[其他]無外加熱源真空離子滲碳

無效

• 申請號: 86102217
• 申請日: 1986-04-08
• 公開（公告）號: CN86102217A
• 公開（公告）日: 1987-10-21
• 發明（設計）人: 楊烈宇;李國卿;魯濟順;楊道正
• 申請（專利權）人: 大連海運學院
• 主分類號: C23C8/36
• 分類號: C23C8/36
• 代理公司: 大連海運學院專利事務所
• 代理人: 焦憲長

本發明屬于化學熱處理，更具體地說是用于離子滲碳的設備和方法。

目前國內外采用的先進滲碳方法主要有：氣體滲碳，真空滲碳和真空離子滲碳。真空滲碳克服了氣體滲碳的某些缺點，真空離子滲碳是目前優于氣體滲碳和真空滲碳的一種滲碳技術。它是在真空爐內利用電阻熱源的作用，先把工件加熱到滲碳溫度后，再向爐內通入滲碳氣體，并在工件（陰極）和陽極之間施加直流電壓，使氣體電離，產生輝光放電實現滲碳的。

人們曾探索過在本來無外加熱源的普通離子氮化爐中實現工業用高溫離子滲碳，但都未能突破。如日本山中久彥在“鑄鍛造與熱處理”（見《最近熱處理技術動向》1983.2，No423）和門·波茲（M.Both）在“（英文）金屬熱處理”（見《等離子滲碳的理論與實踐》1983.2）文章中都曾指出，在普通離子氮化設備中，即使耗費大功率，單靠離子轟擊加熱，欲使工件達到滲碳溫度是不可能的，即必須依靠有外加熱源的真空爐才能實現。本發明正是在現行的普通離子氮化爐中不加外加熱源實現了工業性高溫離子滲碳。

真空離子滲碳相對于真空滲碳而言具有：滲速快，滲碳效率高，溝槽、細盲孔處理效果好，工藝參數容易控制和較為省電省氣等優點。但它依然存在真空滲碳所具有的設備投資大，有效利用空間小，長大零件處理受限制以及生產成本較高等缺點。

本發明的目的之一是在常用于650℃左右的普通離子氮化爐中，保持原爐功能，不附加任何外熱源，只靠離子轟擊來實現920～1050℃的工業用高溫離子滲碳，提高滲碳速度。

本發明的目的之二是克服有外加熱源真空離子滲碳爐有效利用空間小，長大零件不便處理的缺點，同時又能做到不采取任何措施而實現工件的局部滲碳。

本發明的目的之三是克服有外加熱源真空離子滲碳設備投資大，耗電耗氣量較大等缺點。

實現本發明的方案是：

根據異常輝光放電疊加原理，在由陰極輸電裝置、陽極、進排氣裝置和爐底板以及爐殼組成的普通離子氮化爐中，在陰極輸電裝置的陰極盤上放置的被滲碳工件（以下簡稱工件）的周圍置有一定形狀的金屬套，其上均布有通孔。

為了現行的普通離子氮化爐的陰極輸電裝置能承受920～1050℃的滲碳溫度，本發明將其導柱部位加設了水冷裝置，絕緣瓶材料采用耐急冷急熱的云母陶瓷，陰極承件盤及其下面的間隙屏蔽盤采用熱強鋼或耐熱鑄鐵材料制成。陰極承件盤的厚度為20～40mm（視爐子的功率和最大裝爐量選取），屏蔽盤的厚度≥5mm。

為保證滲碳質量，提高滲碳速度和節約滲劑，本發明在普通離子氮化爐進排氣裝置的進氣管頂部接一可移開的帶孔的散流環形管，孔的位置朝向爐的頂部，使進爐氣氛不直接與工件接觸，而是先由散流環形管上的孔將氣氛噴到爐的頂部后，反射回來再到達工件。在陰極盤與爐底板之間裝置一與普通離子氮化爐排氣管制成一體的帶孔的環形排氣管，孔的位置朝向爐底板，即構成一下吸式排氣管，使得廢氣經陰極盤四周均勻吸氣后再集中排出。這樣的進排氣裝置可保證滲碳氣氛在放電地帶有一最低臨界停留時間，使滲碳氣氛到達工件區域后，能迅速被電離以建立起高濃度梯度的活性碳勢提高滲碳速度，同時保證消除氣體在爐中出現渦流和死角，使滲碳氣氛得到充分有效利用，以及使爐內溫度和氣壓分布均勻。

為保證盡可能隔熱，不致造成高溫工件的熱損失，即節約能耗，可另制作能方便吊進吊出的夾層筒狀陽極來取代現行普通離子氮化爐用爐殼作陽極。

測溫方法系采取在金屬套與工件之間且靠近工件2～5mm處放置熱電偶。

本發明選用96.5%的丙酮為滲碳氣，99.9%的氨氣為載氣或稀釋劑。為滿足工件表面的滲碳濃度和滲層深度以及滲層濃度分布的要求，本發明系通過改變滲碳階段和擴散階段氣氛比例來實現。

本發明的操作規程和工藝規范是：

1.按常規普通離子氮化爐操作方法，開泵抽真空度為5×10^-2托時，送直流電，然后送入小于5托的低氣壓氨氣，再將電壓調至400～500V，電流調至1～2mA/cm²，進行離子轟擊預升溫。

當溫度到達500℃時，送入丙酮/氨＝ 1/10 的混合氣;到達800℃時，調電壓至700～800V，電流至3～4mA/cm²，送入丙酮/氨＝ 1/2 的混合氣。到達滲碳溫度后，按下列工藝參數進行：

1）氣氛流量比-滲碳階段氨（99.9%）/丙酮（96.5%）＝1∶（1～1.2）;擴散階段氨/丙酮＝（1.2～1.5）∶1。

2）氣壓-5～15托。