專利名稱：微脈沖等離子滲氮熱壁爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微脈沖等離子滲氮熱壁爐，屬于碳鋼制件表面熱處理的設(shè)備，是一種等離子滲氮裝置。
等離子體滲氮技術(shù)是二十世紀(jì)六十年代問世的一種滲氮工藝技術(shù)，由于其具有減少對環(huán)境的影響，擴(kuò)大可應(yīng)用鋼種等優(yōu)點(diǎn)，一時(shí)得到了迅速的發(fā)展。國際上，法、德、美包括前蘇聯(lián)等國從八十年代后期相繼開展脈沖電源離子滲氮研究和應(yīng)用。與直流離子滲氮相比，脈沖電源離子滲氮具有能迅速滅弧，散弧清洗速度快，消除或減弱空心陰極效應(yīng)，節(jié)約電能等優(yōu)點(diǎn)。目前，我國離子滲氮爐主要是冷壁式直流離子滲氮爐。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)此類爐約有1000臺左右，然而能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的只占30％，其原因除了工業(yè)生產(chǎn)不景氣以外，主要的問題在于冷壁式直流離子滲氮爐離子轟擊不均，不能對復(fù)雜工件均勻滲氮，同時(shí)該設(shè)備加工工藝復(fù)雜、勞動生產(chǎn)率低，生產(chǎn)成本高。
本實(shí)用新型的目的公開一種新型熱壁式微脈沖等離子滲氮爐。該爐體采用熱壁、風(fēng)冷、攪拌的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，對形狀厚薄不均或者大小混裝的工件都有較好的滲氮效果，同時(shí)，爐體的鼓風(fēng)機(jī)通過加熱元件及爐膽外側(cè)從爐頂排出，冷卻效果較好。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的由調(diào)節(jié)閥、內(nèi)爐壁、外爐壁、爐膽、爐體組成的微脈沖等離子滲氮熱壁爐，內(nèi)壁加熱爐襯材料采用陶瓷纖維材料，爐體與爐膽之間有一定間隙，留置為快冷卻風(fēng)道，爐體由上中下三部分組成，上部為可活動封頭，中部為輔助加熱爐體，下部為底盤座，用鎳鉻絲螺旋狀繞制而成的加熱元件采用三相三角形聯(lián)接，加熱絲放置在爐襯上的半圓槽內(nèi)；陰極底盤的下面有一圓盤形中孔的導(dǎo)風(fēng)罩，葉輪安裝在導(dǎo)風(fēng)罩和底盤之間，風(fēng)葉主軸采用動密封引入真空爐室內(nèi)，通過開有中孔的導(dǎo)風(fēng)罩進(jìn)行熱攪拌；氫氮等混合氣體入口管由爐體下部一導(dǎo)氣管伸入至爐體上部，于工件上部噴吹注入。工作時(shí)，熱壁式微脈沖等離子滲氮爐采用外部先加熱爐膽，以熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對流三種方式傳熱至工件，工件在加熱到一定溫度時(shí)，再開啟等離子轟擊工件，這樣一方面使工件加熱均勻，另一方面，工件表面的油漬、污斑松化，等離子輝光轟擊穩(wěn)定、不打弧、滲氮均勻，對孔、槽等形狀復(fù)雜、厚薄不均的零件都有較好的滲氮效果。
下面結(jié)合說明書附圖
來對本實(shí)用新型進(jìn)行說明。
附圖為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中調(diào)節(jié)閥1，觀察孔2，外爐壁3，內(nèi)爐壁4，爐膽5，陰極底盤6，葉輪7，可活動封頭8，快冷卻風(fēng)道9，測溫?zé)犭娕?0，加熱元件11，被處理工件12，導(dǎo)風(fēng)罩13，風(fēng)道立柱14，底盤15，底盤水冷套16，進(jìn)風(fēng)口17，風(fēng)冷出風(fēng)口18，導(dǎo)氣管19，爐體20。
其工作原理如下爐體20主要分為三大部件鐘罩、底盤、攪拌風(fēng)扇。鐘罩組成部分包括爐膽5、加熱元件11、測溫?zé)犭娕?0、快冷卻風(fēng)道9、觀察孔2，底盤部分包括陰極裝置6、真空排氣通道等組成。先將工件堆放在陰極底盤6上，主要加工產(chǎn)品為圓盤件與工模具，蓋上鐘罩，打開冷卻水。爐內(nèi)抽真空至極限真空度，加熱元件鎳鉻絲11通電到一定溫度，混合氣體通過導(dǎo)氣管19進(jìn)入爐內(nèi)，于被處理工件上方噴吹。脈沖電源的電壓、電流采用近似方波的脈沖，工作頻率固定，而脈沖寬度可調(diào)，這種改進(jìn)，是為了配合熱壁爐滲氮而設(shè)計(jì)的，因它的脈沖電壓幅度不變，氣體處于異常放電之中，改變僅是脈寬，這樣就增加了電流密度可調(diào)性，提高了工件溫度的均勻性，保證了滲氮質(zhì)量，由于脈寬在微秒級(10μs～40μs)可靠迅速滅弧，消除或減弱空心陰極效應(yīng)，解決深孔與溝槽滲氮容易過熱的問題。
實(shí)施例鐘罩采用10毫米厚不銹鋼板制成，材料為1Cr18Ni9Ti，用鎳鉻絲螺旋狀繞制而成的加熱元件采用三相三角形聯(lián)接，輸入電壓為380V，加熱元件放置在爐襯上的半圓槽內(nèi)，鑒于這樣的布置，當(dāng)加熱元件受熱膨脹時(shí)，外圈頂靠在爐襯槽外檔，冷卻時(shí)在槽的底圓面上，因而加熱元件不會太大移動。供氣系統(tǒng)通常采用0.9999的氮?dú)夂蜌錃狻釘嚢栾L(fēng)扇的葉輪在兩個(gè)導(dǎo)風(fēng)板中間，風(fēng)扇主軸由轉(zhuǎn)動真空密封引入真空室中，通過變頻調(diào)速器帶動馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。該熱壁爐采用微脈沖電源供電，電壓、電流近似方波的脈沖，脈沖頻率可以采用20kHZ。
采用本實(shí)用新型進(jìn)行熱處理，由于脈沖電源脈寬在微秒級(10μs～40μs)，消除或減弱空心陰極效應(yīng)，解決了深孔與溝槽容易過熱的問題。況且起輝之前，首先進(jìn)行加熱，工件溫度大于300℃，零件的表面或深孔中的油脂、污物均得到揮發(fā)，起揮時(shí)導(dǎo)通比(α)較小，電源密度也較小。工件的打弧較少，甚至完全消除，這樣零件的孔也不需悶塞了。此外，輔助加熱加上熱攪拌(速度可調(diào))。加熱的功率與輝光的功率適當(dāng)?shù)呐浔龋康氖鞘乖谟行У墓ぷ鞒叽缰畠?nèi)(Φ600mm×800mm)，上、中、下三部分溫度接近。從測試結(jié)果來看，上、中、下溫差比較接近，溫差范圍在10℃以下。還可以進(jìn)行離子氮碳共滲，氣源為氮、氫、丙烷氣。由質(zhì)量流量計(jì)控制、氣氛穩(wěn)定，工作爐壓可以自動調(diào)節(jié)，工藝重復(fù)性好。本實(shí)用新型配置PLC，手動與自動可在觸摸屏上進(jìn)行，操作方便，可實(shí)現(xiàn)自動化控制。
權(quán)利要求1．一種由調(diào)節(jié)閥(1)、外爐壁(3)、內(nèi)爐壁(4)、爐膽(5)、爐體(20)組成的微脈沖等離子滲氮熱壁爐，其特征在于a．內(nèi)爐壁(4)加熱爐襯材料采用陶瓷纖維材料，爐體(20)與爐膽(5)之間有一定間隙，留置為快冷卻風(fēng)道(9)，爐體(20)由上中下三部分組成，上部為可活動封頭(8)，中部為輔助加熱爐體，下部為底盤座(16)，用鎳鉻絲螺旋狀繞制而成的加熱元件(11)采用三相三角形聯(lián)接，加熱絲放置在爐襯上的半圓槽內(nèi)；b．陰極底盤(6)的下面有一圓盤形中孔的導(dǎo)風(fēng)罩(13)，葉輪(7)安裝在導(dǎo)風(fēng)罩(13)和底盤(15)之間，葉輪主軸采用動密封引入真空爐室內(nèi)，通過開有中孔的導(dǎo)風(fēng)罩進(jìn)行熱攪拌；c．氫氮等混合氣體由爐體(20)下部一導(dǎo)氣管(19)伸入至爐體(20)上部，于工件上部噴吹注入。
專利摘要本實(shí)用新型屬于金屬制件表面熱處理的設(shè)備,是一種等離子滲氮裝置。該微脈沖等離子裝置的鐘罩外部覆有爐體,爐體由上中下三部分組成,上部為可活動封頭,爐襯采用陶瓷纖維真空材料,加熱元件用鎳鉻絲螺旋狀繞制而成,陰極底盤的下面有一熱攪拌風(fēng)扇,通過開有中孔的導(dǎo)風(fēng)罩進(jìn)行熱攪拌。本實(shí)用新型消除或減弱空心陰極效應(yīng),解決了深孔與溝槽容易過熱的問題。工件的打弧較少,甚至全沒,這樣零件孔也不需悶塞。工作爐壓還可以自動調(diào)節(jié),工藝重復(fù)性好。
文檔編號C23C8/06GK2417181SQ00217619
公開日2001年1月31日 申請日期2000年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月16日
發(fā)明者朱家興, 呂尋武, 嚴(yán)才富, 紀(jì)延林, 張關(guān)良, 朱庭厚 申請人:上海嘉頓環(huán)保科技有限公司