[發(fā)明專利]一種軸承鋼的超低溫離子注入強(qiáng)化系統(tǒng)及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710317051.0
• 申請(qǐng)日: 2017-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107164737A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金杰;邵天敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/48
• 分類號(hào): C23C14/48;C21D6/04
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11245
• 代理人: 關(guān)暢,王春霞

1.一種超低溫離子注入強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于：它包括一真空腔室、冷卻工裝系統(tǒng)、測(cè)溫系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)；

所述真空腔室與抽真空系統(tǒng)相連通；

所述真空腔室的頂部設(shè)有金屬離子源和氣體離子源；

所述冷卻工裝系統(tǒng)包括液氮冷卻系統(tǒng)和電制冷系統(tǒng)，所述液氮冷卻系統(tǒng)包括設(shè)于所述真空腔室外的液氮冷卻箱，所述電制冷系統(tǒng)包括設(shè)于所述真空腔室內(nèi)的半導(dǎo)體電控冷卻器；所述半導(dǎo)體電控冷卻器設(shè)于冷卻終端內(nèi)，所述液氮冷卻箱通過(guò)循環(huán)泵和管道循環(huán)，所述管道延伸至所述真空腔室內(nèi)且與所述半導(dǎo)體電控冷卻器相接觸；

所述冷卻終端上設(shè)有測(cè)溫傳感器；

所述測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)于所述真空腔室內(nèi)；

所述智能控制系統(tǒng)控制所述冷卻工裝系統(tǒng)和所述測(cè)溫系統(tǒng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫離子注入強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于：所述真空腔室呈圓柱體形；

所述抽真空系統(tǒng)與所述真空腔室的側(cè)壁相連通。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超低溫離子注入強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于：所述金屬離子源的中心線和所述氣體離子源的中心線與所述真空腔室的中心法線之間的夾角均為10°～20°。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的超低溫離子注入強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于：所述測(cè)溫系統(tǒng)包括溫度信號(hào)接收裝置和朗繆爾探針；

所述溫度信號(hào)接收裝置設(shè)于所述真空腔室的底壁上；

所述朗繆爾探針設(shè)于真空腔室的側(cè)壁上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的超低溫離子注入強(qiáng)化系統(tǒng)，其特征在于：所述冷卻工裝系統(tǒng)的溫控范圍為-220℃～-60℃。

6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述超低溫離子注入強(qiáng)化系統(tǒng)在強(qiáng)化軸承鋼中的應(yīng)用。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于：采用深冷強(qiáng)化處理方法和/或離子注入方法強(qiáng)化所述軸承鋼。

8.一種軸承鋼的超低溫離子注入強(qiáng)化方法，包括如下步驟：

(1)將軸承鋼置于權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述超低溫離子注入強(qiáng)化系統(tǒng)中的所述真空腔室內(nèi)的所述冷卻終端上，并利用所述抽真空系統(tǒng)對(duì)所述真空腔室抽真空；

(2)采用所述氣體離子源發(fā)射的氣體離子束對(duì)所述軸承鋼進(jìn)行清洗；

(3)經(jīng)下述步驟1)-2)或步驟a)-c)即實(shí)現(xiàn)對(duì)所述軸承鋼的強(qiáng)化：

1)采用離子注入方法，通過(guò)所述氣體離子源和所述金屬離子源向經(jīng)步驟(2)處理后的所述軸承鋼的表面交替注入氣體離子和金屬離子；

2)采用所述冷卻工裝系統(tǒng)對(duì)經(jīng)步驟1)處理的所述軸承鋼進(jìn)行深冷強(qiáng)化處理；

a)采用所述冷卻工裝系統(tǒng)對(duì)經(jīng)步驟(2)處理的所述軸承鋼進(jìn)行深冷強(qiáng)化處理；

b)采用離子注入方法，通過(guò)所述氣體離子源和所述金屬離子源向經(jīng)步驟a)處理后的所述軸承鋼的表面交替注入氣體離子和金屬離子；

c)采用所述冷卻工裝系統(tǒng)對(duì)經(jīng)步驟b)處理的所述軸承鋼進(jìn)行所述深冷強(qiáng)化處理。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超低溫離子注入強(qiáng)化方法，其特征在于：步驟(1)中，抽真空至5.0×10^-4Pa～7.0×10^-4Pa；

步驟(2)中，所述氣體離子束采用氬氣源；

所述氣體離子束的引出電壓為1～3kV；

所述清洗的時(shí)間為10～30分鐘。

10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的超低溫離子注入強(qiáng)化方法，其特征在于：步驟(3)2)或步驟(3)a)中，所述深冷強(qiáng)化處理的溫度為-220℃～-60℃之間的恒定溫度或變化溫度，時(shí)間為10～20小時(shí)。