[發明專利]一種氣體弧光放電裝置、與真空腔體的耦合系統及離子滲氮工藝

在審

• 申請號: 201910363012.3
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN109943801A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 劉興龍;藺增
• 申請（專利權）人: 泰安東大新材表面技術有限公司;東北大學
• 主分類號: C23C8/38
• 分類號: C23C8/38
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 呂薇

本發明提供一種氣體弧光放電裝置、與真空腔體的耦合系統及離子滲氮工藝，利用熱陰極電子發射原理與輔助陰極進行配合產生等離子體，通過該裝置的磁場模塊與腔體軸向磁場模塊耦合進行等離子體滲氮。通過控制氣體弧光放電裝置與腔體軸向磁場的參數進行耦合，選取最佳磁場參數，增加真空腔體內等離子體能量及密度，獲得最佳的滲氮效果。利用本發明的裝置和方法，對316L奧氏體不銹鋼進行60min等離子體滲氮處理，滲氮層的硬度可以達到1100HV_0.05,滲氮深度可以達到50μm上，滲氮層中無氮化物析出，且滲氮層為單一的γ_N相，保證了滲氮工件的高硬度和高耐磨損性能。

技術領域

本發明屬于金屬材料表面處理技術領域，尤其涉及一種氣體弧光放電裝置、與真空腔體的耦合系統及離子滲氮工藝。

背景技術

傳統的離子滲氮工藝的使用會產生對環境或者人身安全具有一定危害的含N元素的氣體或者N₂與H₂的混合氣體。在傳統輝光離子滲氮技術中，有的使用純氮氣作為工作氣體，但傳統的輝光滲氮工藝普遍滲氮效率非常低，并且得到的滲氮層厚度比較薄；并且隨著滲氮時間的增加會在工件表面形成一層氮化物的析出層，會影響材料本身的機械性能或者耐腐蝕性能；在傳統的輝光離子滲氮中，工件作為放電陰極而存在，如果工件上存在小孔、縫隙，或者零件之間的間隙太小，會在上述部位產生空心陰極放電現象，造成工件局部燒傷。活性屏離子滲氮、空心陰極離子滲氮技術雖然解決了傳統輝光滲氮作為放電陰極這一缺陷，但是仍然存在滲氮效率低，隨著滲氮層深度的增加工件表面有氮化物析出層出現的問題。

發明專利(CN102134706A)公開了一種等離子體弧光氮化裝置，該公開發明專利將等離子弧光氮化裝置放置于真空室上面。在該公開發明專利中陰極筒與熱絲分別由兩個獨立的電源供電。上述裝置中的結構會導致附圖中2熱絲與空心陰極筒18的電位不同，在劇烈的弧光放電中因為兩電極之間的電位不同導致兩者之間發生放電現象，這在弧光放電中極易造成2(熱絲)與18(空心陰極筒)的損傷，在實際生產過程中是應該避免的。并且將弧光放電裝置放置于真空室的上面，因為靠近弧光氮化裝置越近等離子體能量、等離子體密度、弧光對工件的輻射熱量越高，則會導致工件轉臺9上的上下不同位置的被處理工件8的處理效果不同。

實用新型專利(CN205088299U)公開了一種弧光放電型離子源裝置，在該公開實用新型專利中電弧電源6的正極與金屬電極的正極相連接，負極與密封圓筒12相連接；密封圓通作為弧光放電型離子源裝置的陰極，而空心圓筒13屬于零電位懸浮在密封圓筒12內部；金屬電極2放置于空心圓筒內部。在該實用新型專利中電弧電源的負極所連接的密封圓筒12與熱絲即金屬電極2之間會產生電壓差，在長時間的弧光放電工作中會導致密封圓筒12或者金屬電極2被擊穿，導致整個真空系統暴露在大氣壓下，這對真空設備的損傷是非常大的；并且由于密封圓筒12在工作過程中作為陰極存在，所以會產生輝光放電現象，導致密封圓筒在長時間的使用過程中被損耗，同時金屬電極2也存在上述情況。在該實用新型專利中沒有輔助陽極引出系統，單純的靠聚焦線圈的作用只是對電子有一定的作用，聚焦線圈很難將弧光離子源中的離子引出。

針對上述弧光放電裝置及輝光及弧光離子不銹鋼滲氮工藝中存在的缺陷，亟需一種高效、改善滲氮層質量的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氣體弧光放電裝置及通過該裝置產生的弧光放電進行滲氮的方法。弧光放電對工作氣體的離化率明顯高于輝光放電，并且弧光放電比輝光放電劇烈。通過該方法制備的滲氮層，均勻性好，滲氮效率高，滲氮層深，克服了傳統輝光滲氮因空心陰極效應引起的工件燒傷，滲氮層有氮化物析出，滲氮層薄，滲氮效率低等問題。

本發明提供的一種氣體弧光放電裝置，通過該裝置，與真空腔體上的軸向磁場及輔助陽極耦合來提高等離子體能量及密度的結構，用于弧光等離子體滲氮。具體技術方案如下所述：

一種氣體弧光放電裝置，包括金屬筒模塊、第一電磁線圈模塊、熱絲電極模塊、真空壁和絕緣體；