專(zhuān)利名稱(chēng):輝光放電輔助加熱離子化學(xué)熱處理爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
輝光放電輔助加熱離子化學(xué)熱處理爐技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于一種金屬材料表面離子化學(xué)熱處理裝置,更具體地說(shuō)它是一種 帶有輝光輔助加熱功能的離子化學(xué)熱處理裝置。
背景技術(shù):
[0002]離子化學(xué)熱處理包括離子滲氮、滲碳、氮碳共滲、滲硫、滲金屬、等離子體化 學(xué)氣相沉積等。它是將欲處理的工件置于離子化學(xué)熱處理爐的真空室內(nèi),工件接直流輝 光放電電源的負(fù)極,爐體接正極。在直流電場(chǎng)作用下,爐內(nèi)氣體發(fā)生輝光放電,生成的 正離子轟擊陰極(工件)的表面,將工件加熱到所需要的化學(xué)熱處理溫度(一般在400 600°C之間),同時(shí)氣體輝光放電激活了反應(yīng)氣體,在工件表面發(fā)生一系列的物理化學(xué)反 應(yīng),達(dá)到工件表面改性處理的目的。[0003]在輝光放電的初始階段,由于工件表面不可避免地存在一些未清洗干凈的污 物,如棉花毛、油污、銹斑等,工件表面打弧十分頻繁,容易燒傷工件表面,大電流的 弧光放電也容易損壞直流輝光放電電源,這時(shí)應(yīng)采取低直流電壓、低真空室氣體壓強(qiáng)的 辦法,緩慢升高工件的溫度。當(dāng)工件被加熱到約350°C以上后,打弧現(xiàn)象逐漸消失,這時(shí) 可以升高直流電壓和爐內(nèi)氣體壓強(qiáng),將工件快速加熱到離子化學(xué)熱處理所需要的溫度。 離子化學(xué)熱處理前的濺射清理時(shí)間取決于裝爐前工件表面的清洗程度和工件的裝爐量, 一般為數(shù)小時(shí)之多,是影響離子化學(xué)熱處理周期的重要因素。[0004]為了減少工件濺射清理時(shí)間,除了加強(qiáng)裝爐前工件表面的清洗工作外,有的離 子化學(xué)熱處理爐安裝了電阻輔助加熱裝置,如外輔助加熱式離子轟擊熱處理爐(中國(guó)專(zhuān) 利99217521.6)和內(nèi)輔助加熱式離子氮化爐(http://www.whrcl.com)。在工件接通直流電 源產(chǎn)生輝光放電前,先利用裝在爐外或爐內(nèi)的電阻輔助加熱裝置將工件預(yù)熱到一定高的 溫度,待工件表面的污物烘烤干凈后再接通直流電源,這時(shí)工件表面就很少會(huì)出現(xiàn)打弧 現(xiàn)象,大大縮短了離子化學(xué)熱處理的周期。[0005]但是,離子化學(xué)熱處理爐的電阻輔助加熱也有一些不足之處,如外輔助加熱式 離子化學(xué)熱處理爐的加熱效率低、爐體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)困難;而內(nèi)輔助電阻加熱裝置要 占據(jù)爐內(nèi)較大的有效工作空間,電阻加熱器若直接采用交流三相380V供電不安全,采用 低電壓大電流供電時(shí)需要一臺(tái)功率較大的降壓變壓器。兩種電阻輔助加熱器都要配備專(zhuān) 用的測(cè)溫、控溫裝置,大大增加了離子化學(xué)熱處理爐的成本。發(fā)明內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型的目的是要提供一種利用離子化學(xué)熱處理設(shè)備本身的直流輝光放電 電源進(jìn)行輔助加熱,它能有效地縮短離子化學(xué)熱處理初始階段的工件濺射清理時(shí)間。[0007]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的在離子化學(xué)熱處理爐的真空室內(nèi)靠近爐壁的 部位放置一個(gè)鋼制薄壁圓筒,圓筒為薄鋼板卷制而成,上端封閉。欲處理的工件擺放在 圓筒中間的工作臺(tái)上,圓筒、工作臺(tái)、離子化學(xué)熱處理爐的爐體之間相互絕緣,將離子化學(xué)熱處理設(shè)備本身的直流電源的負(fù)極根據(jù)處理工藝的需要接在圓筒或工作臺(tái)上,直流 電源的正極接在爐體外殼上,并接地保護(hù)。在離子化學(xué)熱處理的初始階段,先將直流電 源的負(fù)極接在圓筒上,圓筒開(kāi)始輝光放電并被加熱。在圓筒的熱輻射作用下,工件被加 熱到一定高的溫度,待工件表面的污物烘烤干凈后再將直流電源的負(fù)極連接到工件上, 工件開(kāi)始輝光放電加熱,當(dāng)工件被加熱至離子化學(xué)熱處理所需要的溫度后,開(kāi)始進(jìn)行離 子化學(xué)熱處理。[0008]為了減少輝光輔助加熱圓筒的熱損失,可以在爐壁和圓筒之間安裝一隔熱屏, 隔熱屏與爐體之間不絕緣,同為輝光放電的陽(yáng)極。[0009]在離子化學(xué)熱處理過(guò)程中,也可以將圓筒與工作臺(tái)都與直流電源的負(fù)極相接, 利用圓筒的輔助加熱功能來(lái)提高圓筒內(nèi)的空間溫度,改善工件的溫度均勻性。這時(shí)離子 化學(xué)熱處理爐內(nèi)測(cè)量工件溫度的熱電偶可以改為測(cè)量圓筒內(nèi)的空間溫度,而不必測(cè)量帶 有負(fù)高壓電的工件溫度。[0010]鋼制圓筒也可以用鋼板網(wǎng)加工成筒形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),這樣可以減少圓筒的表面積, 降低圓筒直流輝光放電加熱的電流。另外,由于網(wǎng)狀圓筒的熱容比板狀圓筒小,所以網(wǎng) 狀圓筒的升溫速度要比板狀圓筒快,輔助加熱的效果更好。[0011]本實(shí)用新型具有如下的優(yōu)點(diǎn)①由于圓筒一直都是放置在離子化學(xué)熱處理爐 內(nèi),表面始終是“干凈”的,所以每次起輝放電都不會(huì)發(fā)生打弧現(xiàn)象。②由于減少了離 子化學(xué)熱處理初始階段的弧光放電,縮短生產(chǎn)周期,也避免了直流電源因頻繁過(guò)流而損 壞。③圓筒輝光放電加熱電源與工件輝光放電電源為同一套直流電源,只需通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi) 關(guān)即可分別實(shí)現(xiàn)圓筒加熱和工件加熱,所以這種輔助加熱方式的設(shè)備比較簡(jiǎn)單。④當(dāng)工 件被加熱到不會(huì)打弧的溫度后,將直流電源的負(fù)極從圓筒上切換到工件上,工件開(kāi)始輝 光放電加熱,這時(shí)不帶電的圓筒可以與爐內(nèi)原有的隔熱屏一起組成雙層隔熱屏,進(jìn)一步 提高了工件的溫度均勻性和節(jié)能的效果。⑤在離子化學(xué)熱處理過(guò)程中,圓筒和工件也可 以同時(shí)與直流電源的負(fù)極相接,這時(shí)圓筒可以起到輔助加熱的作用,提高了爐內(nèi)工件的 溫度均勻性,并解決了離子化學(xué)熱處理爐內(nèi)工件溫度測(cè)量難的問(wèn)題。
[0012]附圖是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。[0013]
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明依據(jù)本實(shí)用新型提出的具體裝置細(xì)節(jié)及工作情況。[0014]圖中(2)為離子化學(xué)熱處理爐的爐體,爐內(nèi)裝有一鋼制圓筒G),爐體內(nèi)壁與圓 筒之間裝有隔熱屏(3),爐體和隔熱屏之間不絕緣。欲處理的工件(5)擺放在工作臺(tái)(6) 上,圓筒將其罩在其中。離子化學(xué)熱處理爐的直流輝光放電電源(1)的負(fù)極通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi) 關(guān)(8)可以分別與圓筒和工作臺(tái)相接,直流電源的正極接在爐體上,并接地保護(hù)。真空 泵(11)將真空室內(nèi)空氣抽出后,離子化學(xué)熱處理所需的工作氣體通過(guò)供氣系統(tǒng)(7)送入 真空室內(nèi)。真空控制系統(tǒng)(10)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,工 件的溫度則是由溫度控制系統(tǒng)(9)測(cè)量并控制。
具體實(shí)施方式
[0015]實(shí)施例1 本實(shí)用新型離子化學(xué)熱處理爐的爐體內(nèi)徑尺寸為Φ650Χ 1200毫米,爐內(nèi)放置一個(gè)用1毫米厚鋼板卷制的圓筒,尺寸為Φ550Χ900毫米,工作臺(tái)上擺放200 公斤的欲離子滲氮處理的工件,用氨氣作為離子滲氮的工作氣體。在離子滲氮處理的 初始階段,先將直流電源的負(fù)極接在圓筒上,圓筒開(kāi)始輝光放電加熱,此時(shí)直流電壓為 750V,直流電流為20A,爐內(nèi)氣體壓強(qiáng)為200Pa。待工件被加熱到400°C時(shí),將直流電源 的負(fù)極切換到工作臺(tái)上,這時(shí)工件開(kāi)始輝光放電加熱,此時(shí)工件表面已很少有打弧的現(xiàn) 象,可以用較快的升溫速度加熱工件。[0016] 實(shí)施例2:在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上,當(dāng)工件被加熱到400°C后,將圓筒和工作臺(tái)都 與直流電源的負(fù)極相接,這時(shí)圓筒和工件同時(shí)產(chǎn)生輝光放電并被加熱,待工件被加熱到 520°C時(shí),開(kāi)始進(jìn)入離子滲氮的保溫階段。在此溫度下離子滲氮1小時(shí)后,圓筒內(nèi)的空間 溫度為510°C,接近工件的實(shí)際溫度,比沒(méi)有輝光放電輔助加熱的空間溫度約高100°C。
權(quán)利要求1.一種輝光放電輔助加熱離子化學(xué)熱處理爐,包括直流輝光放電電源(1)、爐體 (2)、隔熱屏(3)、供氣系統(tǒng)(7)、溫度控制系統(tǒng)(9)和真空控制系統(tǒng)(10),欲處理工件 (5)擺放在爐內(nèi)工作臺(tái)(6)上,其特征在于在爐內(nèi)靠近爐壁的部位放置一個(gè)鋼制薄壁圓筒 (4),工作臺(tái)置于圓筒的中間,圓筒、工作臺(tái)、爐體之間相互絕緣,直流電源的正極接在 爐體外殼上,并接地保護(hù),直流電源的負(fù)極通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(8)與圓筒相接,使圓筒產(chǎn)生 輝光放電并被加熱,工件在圓筒的熱輻射作用下被加熱;待工件達(dá)到預(yù)熱溫度后,通過(guò) 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將直流電源的負(fù)極切換到工作臺(tái)上,工件開(kāi)始輝光放電加熱并進(jìn)行離子化學(xué)熱 處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輝光放電輔助加熱離子化學(xué)熱處理爐,其特征在于接在 圓筒上的直流電源與接在工作臺(tái)上的直流電源為離子化學(xué)熱處理爐本身同一直流輝光放^!^ ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輝光放電輔助加熱離子化學(xué)熱處理爐,其特征在于圓筒 的筒體也可以采用鋼制網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輝光放電輔助加熱離子化學(xué)熱處理爐,其特征在于在離 子化學(xué)熱處理過(guò)程中,圓筒與工件可以同時(shí)與直流電源的負(fù)極相接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種輝光放電輔助加熱離子化學(xué)熱處理爐,在爐體(2)的真空室內(nèi)放置一鋼制圓筒(4),欲處理的工件(5)擺放在工作臺(tái)上(6)上,圓筒、工作臺(tái)、爐體之間相互絕緣。離子化學(xué)熱處理前,先通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(8)將離子化學(xué)熱處理爐的直流電源(1)負(fù)極接在圓筒上,圓筒產(chǎn)生輝光放電并被加熱,利用圓筒的熱輻射對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱。待工件達(dá)到預(yù)熱溫度后,將直流電源的負(fù)極切換到工作臺(tái)上,工件開(kāi)始輝光放電加熱并進(jìn)行離子化學(xué)熱處理,這樣可以縮短工件濺射清理的時(shí)間,防止直流電源因過(guò)流損壞。在離子化學(xué)熱處理過(guò)程中,圓筒與工件也可以同時(shí)接直流電源的負(fù)極,依靠圓筒的輔助加熱提高工件溫度均勻性,并解決了工件測(cè)溫難的問(wèn)題。
文檔編號(hào)C23C8/36GK201809431SQ201020570020
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者趙程, 鄭少梅 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)