專利名稱：一種液相等離子體電解滲透處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理裝置，尤其涉及一種液相等離子體電解滲透處理裝置。
背景技術(shù)：
目前等離子體表面處理技術(shù)因其性能的優(yōu)勢(shì)和低廉的成本已成為材料科學(xué)領(lǐng)域最活躍的研究方向之一。液相等離子體電解滲透技術(shù)為解決這些難題開(kāi)辟了新的途徑，它是在一個(gè)開(kāi)放的大氣環(huán)境下、特定的電解液中進(jìn)行的，整體工件受熱輕微，且可以在完成滲氮、滲碳或碳氮共滲處理后直接淬火，在幾分鐘的時(shí)間內(nèi)即可獲得高硬度、耐磨、耐蝕的滲層。與傳統(tǒng)的離子碳氮共滲技術(shù)相比，具有耗能低(與傳統(tǒng)工藝相比可節(jié)約用電60-85%)、無(wú)污染、處理時(shí)間短(幾十秒到幾分鐘)、工件變形小、工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低廉、試用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。工件表面處理的電解液溫度僅45-80°C，工件處理完在電解液中直接淬火，工件幾·乎沒(méi)有變形，表面硬度高，滲碳(氮)均勻性好并且表面清潔光亮。并且難以處理的大面積工件，也可被很容易地處理，滲前處理工作簡(jiǎn)單，是一種很有應(yīng)用前途的表面處理技術(shù)。另外由于PED技術(shù)在電解液中進(jìn)行，是一種非直線型的工藝，因此還可以處理形狀復(fù)雜的工件。以上諸多優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)受到世界各國(guó)的科研工作者的關(guān)注和研究，其廣闊的應(yīng)用前景毋庸質(zhì)疑。但這項(xiàng)技術(shù)所具備的應(yīng)用價(jià)值尚未被開(kāi)發(fā)出來(lái)，因此有必要對(duì)此進(jìn)行更廣泛而深入的研究，為應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中創(chuàng)造條件。當(dāng)前對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的相關(guān)研究較少，基本還處于工藝探索和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累階段。且主要集中在脈沖電源輸出下進(jìn)行液相等離子體滲透處理，而在直流無(wú)頻率電源下進(jìn)行液相等離子體滲透處理研究很少，這是由于直流無(wú)頻率模式下電流密度很大，隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，滲透過(guò)程中試樣表面弧光過(guò)于激烈導(dǎo)致溫度過(guò)高難以控制等問(wèn)題，而試樣表面溫度過(guò)高，則會(huì)出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致滲層脫落或出現(xiàn)大量的裂紋不滿足工藝要求。根據(jù)以上分析，在直流無(wú)頻率電源下進(jìn)行液相等離子體滲透處理的關(guān)鍵在于對(duì)試樣表面的弧光穩(wěn)定性，若能控制試樣表面的溫度，則能很好控制弧光的穩(wěn)定性。與脈沖電源輸出下進(jìn)行液相等離子體滲透處理能在一定程度上降低處理時(shí)間，提高效率。因此，本發(fā)明通過(guò)自制控弧控溫裝置來(lái)控制弧光穩(wěn)定性，獲得均勻致密的滲層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種液相等離子體電解滲透處理裝置，在于改善直流無(wú)頻率模式下電流密度較大，滲透過(guò)程中試樣表面弧光過(guò)于激烈導(dǎo)致溫度過(guò)高難以控制使試樣表面燒蝕等問(wèn)題。本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種液相等離子體電解滲透處理裝置，它包括無(wú)脈沖電源、正極、負(fù)極、不銹鋼槽、帶刻度值導(dǎo)線一、帶刻度值導(dǎo)線二、半經(jīng)>10mm的導(dǎo)電小柱體、固定架、電壓表、開(kāi)關(guān)、絕緣電解槽、攪拌器、陽(yáng)極電極、陰極工件，其特征是無(wú)脈沖電源的正極分別與開(kāi)關(guān)、電壓表、不銹鋼槽的一端相連，帶刻度值導(dǎo)線一和帶刻度值導(dǎo)線二分別插入置有電解質(zhì)溶液的不銹鋼槽中，帶刻度值導(dǎo)線一和帶刻度值導(dǎo)線二的另一端與電壓表、開(kāi)關(guān)的另一端相接到陽(yáng)極電極，帶刻度值導(dǎo)線二底端與導(dǎo)電小柱體相連，負(fù)極與陰極工件相連，陽(yáng)極電極與陰極工件分別插入置有滲劑電解溶液的絕緣電解槽中，絕緣電解槽底部設(shè)有攪拌器，滲劑電解溶液為含N，C的滲劑溶液，電解質(zhì)溶液為酸式鹽，堿式鹽或中性鹽的水溶液，帶刻度值導(dǎo)線一和帶刻度值導(dǎo)線二分別連接在固定架上。所述的帶刻度值導(dǎo)線一刻度長(zhǎng)度為20 40cm，隨處理時(shí)間越長(zhǎng)，試樣表面弧光越來(lái)越激烈時(shí)，首先調(diào)整帶刻度值導(dǎo)線一在溶液中的深度來(lái)進(jìn)行一次控溫控弧，慢慢往上提帶刻度值導(dǎo)線一底端在溶液中的位置，來(lái)增加電阻調(diào)整分壓以達(dá)到控溫控弧的效果。帶刻度值導(dǎo)線二刻度長(zhǎng)度為10 30cm，當(dāng)施加電壓較高時(shí)，一次控溫控弧后，弧光還是較為激烈，試樣表面溫度很高時(shí)，通過(guò)調(diào)整帶刻度值導(dǎo)線二在溶液中的深度來(lái)繼續(xù)二次控溫控弧，慢慢往上提帶刻度值導(dǎo)線二在溶液中的位置，提高到某一臨界點(diǎn)時(shí)，基本弧光就能穩(wěn)定，而臨界點(diǎn)與電壓和加入電解質(zhì)溶液的鹽的量有直接的關(guān)系。 與帶刻度值導(dǎo)線二相連的導(dǎo)電小柱體的作用就在避免因底面積小而起弧，所以小柱體底面積需要足夠大，以免底端起弧光，而導(dǎo)致工件表面的弧光熄滅影響弧光的連續(xù)性從而影響滲透效果。當(dāng)滲劑濃度高，電壓較低時(shí)，開(kāi)關(guān)可以合上，使控溫控弧部分短路，可以形成穩(wěn)定的弧光。當(dāng)滲劑濃度低，電壓較高時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，通過(guò)控溫控弧部分實(shí)現(xiàn)控溫控弧。所述的電解質(zhì)溶液為酸式鹽，堿式鹽或中性鹽的水系溶液鹽的加入量也決定了控溫控弧裝置的分壓多少，分壓多少?zèng)Q定了試樣表面的弧光強(qiáng)度程度，而弧光的強(qiáng)烈程度決定了試樣表面的溫度的高低，從而決定了工件的表面形貌及滲層性能。本發(fā)明的技術(shù)效果是本發(fā)明改善效果明顯，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，且成本較低，關(guān)鍵在控溫控弧部分一雙導(dǎo)線并聯(lián)進(jìn)行控溫控弧，它不同于單導(dǎo)線控溫控弧裝置和滑動(dòng)變阻器分壓控弧，自由度更大和精確度更高?？煞浅Ｓ行У目刂埔合嗟入x子體電解滲透過(guò)程中試樣表面的弧光和溫度，有利于試樣表面孤光穩(wěn)定從而形成均勻致密較厚的滲層。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 38CrMoAl在30%NH3. H2O電解液體系下，施加200V，處理IOmin所獲得的滲氮層 SEM0在圖中，I、無(wú)脈沖電源2、正極3、負(fù)極4、不銹鋼槽5、電解質(zhì)溶液6、帶刻度值導(dǎo)線一 7、帶刻度值導(dǎo)線二 8、半經(jīng)>10mm的導(dǎo)電小柱體9、固定架10、電壓表11、開(kāi)關(guān)12、絕緣電解槽13、滲劑電解液14、攪拌器15、陽(yáng)極電極16、陰極工件。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，無(wú)脈沖電源I的正極2分別與開(kāi)關(guān)11、電壓表10、不銹鋼槽4的一端相連，帶刻度值導(dǎo)線一 6和帶刻度值導(dǎo)線二 7分別插入置有電解質(zhì)溶液5的不銹鋼槽4中，帶刻度值導(dǎo)線一 6和帶刻度值導(dǎo)線二 7的另一端與電壓表10、開(kāi)關(guān)11的另一端相接到陽(yáng)極電極15，帶刻度值導(dǎo)線二 6底端與導(dǎo)電小柱體8相連，負(fù)極3與陰極工件16相連，陽(yáng)極電極15與陰極工件16分別插入置有滲劑電解溶液13的絕緣電解槽12中，絕緣電解槽12底部設(shè)有攪拌器14，滲劑電解溶液為含N，C的滲劑溶液，電解質(zhì)溶液為酸式鹽，堿式鹽或中性鹽的水溶液，帶刻度值導(dǎo)線一和帶刻度值導(dǎo)線二分別連接在固定架9上。以下結(jié)合附圖I、圖2和實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明和解釋一種液相等離子體電解滲透處理裝置，它包括無(wú)脈沖電源部分，控溫控弧部分和滲透處理部分。主體部分為控溫控弧部分。本發(fā)明提供的方法是通過(guò)使陰極的工件表面形成等離子體弧光放電，進(jìn)行電解滲透處理生成具有高硬度、耐磨、耐蝕的滲層。其中，滲劑為含N，C的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物。以下所述的上下等方位皆以附圖I為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)在陽(yáng)極電極和陰極工件之間施加無(wú)脈沖放電電壓為160 300V,使帶刻度值導(dǎo)線一的底端接觸不銹鋼槽底部，形成完全導(dǎo)通，這時(shí)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或不導(dǎo)通都一樣不分壓，電壓表讀數(shù)為0，工件表面形成等離子體弧光放電，當(dāng)處理時(shí)間越長(zhǎng)，試樣表面弧光越來(lái)越激烈·時(shí)，首先調(diào)整帶刻度值導(dǎo)線一在溶液中的深度來(lái)控溫控弧，慢慢往上提帶刻度值導(dǎo)線一底端在溶液中的位置，來(lái)增加電阻調(diào)整分壓以達(dá)到控溫控弧的效果?？梢詮目潭戎瞪洗致怨浪惴謮旱臄?shù)值，而從電壓表可以準(zhǔn)確的讀出分壓數(shù)值。當(dāng)施加電壓較高時(shí)，若帶刻度值導(dǎo)線一底端已經(jīng)接近溶液液面時(shí)，弧光還是較為激烈，試樣表面溫度很高時(shí)，讓帶刻度值導(dǎo)線一底端離開(kāi)電解液液面，通過(guò)調(diào)整帶刻度值導(dǎo)線二在溶液中的深度來(lái)繼續(xù)控溫控弧，慢慢往上提帶刻度值導(dǎo)線二在溶液中的位置，提高到某一臨界點(diǎn)時(shí)，基本弧光就能穩(wěn)定，而臨界點(diǎn)和電壓及加入電解質(zhì)溶液的鹽的量有直接的關(guān)系。通過(guò)調(diào)整雙導(dǎo)線的上下位置能達(dá)到控溫形成穩(wěn)定的弧光的效果。與帶刻度值導(dǎo)線二相連的導(dǎo)電小柱體的作用就在避免因底面積小而起弧，所以導(dǎo)電小柱體底面積需要足夠大，以免底端起弧光，而導(dǎo)致工件表面的弧光熄滅影響弧光的連續(xù)性從而影響滲透效果。電解質(zhì)溶液中鹽的加入量也決定了控溫控弧裝置的分壓多少，分壓多少?zèng)Q定了試樣表面的弧光強(qiáng)度程度，而弧光的強(qiáng)烈程度決定了試樣表面的溫度的高低，從而決定了工件的表面形貌及滲層性能。實(shí)施例I :在(NH2)2C0+KC1+H20的電解液體系下，陽(yáng)極為鈦板，陰極為38CrMoAl鋼，尺寸為2_xl2_xl5mm,尿素的濃度為20% 60% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)),在陽(yáng)極和陰極之間施加無(wú)脈沖電壓160V 300V，則在陰極的38CrMoAl鋼表面形成液相等離子體弧光放電，放電時(shí)間為2 lOmin，通過(guò)調(diào)整帶刻度值導(dǎo)線一和帶刻度值導(dǎo)線二在電解質(zhì)溶液中深度來(lái)控制試樣表面的孤光和溫度。在陰極的38CrMoAl鋼表面形成厚度為20 y m 80 U m滲層，表面較為光潔，滲層顯微硬度約600 1040HVai。實(shí)施例2 :在HC0NH2+KC1+H20的電解液體系下，陽(yáng)極為鋁板，陰極為38CrMoAl鋼，尺寸為2mmxl2mmxl5mm,甲酰胺的濃度為20% 80% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)),在陽(yáng)極和陰極之間施加無(wú)脈沖電壓160V 300V，則在陰極的38CrMoAl鋼表面形成液相等離子體弧光放電，放電時(shí)間為2 lOmin，當(dāng)HCONH2的濃度較低時(shí)(水含量對(duì)溫度影響很大)，或電壓較高時(shí)，通過(guò)調(diào)整雙導(dǎo)線來(lái)控溫控弧，在陰極的38CrMoAl鋼表面形成厚度為20 y m 130 U m滲層，表面呈暗灰色，光潔，滲層顯微硬度約600 980HVai。實(shí)施例3 :在NH3. H20+KC1+H20的電解液體系下，陽(yáng)極為不銹鋼，陰極為38CrMoAl鋼，尺寸為2mmxl2mmxl5mm,氨水的濃度為20% 80% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)),在陽(yáng)極和陰極之間施加無(wú)脈沖電壓160V 300V，則在陰極的38CrMoAl鋼表面形成液相等離子體弧光放電，放電時(shí)間為2 lOmin，當(dāng)NH3. H2O的濃度較低時(shí)(水含量對(duì)溫度影響很大)，或電壓較高時(shí)，通過(guò)調(diào) 整雙導(dǎo)線來(lái)控溫控弧，在陰極的38CrMoAl鋼表面形成厚度為20iim 180 滲層。表面呈灰色，非常光潔，滲層顯微硬度約600 950HVai。
權(quán)利要求
1. 一種液相等離子體電解滲透處理裝置，它包括無(wú)脈沖電源、正極、負(fù)極、不銹鋼槽、帶刻度值導(dǎo)線一、帶刻度值導(dǎo)線ニ、半經(jīng)>10_的導(dǎo)電小柱體、固定架、電壓表、開(kāi)關(guān)、絕緣電解槽、攪拌器、陽(yáng)極電扱、陰極エ件，其特征是無(wú)脈沖電源的正極分別與開(kāi)關(guān)、電壓表、不銹鋼槽的一端相連，帶刻度值導(dǎo)線一和帶刻度值導(dǎo)線二分別插入置有電解質(zhì)溶液的不銹鋼槽中，帶刻度值導(dǎo)線一和帶刻度值導(dǎo)線ニ的另一端與電壓表、開(kāi)關(guān)的另一端相接到陽(yáng)極電極，帶刻度值導(dǎo)線ニ底端與導(dǎo)電小柱體相連，負(fù)極與陰極エ件相連，陽(yáng)極電極與陰極エ件分別插入置有滲劑電解溶液的絕緣電解槽中，絕緣電解槽底部設(shè)有攪拌器，滲劑電解溶液為含N，C的滲劑溶液，電解質(zhì)溶液為酸式鹽，堿式鹽或中性鹽的水溶液，帶刻度值導(dǎo)線ー和帶刻度值導(dǎo)線二分別連接在固定架上。
全文摘要
一種液相等離子體電解滲透處理裝置，無(wú)脈沖電源的正極分別與開(kāi)關(guān)、電壓表、不銹鋼槽的一端相連，帶刻度值導(dǎo)線一和帶刻度值導(dǎo)線二分別插入置有電解質(zhì)溶液的不銹鋼槽中，帶刻度值導(dǎo)線一和帶刻度值導(dǎo)線二的另一端與電壓表、開(kāi)關(guān)的另一端相接到陽(yáng)極電極，負(fù)極與陰極工件相連，陽(yáng)極電極與陰極工件分別插入置有滲劑電解溶液的絕緣電解槽中。本發(fā)明的技術(shù)效果是本發(fā)明改善效果明顯，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，且成本較低，關(guān)鍵在控溫控弧部分——雙導(dǎo)線并聯(lián)進(jìn)行控溫控弧，它不同于單導(dǎo)線控溫控弧裝置和滑動(dòng)變阻器分壓控弧，自由度更大和精確度更高?？煞浅Ｓ行У目刂埔合嗟入x子體電解滲透過(guò)程中試樣表面的弧光和溫度，有利于試樣表面孤光穩(wěn)定從而形成均勻致密較厚的滲層。
文檔編號(hào)C23C8/36GK102732822SQ20121024617
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者華小珍, 周浪, 周賢良, 崔霞, 董應(yīng)虎, 郭文廷 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)