，結構合理，在普通滲氮工藝及設備的基礎上進行改進，成本低廉，大大提高了氣體滲入效率(或者固-氣反應效率)，縮短了樣品制備(或者固-氣反應)時間。具體表現(xiàn)在：

采用熱重-熱掃描精確確定氣體滲入(或者固-氣反應)最佳溫度值，改善了原有靠經(jīng)驗來進行氣體滲入(或者固-氣反應)的工藝操作；

采用在滲入氣體前高真空退火用于去除樣品表面的雜質氣體(例如水蒸氣、N₂與O₂等)，可有利于消除表面氧化，大大提高樣品的純度；

采用密閉圓形爐管來進行滲入氣體(或者固-氣反應)，可增加密閉容器內(nèi)氣體壓強，有利于縮短氣體滲入或反應的時間；

管式電阻爐可沿著導軌自由移動、調整，使樣品始終位于爐腔均溫區(qū)的中心，有利于精確控制氣體滲入溫度；

由于在管式電阻爐與充抽氣之間設有冷卻水腔，可有效減少熱量隨著金屬圓形爐管的擴散，有利于保護另一端帶密封圈的爐管螺栓，達到較好的密封效果；

由于在圓形爐管的一側設有垂直的充抽氣管道，進一步減少了操作過程中高溫氣體直接進入真空機組與高壓氣瓶，有利于保護真空機組與各種密封裝置；

該發(fā)明結構簡單，實用性強，可精確控制滲入氣體氣氛與溫度，從而制備出更加符合設計成分的材料，有利于發(fā)掘出材料的最佳性能。

附圖說明

圖1本發(fā)明中所使用設備的結構示意圖

圖2是圖1中與爐體配套部分的結構示意圖

圖3是圖1中爐體部分的結構示意圖

具體實施方式

面向實驗室的在金屬體表面快速氣體滲入工藝，用于在金屬體表面快速滲入氣體(或固-氣反應)工藝，其實現(xiàn)步驟為：

1)通過熱重-熱掃描，在293-1473K精確確定滲入氣體最大速率所對應的溫度T_S；

2)在面向實驗室的快速滲入氣體的工藝及其所采用的設備中低于T_S的溫度值真空退火30分鐘以除去吸附在材料表面的雜質氣體；

3)經(jīng)過至少3次用所滲氣體沖洗圓形爐管后，在最佳溫度值T_S下滲入氣體或者進行固-氣反應，在短時間內(nèi)得到樣品。