專利名稱：爐內(nèi)氣氛活化方法及其裝置的制作方法
專利說明爐內(nèi)氣氛活化方法及其裝置相關(guān)申請的交叉弓閱本申請要求了 2007年5月9日提交的美國臨時專利申請No.60/928，385的 權(quán)利，其詳細闡述內(nèi)容被引AS里供參考。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及金屬或金屬陶瓷材料和工件部件的的高溫、熱處理和^ffi反應(yīng) 氣氛的爐子或反應(yīng)器。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所述氣氛和處理包括滲碳、氮化、 碳氮共滲、滲碳氮化、#1、非氧化退火或氧化還原、用于硬釬焯、軟ff焊和 燒結(jié)的還原性氣氛、用于相變合金的中性熱處理的碳戮氛、固激七、時效、 球化處理、硬化、應(yīng)力消除處理、正火、惰性退火等等。所述氣氛的組分可以 包m氣(N2)、氫氣(H2)、 ；ISn(HC)如甲烷(CH4)、乙'與C2H2)、乙烯(02&)、 丙烷(C3Hs)和許多駄好量的烴類、氨(NH3)、脫7jC醇如甲斷CH30H)或乙醇 (C2H5OH)、 一氧化敬CO)、 二氧化碳(C。2)、水蒸氣,)、和離氣體如氬(Ar) 和氦(He)。所述氣氛附加組分可以包括反應(yīng)副產(chǎn)物和由爐膛熱負荷或爐壁和/或 加熱部件產(chǎn)生的氣體以及從爐子外面泄漏入的氣體，例如空氣。保護氣體可以
是以混合物的形式弓i入戶;M爐子，在進入爐子之前利用氣體流量控制裝置預(yù)混
合或可在爐腔里面混合。對保護氣體供給的其他選擇可以包括采用吸熱和放熱 發(fā)生器產(chǎn)生的氣流，例如吸熱的混^t/M:用空氣驢CH4得到的2(m CO、 40%H^n40%N2 (除非另有說明，在此申請中所有的百分數(shù)一致將應(yīng),為體 積比)、分離NH3、或噴射和蒸發(fā)液體例如CH3OH。在高溫?zé)崽幚碇衖頓氣氛時有三^遍的工藝控制問題(1)緩侵動力學(xué) 作用或穩(wěn)定性的氣體引入，(2) m爐子工件原料的表面狀態(tài)，和(3)環(huán)境空 氣滲漏。例如，把CH4注入到爐子中滲碳可以緩優(yōu)地與氧氣(02)或1化碳 起化學(xué)反應(yīng)同時除去不希望有的氧氣(02)或二氧化碳，和/或可以轉(zhuǎn)移爐內(nèi)氣 氛的熱勢、禾口/或可以僅{觀行臨界的分離和反應(yīng)，除非爐溫很高；然而，高溫 會增大m的金屬材料或工件部件受損危險幾率。在^fflH2、 NH3和其他HCs 時，或大或小禾號上會發(fā)生相似的情況。同樣地，^A爐子的原料或工件表面可能覆著氧化皮、鐵銹或水基油的殘留物厚膜，原始氣氛的活性可能不能滿足
于除去此膜所需要的處理時間禾n溫度范圍。最終，爐內(nèi)氣氛外泄和另一^S含 o2的污染麗能需要附加的還原，時常向氣氛中引入滲諮體，甚至大多數(shù)期 望氣M"具有特定的熱轉(zhuǎn)變工藝的部件來說為惰性環(huán)境，也就是一種不包括還 原和/或滲m體的氣氛。戰(zhàn)的原位吸氣技術(shù)受到許多考慮因素柳蹄U。例如， 用于在印刷電路豐肚軟釬焊離的N2氣氛中添加h2的量，為了安全必須控制
低于5%，即消除開口或半開口的S^烘箱爆炸的風(fēng)險，和f鵬必須保掛氐7jC平， 一船氐于250。C，以防止儀表板和元1襯員壞。采用這對氐溫和濃度，由于緩慢還 原動力學(xué)，戶艦H2吸氣和去卩織化皮的效果才肖激強夠格達到限度。同樣的局 限性可以在鋼件采用沒有吸熱、包含CO氣氛的天然氣滲碳時發(fā)現(xiàn)。例如，CH4 熱分解并且迅速的在鋼表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，工業(yè)上引人注意的速度僅僅高于 1000°C，但是許多鋼在，高溫處理顯示出不希望得到晶粒長大。大量方法已經(jīng)l細來解決戶;M問題。真空爐被用于熱處理以避免環(huán)境空氣
滲漏和揮發(fā)裝入的原料或部件的雜質(zhì)冷凝物?？上械恼婵諣t系統(tǒng)的SA和
運行都是昂貴的。此外，使用真空爐不能解決氣體穩(wěn)定性的問題。因此，滲碳
時必須使用更昂貴的和低穩(wěn)定的烴^(HCs)如C2H2，而^(OT最低成本的CH4是 非常局限的。為克服戶艦氣體穩(wěn)定性和m的工件部件最初劉莫的問題，已經(jīng) 發(fā)展出等離子體真空爐，但是那些系統(tǒng)的成本、處理復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)部件的問題 和控制^g的困難限制了等離子系統(tǒng)的利用。該系統(tǒng)的附加的因素和類似的放 電方纟封列如電暈放電、直接電弧或等離子體過渡電弧，是^^M工件部件(被 處理的)成為一個所述電極閉合放電電路的要求。爐子或反應(yīng)器變得更加，， 對于復(fù)雜的或電子的工件部件，電流可能損壞該工件部件。能在大氣壓下運行 的非過渡電弧熱等離子體系統(tǒng)已經(jīng)被研究作為氣體活性噴射器，其不需要關(guān)閉 經(jīng)過該工件部件的電路。盡管如此，高溫和這些系統(tǒng)當(dāng)前的要求縮短了電極的 *至100小時或更少并且導(dǎo)致爐子被污染。新一代的微波爐膛系統(tǒng)排除了對 真空或低壓室的要求并且在電極快速的更換同時活4機入原料或工件部件的表 面。盡管如此，工業(yè)化規(guī)模的微波爐膛設(shè)備是復(fù)雜、昂貴的，并且不能象傳統(tǒng) 的熱加熱爐子一樣靈活接受不同的金屬原料和工件部件的幾何結(jié)構(gòu)。
Drissen等(美國專利號5,717,186)提出了fflilX件在離子真空熱處理爐 子里控制直流氣流的輔助測量^t去。Law等(美國專利號5,059,757)設(shè)計了一種在相同爐子里限制煤煙的方法。Qrita (美國專利號5，605，580)用一種多級熱 處理工序來將邊緣滲碳效果不均勻減到最小，該真空等離子系統(tǒng)比常規(guī)天然氣 滲碳更加靈敏。Geoi^es (美國專利號5,989,363)用實例說明了輻射屏在后放電、 真空等離子體氮化的必要性。Giacobbe (歐洲專利號0324294A1)描虹件表面 和艦一種利用水冷的熱等離子體悍頓工件表面淬硬。He和Paganessi (PCT
發(fā)明者J·L·格倫, R·E·小諾爾, Z·朱雷基 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司