[發明專利]一種節能離子滲氮爐

有效

• 申請號: 201310697318.5
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103614689A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 高春英;高蕊;莊光山;孫玉璞
• 申請（專利權）人: 高春英;高蕊;莊光山
• 主分類號: C23C8/36
• 分類號: C23C8/36
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 崔苗苗

技術領域

本發明涉及一種熱處理設備，特別涉及一種節能離子滲氮爐，屬于材料表面處理技術領域。

背景技術

離子滲氮爐的工作原理為真空爐內通入含氮、氫的氣體，工作壓力在133Pa～1330Pa之間，屬超低真空爐。被處理工件置于陰極盤上或吊裝在陰極上，接通電源，使電壓逐漸升高，當電壓超過氣體著火電壓后，兩極間的稀薄氣體電離，并在工件表面產生輝光放電，工作時輝光層一般控制在3～5mm。被電離的氮、氫等正離子以極大動能沖擊工件表面，把工件加熱到所需溫度，同時氮離子在工件表面產生復合、化學反應和吸附、擴散的物理化學過程，比較快的形成滲氮層。離子滲氮比氣體滲氮有明顯的優點：生產周期短，滲層性能優良（硬度高、耐磨、耐蝕），環保節能，工件表面銀光閃閃，工件變形小。

現有的離子滲氮爐多是由真空放電爐體和電控系統組成的先進熱處理設備。真空放電爐體由圓形底座和鐘罩式上爐體兩大部分組成。底座上的圓盤有雙層鋼板焊成密封式，中間通冷卻水。圓盤邊緣車有凹槽，槽中放硅橡膠密封圈如圖1示。圓盤上放3個絕緣柱，3個絕緣柱支撐圓環鋼板加工成的陰極盤，工件放置于陰極盤上。電源的陰極通過底座上的絕緣柱用螺桿固定在陰極盤上。熱電偶通過絕緣的石英管固定在陰極盤上，頭部再套一個鋼制測溫頭。上爐體為陽極，由雙層鋼板焊在圓環上，雙層板間通冷卻水。上爐體上設有上、中、下3個觀察孔，功率小的爐體設兩個，觀察孔中間有兩層耐熱的鋼化玻璃，加聚四氟乙烯密封圈密封，頭部用帶絲扣的環狀螺圈擰緊固定。爐體底部有真空管道閥門和二臺真空泵連接。爐體頂部或底部有進氣管道。這種爐體結構爐內無任何保溫措施，能耗太大，為解決這一問題電爐生產廠家在爐體內又加了一層或二層隔熱屏，隔熱屏上也有相同數目觀察孔，氣體可在隔熱屏和鐘罩間流動。

這種結構目前存在的主要技術問題是：其一，上部進氣管與下部的抽真空管同處于真空爐體內，氣體流動明顯，使對流傳熱增強，因此爐屬低溫爐，又是超低真空爐，爐內應以對流傳熱為主，因此隔熱屏的作用不大，耗電量大。其二，測溫主要靠人目測（因工件溫度在550～560℃在暗處觀看時剛由黑發暗紅色），儀表溫度僅作參考，測溫不準。其三，此爐屬超低真空爐且是動平衡下的真空，爐內75％是導熱能力極強的氫氣，雖加隔熱屏，但爐內溫差仍然很大，爐溫不均，通過金相分析發現，被處理的長桿件上、中、下各部，較小工件的上、下、左、右滲氮層厚度很不均勻。

發明人從事熱處理設備教學多年，革新、改造多臺實驗室、大型企業用離子滲氮爐并進行大量試驗。此爐是集多學科于一體的綜合爐體，有兩大特征：其一，工件表面積起電熱元件作用，且保溫時需連續供電，工件表面功率≥0.2～0.3W/cm²，表面電流密度≥0.3mA/cm²。其二，爐內有75％以上的導熱能力極強的氫氣，爐內氣體由流量計不停地輸入，又被真空泵不停地排出，是屬動平衡下的超低真空體。以上兩點證明此爐必須加保溫層，且要精確計算出保溫層的厚度。電阻爐保溫層越厚，溫度場越均勻、節電，一般厚在300mm～500mm。而離子滲氮爐不但要有保溫層，而且還要滿足工件保溫時的表面功率和表面電流密度的最低要求。若保溫層過厚，離子轟擊的能量不夠，影響滲氮質量。

發明內容

本發明的目的是克服上述不足，提供一種節能離子滲氮爐。

本發明采取的技術方案為：

一種節能離子滲氮爐，包括帶冷卻水夾層的上爐體筒體、圓形底座、陰極盤、陰極盤下的真空抽氣管道、固定在陰極盤的測溫裝置，在上爐體筒體的內側及圓形底座上面設有保溫層，上爐體筒體內側的保溫層包括不流動的爐氣、耐火材料和鋼筒體，保溫層中耐火材料纏在鋼筒體外側，鋼筒體內側為陽極，圓形底座上面的保溫層包括不流動的爐氣、耐火材料和鋼板，鋼筒體和鋼板將保溫層內不流動的爐氣與爐內氣體相隔，保溫層內的氣體進入管從爐體底部伸到頂部，在爐體頂部穿過保溫層通過均勻布氣管進入爐內，10-500kw的爐子保溫層厚2-28cm。

爐子的測溫裝置包括凱裝熱電偶，熱電偶外部套著石英管，石英管的外部套有測溫頭，測溫頭中心頂部有盲孔（沒鉆透的孔），石英管與熱電偶頂部融為一體，并與測溫頭頂部孔部位緊密貼在一起，無氣體隔斷，測溫頭厚度與工件的有效厚度一致，測溫頭高度與工件一致或成比例，保證與工件同溫。均勻布氣管包括與氣體進入管頂端連接的三通管，三通管連接兩直管，每個直管連著一個弧形管，兩個弧形管圍成近圓形，弧形管上布有向爐內中心方向的出氣孔。

上爐體的保溫層上設有觀察孔和觀察孔密封裝置，防止爐內流動的氣體進入保溫層內。