[發明專利]離子滲氮磁場輔助設備、處理系統及方法

在審

• 申請號: 202110874697.5
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113584425A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 李楊;何永勇;邵明昊;張哲浩;王政偉;高雪鵬;盧金鵬;郭恒蛟;董永康;趙亞晴
• 申請（專利權）人: 煙臺大學
• 主分類號: C23C8/36
• 分類號: C23C8/36
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本公開提出了一種離子滲氮磁場輔助設備、處理系統及方法，設備包括：絕緣殼體，適于放置于離子滲氮爐內，絕緣殼體為密閉殼體，用于屏蔽離子滲氮爐內的高壓電場；和多個繞線方式相同且沿絕緣殼體的周向均布于絕緣殼體內的電磁鐵組，各電磁鐵組包括若干電磁鐵，且相鄰的兩個電磁鐵的繞線方式相反，通過多個電磁鐵組在離子滲氮爐內形成可控的磁場，以改變金屬工件表面電子的運動軌跡和金屬工件的磁疇。系統包括：離子滲氮爐、離子滲氮磁場輔助設備、變壓器、真空泵、供氣瓶和電氣控制柜。方法包括向爐體內通入含有氮元素的氣體，并向金屬工件提供間斷的磁場。本公開可提高離子滲氮爐內的離子體密度，有效增加滲氮層厚度，以此提高滲氮質量。

技術領域

本公開涉及金屬材料表面離子滲氮處理技術領域，特別涉及一種離子滲氮磁場輔助設備、處理系統及方法。

背景技術

離子滲氮技術是近年來比較熱門的一種表面化學熱處理方式，其原理是利用輝光放電將含氮氣體離化而產生等離子體，輝光放電產生的等離子體在工件偏壓電場的加速作用下高速撞擊工件表面，從而使工件表面吸附氮原子并向內擴散形成滲氮層。離子滲氮技術具有滲氮速率快、氮化層質量優越、對復雜外形的工件易于獲得均勻的滲氮層、節能環保等優點。但是對于常規離子滲氮過程，普遍存在滲氮效率低、滲氮所需溫度較高、材料表面易出現疲勞點蝕及表面脫落等缺陷。以低合金鋼不銹鋼滲氮技術為例，鉻元素與氮元素之間有很強的親和力，限制了氮的擴散。而隨著所要求的滲氮層厚度的增加，所需滲氮時間也成倍增加，導致所需成本也成倍增加，滲氮效率大幅降低，同時滲氮層厚度具有一定的上限。且深層滲氮效率差，耗時長，工件表面的滲氮質量不高。為了降低成本，提高生產效率，增加滲氮層厚度，縮短深層滲氮的工藝時間，人們不斷探索改進常規離子滲氮的可行方法。

另一方面，濺射鍍膜是用荷能粒子轟擊固體靶材，使靶材原子濺射出來并沉積到基體表面形成薄膜的鍍膜技術。近年來，對磁控濺射技術及有關磁控濺射各個過程的物理機制的研究有了長足的進展，其靶材溫升慢、沉積速率高兩大顯著特點被廣泛應用于各種材料薄膜的制備。磁控濺射的原理是利用均勻正交電磁場中電子的長幅擺線運動，使電子的空間運動軌跡大大延長，從而增加了氣體的電離幾率。電子每經過一次碰撞損失一部分能量，經多次碰撞后，喪失了能量，進入離陰極靶面較遠的弱電場區，最后到達陽極時已是能量消耗殆盡的低能電子，也就不會使基片過熱，因此基片溫度可大大降低。

相關技術一般將氣體滲氮、鹽浴滲氮等技術與磁控濺射技術進行組合，實現磁控滲氮復合處理。復合處理可以制備更深的擴滲層，提高生產效率，但氣體滲氮存在工藝周期長，氨氣消耗量大，污染嚴重等缺點，而鹽浴處理對幾何形狀復雜的工件覆蓋性較差。

發明內容

本公開旨在解決上述問題之一。

為此，本公開提出了一種可提高離子擴滲爐內的離子體密度，有效增加滲氮層厚度，以此提高滲氮質量的離子滲氮磁場輔助設備。

本公開實施例的離子滲氮磁場輔助設備適于放置于離子滲氮爐內，所述離子滲氮爐內具有用于放置金屬工件的工件臺，所述離子滲氮磁場輔助設備包括：

絕緣殼體，所述絕緣殼體適于放置于所述離子擴滲爐內且位于所述工件臺的下方，所述絕緣殼體為密閉殼體，用于屏蔽所述離子滲氮爐內的高壓電場；和

多個電磁鐵組，多個所述電磁鐵組的繞線方式相同且沿所述絕緣殼體的周向均布于所述絕緣殼體內，每個所述電磁鐵組包括若干電磁鐵，且相鄰的兩個所述電磁鐵的繞線方式相反；多個所述電磁鐵組用于在所述離子擴滲爐內形成可控的磁場，以改變所述金屬工件表面電子的運動軌跡和金屬工件的磁疇。

本公開實施例提供的離子滲氮磁場輔助設備，具有以下特點及有益效果：