[發明專利]離散多陽極鐘罩式離子氮化爐

在審

• 申請號: 201710310512.1
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN106929796A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 盧金生;王棟;李大磊;張銀霞;徐廣濤
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C23C8/36
• 分類號: C23C8/36;C23C8/24
• 代理公司: 鄭州異開專利事務所(普通合伙)41114
• 代理人: 韓華

技術領域

本發明涉及鐘罩式離子氮化爐，尤其是涉及離散多陽極鐘罩式離子氮化爐。

背景技術

輝光離子氮化由于滲氮速度快、表面硬度高、脆性小、抗疲勞、變形小、節能環保等優勢被廣泛地應用于精密關鍵構件表面硬化，如齒輪、軸、螺桿、機床零件、模具、冶金機械等。

離子氮化過程中，工件表面輝光放電的電流密度是不均勻的，一般為0.5~5 mA/cm²，電流密度分布特點是：靠近陰極盤的下部電流密度大而上部較小。輝光放電的電流密度與氣體壓力、氣體成份、溫度、表面導電性、陰陽極距離等多種因素有關。

離子滲氮時溫度不均勻是由離子滲氮零件的加熱和散熱特點所決定的。當零件在單位時間內獲得的熱量和散失的熱量在某一溫度下恰好相等時，該溫度就為平衡溫度；而溫度不均勻就在于零件各處的平衡溫度不同。

輝光放電加熱包含三種能量變換，電能→離子、中性原子的動能→零件的熱能。因此電流密度的大小是零件獲得熱量多少的主要標志。放電主要由陰極位降區所決定，但還受制于以下因素的影響：

1、陰陽極距離：當陰極電壓一定時，陰極位降較低，離子和中性氣體粒子的能量較小，零件的溫度偏低。陰陽極距離不同，零件表面各處的電流密度也是有差異的，這種差別隨著爐壓的增加而增大；當陰陽極距離比較懸殊時，或爐壓較高時，這種影響因素常常是導致溫度不均勻的主要原因。

2、氣體成分不均勻：直接用氨氣作氣源時，由于氨氣在爐內流動過程中逐步電離分解，所以在爐內由上而下的氣相組成是逐漸變化的。

3、氣體流動不均勻：氣體流經零件表面的流速不同會引起局部氣壓和氣體密度的波動，這就會造成電流密度的波動。

4、零件上的溝槽、小孔由于輝光重疊，電流密度增大，造成所謂的輝光集中，這些地方升溫很快，溫度將高于輝光正常的地方。

5、零件的“形狀效應”對溫度的影響：在輝光均勻分布的零件上，不同零件或一個零件的不同部位的表面積與重量之比是不同的。表面積與重量之比大，意味著其得到的加熱能量多，這些地方升溫較快，最后穩定的平衡溫度也比表面積與重量之比小的零件高。

綜上所述，影響離子氮化爐溫度均勻度的因素很多，相互作用，錯綜復雜。而滲氮時零件表面各處的溫度均勻一致是保證滲氮層質量和減小變形的重要因素，對于長軸類零件滲氮，嚴重時溫度高低能相差幾十度甚至上百度，致使長軸類零件上、下硬度有高有低，滲氮層深淺不一，變形超差。

發明內容

本發明目的在于提供一種離散多陽極鐘罩式離子氮化爐，以改善現有的長軸類零件離子氮化過程中產生的上、下溫度不均勻性，解決長軸類氮化件的氮化層硬度、深度相差較大問題。

為實現上述目的，本發明采取下述技術方案：

本發明所述離散多陽極鐘罩式離子氮化爐，包括設有進氣口和出氣口的鐘罩式爐體和離子脈沖電源；所述鐘罩式爐體由爐體底座、設置在所述爐體底座上的爐筒、爐罩、通過絕緣支座設置在爐體底部的陰極盤組成；所述爐體由爐罩和多節爐筒組合而構成；所述爐罩和每節爐筒的爐壁自外向內依次由水冷夾層結構的外壁、內壁、隔熱屏和輝光放電陽極組成；爐罩和每節爐筒的所述輝光放電陽極相互獨立，各個輝光放電陽極分別與所述離子脈沖電源對應的一個正極輸出端連接，所述爐體陰極與離子脈沖電源的負極輸出端連接，爐罩和每節爐筒的所述外壁電氣接地；爐罩和每節爐筒的爐壁上均設置有熱電偶。

所述離子脈沖電源包括三相整流變壓器、由移相觸發電路控制觸發角度的兩個三相半控橋式電路、LC濾波儲能電路、斬波器單元；所述三相整流變壓器的原邊繞組與三相交流電源連接，副邊為兩組三相繞組，分別按Yny0/y6接法連接，每組所述的副邊繞組分別與對應的一個所述三相半控橋式整流電路輸入端連接，兩個所述的三相半控橋式整流電路串聯后與所述LC濾波儲能電路輸入端連接，LC濾波儲能電路的輸出端與多個相互并聯的所述斬波器單元輸入端連接，每個斬波器單元的正極輸出端分別與對應的一個所述輝光放電陽極連接；所述移相觸發電路的輸入控制端與PI調節器的輸出控制端連接，所述PI調節器的信號輸入端與電壓給定信號及電壓傳感器的信號輸出端連接，所述電壓傳感器的信號輸入端與LC濾波儲能電路的輸出端連接。