專利名稱：保溫式多功能離子化學(xué)熱處理裝置的制作方法
保溫式多功能離子化學(xué)熱處理裝置技術(shù)領(lǐng)域.本發(fā)明涉及一種利用直流輝光放電產(chǎn)生的等離子體對黑色金屬材料表面進(jìn)行離子化學(xué)熱 處理的裝置。
技術(shù)背景傳統(tǒng)的直流離子化學(xué)熱處理是將被處理工件罩于低真空爐內(nèi)，工件上接直流負(fù)高壓，使 之產(chǎn)生氣體輝光放電。在直流電場作用下，正離子轟擊工件拜面，將工件加熱到所需要的處 理溫度。氣體輝光放電產(chǎn)生的等離子體加快了化學(xué)反應(yīng)速度，提高了處理質(zhì)量。但是，接在 工件上的直流負(fù)高壓也帶來一些難以克服的技術(shù)問題，如工件表面打弧、工件溫度不均勻、 難以準(zhǔn)確測量工件溫度、工件表面易產(chǎn)生空心陰極效應(yīng)和電場效應(yīng)、大小工件不能混裝、直 流高壓電源容易過流損壞等。這些問題一直阻礙了離子化學(xué)熱處理技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用。為解決這些問題，美國專利說明書US—5,989,363提出一種活性屏離子滲氮技術(shù)。它是 在離子滲氮爐內(nèi)放置一個鐵制的籠子，籠子與直流輝光放電電源的負(fù)極相接。被處理工件置 于籠子的中間，呈電懸浮狀態(tài)，或接0 一200V的負(fù)偏壓，兩個直流電源的正極均接在爐體 外殼上，并接地保護(hù)。在活性屏離子滲氮過程中，籠子同時(shí)起到加熱工件和提供離子滲氮載 體的作用。但我們的研究發(fā)現(xiàn)，在上述條件下，如果籠子直徑大于200毫米，籠子中間的工 件無法滲上氮。這種結(jié)構(gòu)的離子滲氮裝置也只能用于滲氮--種處理。另外，傳統(tǒng)的直流離子滲氮爐的真空爐體結(jié)構(gòu)大多都是采用水冷式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)不但 要消耗大量的冷卻水和電能，而且爐內(nèi)中間的工件溫度高，靠近爐體的工件溫度低，造成爐 內(nèi)工件徑向溫度分布很不均勻，影響到爐內(nèi)工件的處理質(zhì)量。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是要提供一種能夠解決傳統(tǒng)離子化學(xué)熱處理爐存在的上述技術(shù)問題，而且 還能滿足各種不同離子化學(xué)熱處理工藝的要求。 .本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在真空爐內(nèi)放置一個鐵制的籠子，并與直流輝光放電電源 的負(fù)極相接。被處理的工件罩在籠子內(nèi)，將直流偏壓電源的負(fù)極接在工件上。兩個直流電源 的正極均接在爐殼上，并接地保護(hù)。在離子化學(xué)熱'處理過程中，籠子起到加熱工件和激活真 空室內(nèi)反應(yīng)氣體的作用。開始工作時(shí)，籠子先接通直流高壓電源，使之產(chǎn)生輝光放電并加熱 籠子。在籠子的熱輻射作用下，工件被加熱到化學(xué)熱處理所需要的溫度，這時(shí)接通工件上的 直流負(fù)偏壓電源，開始進(jìn)行化學(xué)熱處理。根據(jù)不同化學(xué)熱處理工藝的要求，接在籠子上的負(fù) 高壓與接在工件上的負(fù)偏壓可以同時(shí)通電，也可以按要求分別通電。若同時(shí)通電，工件上的負(fù)偏壓值應(yīng)大于陰極濺射電壓(>300V)，但始終要低于籠子上的直流負(fù)高壓值。由于在離子 化學(xué)熱處理過程中，籠子上的直流負(fù)高壓始終高于接在工件上的直流負(fù)偏壓，所以傳統(tǒng)離子 滲氮技術(shù)^的工件表面打弧、工件容易產(chǎn)生空心陰極效應(yīng)和電場效應(yīng)、直流高壓電源容易過 流損壞等問題都得到了解決。由于籠子還起到輔助加熱工件的作用，使工件的溫度均勻性差、 工件測溫困難、大小工件不能混裝等問題也得了到解決。尤其是在真空爐體的外壁包覆一層 厚的保溫材料后，進(jìn)一步提高了爐內(nèi)空間的溫度和工件的溫度均勻性，節(jié)能效果也十分顯著。 在離子化學(xué)熱處理結(jié)束后，可以在保溫層和反應(yīng)室外壁之間強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，以加快工件的冷 卻速度。本發(fā)明因?yàn)椴捎昧藘商字绷鬏x光放電電源，并在爐內(nèi)設(shè)置了一個鐵制籠子作為內(nèi)加熱源 和作為激活反應(yīng)氣體的離子屏的雙重作用，這樣就可以靈活地運(yùn)用這兩套直流電源和離子屏， 進(jìn)行各種離子化學(xué)熱處理，如離子滲氮、離子氮碳共滲、離子軟氮化+后氧化、離子滲硫和等 離子體化學(xué)氣相沉積等。另外，由于這套裝置的爐體是采用耐熱不銹鋼制造，具有較高的耐 蝕性，因此也可以用于一些有腐蝕性反應(yīng)氣體的離子化學(xué)熱處理。


附圖是根據(jù)本發(fā)明提出的保溫式多功能離子化學(xué)熱處理裝置的示意圖。 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明提出的具體裝置細(xì)節(jié)及工作情況。. 該裝置包括一個耐熱不銹鋼制造的真空爐體(1 )，爐體的外壁包.覆一層厚的保溫材料(2)。 爐內(nèi)有一鐵制的籠子(4),籠子將被處理的工件(5)罩在其中?；\子接直流輝光放電電源(6) 的負(fù)極，工件與直流偏壓電源(7)的負(fù)極相連，兩個直流電源的正極均接在爐殼上，并接地 保護(hù)。各反應(yīng)氣體通過供氣系統(tǒng)(8)按一定比例混合后，經(jīng)輸氣管道送入反應(yīng)室內(nèi)。真空系 統(tǒng)(9)可以保證離子化學(xué)熱處理是在一定的壓強(qiáng)范圍內(nèi)進(jìn)行。在離子化學(xué)熱處理過程中，工 件的溫度由溫度控制系統(tǒng)(10)測量并控制。離子化學(xué)熱處理結(jié)束后，向保溫層和反應(yīng)室壁 之間的冷卻夾層(3)中通風(fēng)，以加快工件的冷卻速度。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例本發(fā)明的爐體尺寸為4)650X1200毫米，爐內(nèi)放置一個4)550X1000毫米的鐵制 籠子，籠內(nèi)工作臺上擺放200公斤的欲滲氮處理的鋼制工件，工件總表面積為2.4平方米。 用氫氣和氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體對工件進(jìn)行離子滲氮處理，氫氣和氮?dú)獾谋壤秊?: 1。籠子上的 直流輝光放電電壓為750V，工件上的直流負(fù)偏壓為500V，爐內(nèi)的工作壓強(qiáng)為300Pa，工件 處理溫度為520。C。工件達(dá)到處理溫度并保溫4小時(shí)后，爐內(nèi)空間實(shí)測溫度為51(TC，工件之 間的溫差為士5'C。與同樣尺寸的水冷式爐體相比，保溫式爐體可節(jié)電48%、節(jié)水80%，并 可以實(shí)現(xiàn)大小工件混裝。
權(quán)利要求
1一種保溫式多功能離子化學(xué)熱處理裝置，其特征在于離子化學(xué)熱處理裝置的真空爐體外壁包覆一層保溫材料，爐內(nèi)有一鐵制籠子，接直流高壓電源的負(fù)極，欲處理的工件置于籠子中間，接直流偏壓電源的負(fù)極，兩個直流電源的正極均接在爐殼上，并接地保護(hù)。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保溫式多功能離子化學(xué)熱處理裝置，其特征為接在籠子上的直流電壓400 1500V，接在工件上的負(fù)偏壓300 1000V，在離子化學(xué)熱處理過程中，籠子上的直流電壓值應(yīng)始終高于工件上的直流電壓值。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保溫式多功能離子化學(xué)熱處理裝置，其特征為被處理工件溫度在200 ~ 800。C ，工作真空度在10 ~ 1000Pa。
4 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保溫式多功能離子化學(xué)熱處理裝置，其特征為在保溫層和爐體外壁之間有風(fēng)冷通道，以便使處理后的工件在冷卻過程中能快速冷卻。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種利用直流輝光放電產(chǎn)生的等離子體對黑色金屬材料表面進(jìn)行化學(xué)熱處理的保溫式多功能離子化學(xué)熱處理裝置。本裝置采用外保溫式真空爐體結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)放置鐵制籠子，籠子與直流高壓電源的負(fù)極相接；被處理的工件置于籠子的中間，并接直流負(fù)偏壓。在離子化學(xué)熱處理過程中，籠子發(fā)生氣體輝光放電，起到工件的加熱源和激活反應(yīng)氣體的離子屏雙重作用，而且籠子上的直流電壓值應(yīng)始終高于工件上的直流電壓值。由于采取了爐內(nèi)輔助加熱和爐體保溫兩項(xiàng)措施，提高了爐內(nèi)空間的溫度和工件的溫度均勻性，節(jié)能效果顯著。在離子化學(xué)熱處理過程中，靈活地運(yùn)用兩套直流電源和離子屏，即可滿足不同離子化學(xué)熱處理工藝的要求。
文檔編號C23C8/38GK101591763SQ20091013471
公開日2009年12月2日 申請日期2009年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月11日
發(fā)明者程 趙 申請人:青島科技大學(xué)