專利名稱：一種低合金鋼表面氮化氧化復合處理裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種表面氮化氧化復合處理技術，特別是一種低合金鋼表面氮化
氧化復合處理裝置。
背景技術：
低合金鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機、船舶、汽輪機、重型機床的各種機械零件，為 滿足其服役條件和延長使用壽命，需對表面進行熱處理，提高其表面強度，耐磨性，耐蝕性 和抗疲勞強度等。離子氮化作為熱處理之一被廣泛應用。經(jīng)離子滲氮后的零件，表面硬度 高，耐磨性好，且耐腐蝕性和疲勞強度都有較大的提高。但在離子氮化過程中化合物層的存 在疏松問題，在零件表面形成一些大小不等、形狀不一的孔洞，對耐磨性和耐蝕性有一定影 響。為了克服以上問題，氮化氧化復合處理作為一種能同時滿足耐磨、耐蝕性能要求 的工藝，已被廣泛研究與應用。這些氮化氧化復合處理技術相同點都是以工件作為陰極，這 就存在兩大方面弊端1、在離子氮化過程中，離子轟擊工件表面，存在著溫度不均勻、表面打弧和邊緣效 應等問題；2、氮化后在表面進行離子氧化效果欠佳，需要較長的氧化時間。 發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，本實用新型的目的是提出一種低合金鋼表面氮 化氧化復合處理裝置，以增強氮化氧化效果、避免產(chǎn)生打弧和邊緣效應、縮短離子氧化的時 間。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案如下一種低合金鋼表面氮化氧化復 合處理裝置包括真空爐、進氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)，所述的真空爐為離子 擴滲設備，由真空爐體和爐門組成；所述的進氣系統(tǒng)包括氨氣瓶、氧氣瓶、氬氣瓶、流量控制 器和進氣口，進氣口安裝在真空爐側(cè)；所述的供電系統(tǒng)采用脈充直流高壓電源或直流濺射 高壓電源；所述的測溫系統(tǒng)為常用S型熱電偶，安裝在距載物臺2 4cm的位置；所述的抽 真空系統(tǒng)包括真空泵及其管路，所述的真空泵通過管路與真空爐的底座相連；所述的真空 爐內(nèi)安裝有空心陰極輔助裝置和工件平臺，所述的空心陰極輔助裝置由兩個直徑不同且?guī)?有孔洞的小圓筒和大圓筒組成，所述的小圓筒和大圓筒構成同軸雙層圓筒，位于絕緣環(huán)上， 并通過絕緣環(huán)隔離，所述的小圓筒和大圓筒分別與電源的陰極連接，所述的小圓筒放置有 絕緣陶瓷片；所述的工件平臺包括支座和載物臺，所述的支座位于真空爐底座上；所述的 載物臺由不銹鋼板制成，位于支座上，用于放置工件，所述的載物臺和真空爐的爐壁分別與 電源的陽極連接。本實用新型所述的支座由導電材料或絕緣材料制成。本實用新型所述的小圓筒和大圓筒由低碳鋼制成，小圓筒的直徑為350 400mm，大圓筒的直徑為364 418mm，小圓筒上平均分布直徑為11 12mm的孔洞，孔洞間距為 12 15mm ；保持大圓筒與小圓筒的間距為7 9mm ；所述的絕緣陶瓷片厚度為7 10mm，其
直徑略大于小圓筒的直徑。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果1、由于本實用新型通過離子氧化后處理，在氮化層表面再生成氧化膜，將氮化后 產(chǎn)生疏松缺陷克服，提高了表面耐蝕性和耐磨性。2、由于本實用新型將工件作為陽極，避免了傳統(tǒng)工藝中將工件作為陰極所引起的 表面打弧等缺點，氧化膜層的完整保護性好。3、由于本實用新型將等離子體滲擴與真空氣體滲擴的優(yōu)點相結合，將鋁試樣基體 與真空爐爐壁相連接，即把工件作為陽極進行表面改性處理。通過空心陰極裝置的放置，用 空心陰極放電提高放電強度和離化率，從而產(chǎn)生高濃度、高活性的滲擴物質(zhì)，在表面形成耐 蝕性好，硬度高，同時摩擦磨損性能良好的改性層。4、由于本實用新型利用雙層圓筒來實現(xiàn)空心陰極放電，提高了氮化氧化加工效率。5、由于本實用新型的工件作為陽極與0 離子反應更加迅速，氧化膜層的致密 性，氧化膜的組織結構致密，與單獨離子滲氮處理相比，更加有效地阻礙腐蝕環(huán)境對金屬的 腐蝕，6、由于本實用新型通過空心陰極輔助裝置即雙層圓筒的放置，在氧氣氣氛下產(chǎn)生 空心陰極放電，提高了活性氧物質(zhì)；同時，試樣通過雙層圓筒的輻射進行加熱，表面受熱均 勻，從而縮短了氧化時間。7、本實用新型在小圓筒上放置絕緣陶瓷片，可提高工件周圍即大圓筒內(nèi)的活性氧 物質(zhì)濃度，以防止活性氧物質(zhì)的散逸。

本實用新型僅有附圖1張，其中圖1是低合金鋼表面氮化氧化復合處理裝置的結構示意圖。圖中1、爐門，2、進氣口，3、氨氣瓶，4、氧氣瓶，5、氬氣瓶，6、電源，7、小圓筒，8大 圓筒，9、工件，10、載物臺，11、支座，12、絕緣體，13、S型熱電偶，14、真空泵，15、絕緣陶瓷片。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行進一步地描述。如圖1所示，一種低合金鋼表面 氮化氧化復合處理裝置包括真空爐、進氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)，所述的真 空爐為離子擴滲設備，由真空爐體和爐門1組成；所述的進氣系統(tǒng)包括氨氣瓶3、氧氣瓶4、 氬氣瓶5、流量控制器和進氣口 2，進氣口 2安裝在真空爐側(cè)；所述的供電系統(tǒng)采用脈充直流 高壓電源或直流濺射高壓電源；所述的測溫系統(tǒng)為常用S型熱電偶13，安裝在距載物臺10 的2 4cm的位置；所述的抽真空系統(tǒng)包括真空泵14及其管路，所述的真空泵14通過管路 與真空爐的底座相連；所述的真空爐內(nèi)安裝有空心陰極輔助裝置和工件平臺，所述的空心 陰極輔助裝置由兩個直徑不同且?guī)в锌锥吹男A筒7和大圓筒8組成，所述的小圓筒7和 大圓筒8構成同軸雙層圓筒，位于絕緣環(huán)12上，并通過絕緣環(huán)12隔離，所述的小圓筒7和大圓筒8分別與電源6的陰極連接，所述的小圓筒7放置有絕緣陶瓷片15 ；所述的工件平 臺包括支座11和載物臺10，所述的支座11位于真空爐底座上；所述的載物臺10由不銹鋼 板制成，位于支座11上，用于放置工件9，所述的載物臺10和真空爐的爐壁分別與電源6的 陽極連接。所述的支座11由導電材料或絕緣材料制成。所述的小圓筒7和大圓筒8由低 碳鋼制成，小圓筒7的直徑為350 400mm，大圓筒8的直徑為364 418mm，小圓筒7上平 均分布直徑為11 12mm的孔洞，孔洞間距為12 15mm ；保持大圓筒8與小圓筒7的間距 為7 9mm ；所述的絕緣陶瓷片15厚度為7 10mm，其直徑略大于小圓筒7的直徑。本實用新型的處理方法包括以下步驟A、工件9的清洗與裝爐用工業(yè)清洗劑清洗工件9表面，然后進行裝爐，將工件9放置在載物臺10上；B、抽真空、起輝啟動真空泵14抽氣，當真空爐內(nèi)真空度達到10 20Pa時，打開氨氣瓶3，通過進 氣口 2充入凈化過的氨氣，調(diào)節(jié)氨氣的流量，使真空爐內(nèi)的壓強保持在133 1333Pa，打開 電源6，使真空爐內(nèi)的氨氣在高壓電場的作用下發(fā)生電離，產(chǎn)生輝光放電效應；C、氮化處理調(diào)節(jié)小圓筒7和大圓筒8之間的間距，在小圓筒7和大圓筒8與陰極電源連接后， 調(diào)節(jié)真空爐內(nèi)氣壓，產(chǎn)生輝光放電，電子在兩圓筒陰極之間震蕩并交替從兩陰極鞘層獲得 能量，產(chǎn)生弧光放電即空心陰極放電；產(chǎn)生高濃度、高活性含氮物質(zhì)，通過小圓筒7上分布 的孔洞，在工件9表面快速飽和并反應擴散，形成氮化物層；氮化的具體參數(shù)可根據(jù)工藝要 求條件進行調(diào)節(jié)；壓強控制在200 2000Pa內(nèi)，氮化溫度為450 580攝氏度，氮化時間在 2 20小時內(nèi)；D、氧化處理氮化處理完成之后，關閉氨氣瓶3，重新抽真空到達到10Pa左右，其后，打開氧氣 瓶4，向爐內(nèi)充入氧氣，控制氣壓在50 500Pa內(nèi)，并逐步調(diào)節(jié)電壓、電流，控制氧化溫度 在300 500攝氏度，通過流量計調(diào)節(jié)真空爐內(nèi)氣壓，使雙層圓筒保持空心陰極放電；期間 可根據(jù)實際情況如溫度下降時，打開氬氣瓶5，充入氬氣，讓氬氣引起濺射，從而增加放電強 度，維持工件氧化所需溫度；根據(jù)工藝要求控制氧化時間為10 150分鐘；E、冷卻階段將真空爐內(nèi)抽成低真空，關掉電源；待工件9隨真空爐冷卻到100攝氏度時出爐。
權利要求一種低合金鋼表面氮化氧化復合處理裝置包括真空爐、進氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)，所述的真空爐為離子擴滲設備，由真空爐體和爐門(1)組成；所述的進氣系統(tǒng)包括氨氣瓶(3)、氧氣瓶(4)、氬氣瓶(5)、流量控制器和進氣口(2)，進氣口(2)安裝在真空爐側(cè)；所述的供電系統(tǒng)采用脈充直流高壓電源或直流濺射高壓電源；所述的測溫系統(tǒng)為常用S型熱電偶(13)，安裝在距載物臺(10)2～4cm的位置；所述的抽真空系統(tǒng)包括真空泵(14)及其管路，所述的真空泵(14)通過管路與真空爐的底座相連；其特征在于所述的真空爐內(nèi)安裝有空心陰極輔助裝置和工件平臺，所述的空心陰極輔助裝置由兩個直徑不同且?guī)в锌锥吹男A筒(7)和大圓筒(8)組成，所述的小圓筒(7)和大圓筒(8)構成同軸雙層圓筒，位于絕緣環(huán)(12)上，并通過絕緣環(huán)(12)隔離，所述的小圓筒(7)和大圓筒(8)分別與電源(6)的陰極連接，所述的小圓筒(7)放置有絕緣陶瓷片(15)；所述的工件平臺包括支座(11)和載物臺(10)，所述的支座(11)位于真空爐底座上；所述的載物臺(10)由不銹鋼板制成，位于支座(11)上，用于放置工件(9)，所述的載物臺(10)和真空爐的爐壁分別與電源(6)的陽極連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種低合金鋼表面氮化氧化復合處理裝置，其特征在于所 述的支座(11)由導電材料或絕緣材料制成。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種低合金鋼表面氮化氧化復合處理裝置，其特征在于所 述的小圓筒(7)和大圓筒(8)由低碳鋼制成，小圓筒(7)的直徑為350 400mm，大圓筒(8) 的直徑為364 418mm，小圓筒(7)上平均分布直徑為11 12mm的孔洞，孔洞間距為12 15mm ；保持大圓筒⑶與小圓筒(7)的間距為7 9mm ；所述的絕緣陶瓷片(15)厚度為7 10mm，其直徑略大于小圓筒(7)的直徑。
專利摘要本實用新型公開了一種低合金鋼表面氮化氧化復合處理裝置，包括真空爐、進氣系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)，所述的真空爐內(nèi)安裝有空心陰極輔助裝置和工件平臺，所述的空心陰極輔助裝置由兩個直徑不同且?guī)в锌锥吹男A筒和大圓筒組成，所述的小圓筒和大圓筒分別與電源的陰極連接，所述的小圓筒放置有絕緣陶瓷片；所述的工件平臺包括支座和載物臺，所述的支座位于真空爐底座上，所述的載物臺位于支座上，用于放置工件并與電源的陽極連接。本實用新型通過空心陰極裝置的放置，用空心陰極放電提高放電強度和離化率，從而產(chǎn)生高濃度、高活性的滲擴物質(zhì)，在表面形成耐蝕性好，硬度高，同時摩擦磨損性能良好的改性層。
文檔編號C23C8/38GK201574191SQ20092028825
公開日2010年9月8日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權日2009年12月18日
發(fā)明者張丹丹, 李楊, 沈烈, 王亮, 王春華 申請人:大連海事大學