專利名稱：一種等離子滲金屬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于碳鋼件表面熱處理設(shè)備，是一種等離子滲金屬裝置。
目前在普通碳鋼制件表面靠滲金屬的方法，使碳鋼制件表面與滲金屬離子(如鎳、鉻、鎢、鉬、鋁等)形成表面合金化層，從而使普通碳鋼制件表層具有某種優(yōu)質(zhì)合金鋼的物理、化學性能，以節(jié)約大量的貴重合金。傳統(tǒng)的滲金屬方法是固體、氣體和液體滲金屬，近年來在等離子熱處理爐中采用等離子轟擊法對碳鋼制件表面進行滲金屬大致有氣相離子轟擊，雙層輝光離子和離子轟擊膏劑滲金屬等工藝方法和相應設(shè)備，但由于氣相離子轟擊滲金屬是利用高純度的氫氣為載體，在等離子熱處理爐中進行離子滲金屬所需要的氣體混合裝置較為復雜，也限制了該方法在工業(yè)生產(chǎn)中的應用。另外雙層輝光離子滲金屬也存在著所需設(shè)備投資較高，對于形狀復雜的工件其滲層不夠均勻，和需要增設(shè)相應的源極，工藝成本較高等不足。
本實用新型的目的在于提供一種利用無附加熱源的離子滲氮爐進行等離子滲金屬的裝置，該裝置的爐體內(nèi)具有兩個相互同軸套裝的金屬電極筒，各待滲的碳鋼制件位于陰極盤上，各制件待滲表面涂覆一層一定厚度的滲金屬膏劑，在陰極盤上還設(shè)置與待滲的碳鋼制件形狀相似、等高的筒狀輔助陰極，至少一個筒狀輔助陰極與待滲的碳鋼制件同軸套置，筒狀輔助陰極內(nèi)壁與待滲的碳鋼制件上的滲金屬膏層外壁面相隔一定距離的間隙，其余構(gòu)件與無附加熱源的離子滲氮爐相同。本實用新型主要利用輔助陰極和陰極位降區(qū)使電子在輔助陰極間產(chǎn)生振蕩，增加電子和爐體內(nèi)可電離氣體分子的碰撞幾率，使電離引發(fā)的輝光特別強烈。這種筒狀陰極放電，大幅度提高了位于陰極盤上待滲的碳鋼制件的溫度，較好地滿足了離子滲金屬的需要。以克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足。
本實用新型的整體結(jié)構(gòu)是一種等離子滲金屬裝置由爐體和置于爐體內(nèi)的各金屬電極，待滲的碳鋼制件，滲金屬的各構(gòu)件組裝而成，爐體內(nèi)充有可電離氣體，其特征在于爐體(1)中的筒狀陽極(2)內(nèi)與陰極盤(3)同軸裝配，并間隔一定距離H，兩電極分別與爐體外的直流電源連接，在有效直徑的陰極盤面上放置一定數(shù)量的待滲的碳鋼制件(4)，一定厚度的滲金屬膏層(5)涂覆于待滲的碳鋼制件的各待滲表面上，膏層內(nèi)含有適量的欲滲入金屬元素，陰極盤上還設(shè)置與待滲的碳鋼制件等高的一定半徑的輔助陰極金屬套(6)，金屬套與待滲的碳鋼制件及其上的滲金屬膏層形狀相似，至少一個待滲的碳鋼制件及其上的滲金屬膏層位于一個輔助陰極套筒內(nèi)或兩個同軸套裝的輔助陰極之間的陰極盤面上，滲金屬膏層外周壁與它們所相對的一個或兩個輔助陰極套的壁面均勻相隔一定的間隙(7)，筒狀陽極與陰極盤同軸套裝，在滲金屬裝置爐體底部開設(shè)排氣管口(8)和充氣管口(9)，爐體頂部呈園弧狀，爐體與陰極盤絕緣，爐體內(nèi)充入有效量的可電離氣體。
該滲金屬裝置的結(jié)構(gòu)特征還有陰極盤直徑為200-250mm，陰極盤與套筒狀陽極的間距H為50-100mm，陽極筒直徑為250-350mm，陽極筒高250-350mm，輔助陰極直徑為50-150mm，各待滲的碳鋼制件上的滲金屬膏層外周壁距所相對的輔助陰極各壁面的間隙h為5-10mm，所涂覆的含鉻元素滲膏層厚度為3-5mm。
陰極盤上若設(shè)置兩個等高同軸套裝的輔助陰極套筒(10)、(11)，陽極筒直徑為250-350mm，內(nèi)輔助陰極(11)直徑為φ80-100mm，外輔助陰極(10)的直徑為180-220mm，其高度均與各待滲的碳鋼制件等高，各待滲的碳鋼制件位于兩個輔助陰極間隔中部陰極盤面上的同一園周曲線上。
所充入的可電離氣體是純度為99％的氬氣，爐體內(nèi)壓力為80-100Pa，爐體容積為0.06-0.09m3。
本實用新型的附圖有


圖1是等離子滲金屬爐的結(jié)構(gòu)簡圖。
圖2是兩個輔助陰極及陽極等各構(gòu)件布置的俯視圖。
附圖給出了本實用新型的實施例，結(jié)合附圖進一步說明如下利用離子轟擊膏劑滲金屬可采用普通滲氮爐做相應的改制后進行離子轟擊膏劑滲金屬，以8KW無附加熱源的離子滲氮爐為例，鐘罩狀爐體內(nèi)各構(gòu)件的布置如
圖1所示。爐體內(nèi)只設(shè)一個輔助陰極，爐體與筒狀陽極等電位，并使陽極接地，以保證操作安全，爐體內(nèi)的爐壓約為80-100Pa，可做為低真空度的離子滲金屬爐。所充放電氣體是純度為99.9％的氬氣，陰極盤的直徑為φ200-250mm，工作電壓為直流400-600V，各待滲的鋼制件(4)規(guī)格是φ10～φ20×10～30mm的園柱體(10#、45#或T8鋼)其頂端和周壁所涂覆的滲鉻或滲鋁膏劑(5)厚度約3-5mm，制件周壁上的膏劑外壁面相對輔助陰極筒(6)內(nèi)壁面的間隙為h5-10mm，輔助陰極直徑約為50-80mm。滲鋁膏層的供鋁劑為純鋁粉，含量為30％，滲鉻膏層的供鉻劑為鉻鐵，含量為50-70％。膏層主要由供滲金屬劑、活化劑和填充劑粉末按一定比例用粘接劑攪拌混合成膏狀。滲金屬的工藝流程大致為清理工件表面、并拋光→涂覆膏劑→風干→烘干脫水→裝爐抽真空→充氣起輝→升溫處理→出爐清理工件。滲金屬層厚度、質(zhì)量隨爐溫、保溫時間、工件含碳量和所滲金屬等因素有關(guān)。如本實用新型利用優(yōu)選出的膏劑對45#鋼在950℃溫度下進行離子滲鉻，保溫約1-2小時，可在工作表面獲得大于100μm的滲鉻層。對45鋼選擇適宜的滲鋁膏劑配方進行950℃×2h的滲鋁，可獲得140μm厚的滲層。
本實用新型所取得的技術(shù)進步是利用輔助陰極進行離子轟擊膏劑對碳鋼工件進行滲金屬，爐中輔助陰極的作用原理如前述，即利用空心陰極放電，可以大幅度加強離子轟擊陰極的能量，使之大部分轉(zhuǎn)化為熱能使陰極溫度升高較快，又因為輔助陰極對碳鋼制件具有熱屏蔽作用，減小了待滲制件。
權(quán)利要求1.一種等離子滲金屬裝置由爐體和置于爐體內(nèi)的各金屬電極，待滲碳鋼制件，滲金屬的各構(gòu)件組裝而成，爐體內(nèi)充有可電離氣體，其特征在于爐體(1)中的筒狀陽極(2)內(nèi)與陰極盤(3)同軸裝配，兩電極分別與爐體外的直流電源連接，在陰極盤面上放置至少一個特滲碳鋼制件(4)，滲金屬膏層(5)涂覆于待滲碳鋼制件的各待滲表面上，膏層內(nèi)含有欲滲入金屬元素，陰極盤上還設(shè)置與待滲的碳鋼制件等高的輔助陰極金屬套(6)，金屬套與待滲碳鋼制件及其上的滲金屬膏層形狀相似，至少一個待滲的碳鋼制件及其上的滲金屬膏層位于至少一個輔助陰極套筒內(nèi)的陰極盤面上，滲金屬膏層外周壁與它們所相對的至少一個輔助陰極套的壁面均勻相隔間隙(7)，筒狀陽極與陰極盤同軸套裝并間隔距離H，在滲金屬裝置爐體底部開設(shè)排氣管口(8)和充氣管口(9)，爐體頂部呈園弧狀，爐體與陰極盤絕緣，爐體內(nèi)充入有效量的可電離氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲金屬裝置，其特征在于陰極盤直徑為200-250mm，陰極盤與套筒狀陽極的間距H為50-100mm，陽極筒直徑為250-350mm，陽極筒高250-350mm，輔助陰極直徑為50-150mm，各待滲的碳鋼制件上的滲金屬膏層外周壁距所相對的輔助陰極各壁面的間隙h為5-10mm，所涂覆的含鉻元素滲膏層厚度為3-5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滲金屬裝置，其特征在于陰極盤上若設(shè)置兩個等高同軸套裝的輔助陰極套筒(10)、(11)，陽極筒直徑為250-350mm，內(nèi)輔助陰極(11)直徑為φ80-φ100mm，外輔助陰極(10)的直徑為180-220mm，其高度均與各待滲的碳鋼制件等高，各待滲的碳鋼制件位于兩個輔助陰極間隔中部陰極盤面上的同一園周曲線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲金屬裝置，其特征在于所充入的可電離氣體是純度為99％的氬氣，爐體內(nèi)壓力為80-100Pa，爐體容積為0.06-0.09m3。
專利摘要本實用新型屬于碳鋼制件表面熱處理的設(shè)備，是一種等離子滲金屬裝置。該裝置的爐體內(nèi)設(shè)置陽極筒和陰極盤，在陰極盤上放置至少一個輔助陰極筒，各待滲的碳鋼制件位于輔助陰極筒內(nèi)的陰極盤面上，各制件待滲表面上涂覆一定厚度的滲金屬膏劑。這種等離子滲金屬裝置利用空心陰極放電可使普通滲氮爐的升溫速度和使用溫度明顯提高。具有工藝簡單、滲速快和無環(huán)境污染，合金滲層的物理、化學性能較好等特點。
文檔編號C23C14/36GK2258501SQ9522799
公開日1997年7月30日 申請日期1995年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月19日
發(fā)明者毛磊, 李如棟, 馬彥芬, 郝元立 申請人:河北機電學院