專利名稱：面向?qū)嶒炇业目焖贇怏w滲入工藝中使用的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種氣體滲入工藝中使用的設(shè)備，尤其涉及一種面向?qū)嶒炇业暮喴卓焖贇怏w滲入或固-氣反應(yīng)的工藝中所使用的設(shè)備。該設(shè)備主要應(yīng)用于實驗室中。屬于機械行業(yè)的熱處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
實驗室中滲氮與滲氫工藝被廣泛的應(yīng)用于材料改性、材料制備以及功能材料的研制生產(chǎn)。目前，在機械行業(yè)的熱處理領(lǐng)域，滲氮與滲氫(或者固-氣反應(yīng))應(yīng)用甚廣，但其設(shè)備落伍，工藝落后大多采用經(jīng)驗來進行操作。實驗室的氣體滲入(或者固-氣反應(yīng))設(shè)備嚴重落伍，進行樣品制備大多需要特別長的時間(有些為幾天或者幾周)。同時存在嚴重的表面氧化，而且對所滲氣體浪費嚴重，效率特別低。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了解決目前實驗室在金屬表面滲入氣體或者金屬材料制備中固-氣反應(yīng)所采用的工藝及設(shè)備嚴重落伍，使樣品氣體滲入溫度不易掌握、氣體滲入時間過長、造價高及存在嚴重的表面氧化現(xiàn)象的技術(shù)問題，提供了一種面向?qū)嶒炇业目焖贇怏w滲入工藝中所使用的設(shè)備。本實用新型面向?qū)嶒炇业脑诮饘袤w表面快速氣體滲入工藝中所采用的設(shè)備的解決方案是該設(shè)備由爐體及與爐體配套的裝置兩部分組成；所述與爐體配套的裝置包括與爐體內(nèi)徑相應(yīng)的爐管，爐管的冷卻裝置、充放氣裝置，以及在爐管內(nèi)設(shè)有放置樣品的坩堝；在靠近爐管開口端設(shè)有環(huán)形冷卻水腔，在所述環(huán)形冷卻水腔上分別有冷卻水出口與冷卻水入口 ；在所述爐管開口端靠近環(huán)形冷卻水腔處設(shè)有與真空機組相連的抽氣通道；在抽氣管道開關(guān)閥與爐管之間設(shè)有與高壓氣瓶相連的充氣管道，其上設(shè)有充氣管道開關(guān)閥；在所述爐管開口端采用帶密封圈的爐管螺栓密封。本實用新型的特點及有益效果結(jié)構(gòu)合理，工藝簡單，在普通滲氮工藝及設(shè)備的基礎(chǔ)上進行改進，成本低廉，大大提高了氣體滲入效率(或者固-氣反應(yīng)效率)，縮短了樣品制備(或者固-氣反應(yīng))時間。具體表現(xiàn)在采用熱重-熱掃描精確確定氣體滲入(或者固-氣反應(yīng))最佳溫度值，改善了原有靠經(jīng)驗來進行氣體滲入(或者固-氣反應(yīng))的工藝操作；采用在滲入氣體前高真空退火用于去除樣品表面的雜質(zhì)氣體(例如水蒸氣、N2與O2等)，可有利于消除表面氧化，大大提高樣品的純度；采用密閉圓形爐管來進行滲入氣體(或者固-氣反應(yīng))，可增加密閉容器內(nèi)氣體壓強，有利于縮短氣體滲入或反應(yīng)的時間；管式電阻爐可沿著導(dǎo)軌自由移動、調(diào)整，使樣品始終位于爐腔均溫區(qū)的中心，有利于精確控制氣體滲入溫度；[0011]由于在管式電阻爐與充抽氣之間設(shè)有冷卻水腔，可有效減少熱量隨著金屬圓形爐管的擴散，有利于保護另一端帶密封圈的爐管螺栓，達到較好的密封效果；由于在圓形爐管的一側(cè)設(shè)有垂直的充抽氣管道，進一步減少了操作過程中高溫氣體直接進入真空機組與高壓氣瓶，有利于保護真空機組與各種密封裝置；該實用新型結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，可精確控制滲入氣體氣氛與溫度，從而制備出更加符合設(shè)計成分的材料，有利于發(fā)掘出材料的最佳性能。

圖1本實用新型中所使用設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是圖1中與爐體配套部分的結(jié)構(gòu)示意圖圖3是圖1中爐體部分的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施方式
面向?qū)嶒炇业脑诮饘袤w表面快速氣體滲入工藝中所采用的設(shè)備，它由爐體及與爐體配套的裝置兩部分組成；所述與爐體配套的裝置包括與爐體內(nèi)徑相應(yīng)的爐管，爐管的冷卻裝置、充放氣裝置，以及在爐管內(nèi)設(shè)有放置樣品6的坩堝5 ；在靠近爐管4開口端設(shè)有環(huán)形冷卻水腔7，在所述環(huán)形冷卻水腔7上分別有冷卻水出口 8與冷卻水入口 9 ；在所述爐管4開口端靠近環(huán)形冷卻水腔7處設(shè)有與真空機組相連的抽氣通道10 ；在抽氣管道開關(guān)閥11與爐管4之間設(shè)有與高壓氣瓶相連的充氣管道13，其上設(shè)有充氣管道開關(guān)閥12 ；在所述爐管4開口端采用帶密封圈的爐管螺栓14密封。其中所述爐體為帶有熱電偶與控溫裝置3的管式電阻爐2，在爐體下方設(shè)有支撐輪1 ；在所述爐管4上設(shè)有氣體壓力計15 ；所述爐管4遠離開口一端，采用高溫耐火不銹鋼制成，要求在1000°C下連續(xù)保溫6小時無氧化；所述的環(huán)形冷卻水腔7與爐管焊接相連；所述爐體支撐輪1采用耐磨鋼制成，在輪下設(shè)有相應(yīng)的滑動導(dǎo)軌；所述的抽氣管道開關(guān)閥11與充氣管道開關(guān)閥12采用真空蝶閥；用于在金屬體表面快速氣體滲入工藝及設(shè)備，也完全適用于金屬材料(尤其是粉體)制備中的固-氣反應(yīng)。用于在金屬體表面快速滲入氣體(或固-氣反應(yīng))工藝，其實現(xiàn)步驟為1)通過熱重-熱掃描，在^3-147; 精確確定滲入氣體最大速率所對應(yīng)的溫度
Ts;2)在面向?qū)嶒炇业目焖贊B入氣體的工藝及其所采用的設(shè)備中低于Ts的溫度值真空退火30分鐘以除去吸附在材料表面的雜質(zhì)氣體；3)經(jīng)過至少3次用所滲氣體沖洗圓形爐管后，在最佳溫度值Ts下滲入氣體或者進行固-氣反應(yīng)，在短時間內(nèi)得到樣品。實施例參看圖1-圖3，面向?qū)嶒炇业目焖贇怏w滲入(或固-氣反應(yīng))工藝及其設(shè)備，在圓形的爐管4距開口端1/3處設(shè)有環(huán)形冷卻水腔7，在冷卻水腔上分別設(shè)有與環(huán)形冷卻水腔7相通的冷卻水出口 8和冷卻水入口 9，可有效減少熱量隨著金屬圓形爐管的擴散，有利于保護另一端帶密封圈的爐管螺栓，達到較好的密封效果；采用密閉爐管4來進行滲入氣體(或者固-氣反應(yīng))，可增加密閉容器內(nèi)氣體壓強；管式電阻爐2沿著導(dǎo)軌自由移動、調(diào)整，使樣品位于爐腔均溫區(qū)的中心；由于在圓形爐管4的一側(cè)設(shè)有垂直的充抽氣管道13，進一步減少了操作過程中高溫氣體直接進入真空機組與高壓氣瓶，有利于保護真空機組與各種密封裝置；采用熱重-熱掃描(TG-DSC)精確確定氣體滲入(或者固-氣反應(yīng))最佳溫度值，改善了原有靠經(jīng)驗來進行氣體滲入(或者固-氣反應(yīng))的工藝操作；采用在滲入氣體(例如N2、H2)前高真空退火用于去除樣品表面的雜質(zhì)氣體(例如水蒸氣、N2與O2等)，可有利于消除表面氧化。其中，圓形的爐管4采用高溫耐熱不銹鋼(要求在1000°C下連續(xù)保溫6小時無氧化)制成。其他零部件可采用普通不銹鋼即可，與爐管4焊接相連。面向?qū)嶒炇业目焖贇怏w滲入(或固-氣反應(yīng))工藝采用該設(shè)備的具體實現(xiàn)步驟首先，采用通用的熱重-熱掃描設(shè)備在^3-147; 精確確定滲入氣體最大速率所對應(yīng)的溫度Ts。然后打開帶密封圈的爐管螺栓，放置樣品(例如胞^?。、牵?！或狗粉末)于坩堝內(nèi)，采用真空機組抽取爐管內(nèi)真空度不低于3 X 10_3!^。推入管式電阻爐，在溫度T (T < Ts)下退火30分鐘后后快速冷卻至室溫。打開充氣管道開關(guān)閥，充入Iatm的所需氣體(例如N2,吐等)。關(guān)閉充氣管道開關(guān)閥，打開抽氣管道開關(guān)閥，再次抽真空不低于3X10_3Pa。反復(fù)3次。最后充入IJatm的氣體(例如N2,吐等)。推入爐體，設(shè)定爐體溫度為Ts (對于Mn3Sn為941°C )，在Ts下保持t小時(對于Mn3Snt = 30s，對于Mn t = 4h)，后推出爐體，快速降溫至室溫。打開帶密封圈的爐管螺栓，即可取出樣品。
權(quán)利要求1.一種面向?qū)嶒炇业脑诮饘袤w表面快速氣體滲入工藝所使用的設(shè)備，它由爐體及與爐體配套的裝置兩部分組成；其特征在于所述與爐體配套的裝置包括與爐體內(nèi)徑相應(yīng)的爐管，爐管的冷卻裝置、充放氣裝置，以及在爐管內(nèi)設(shè)有放置樣品(6)的坩堝(5)；在靠近爐管(4)開口端設(shè)有環(huán)形冷卻水腔(7)，在所述環(huán)形冷卻水腔(7)上分別有冷卻水出口(8) 與冷卻水入口(9)；在所述爐管(4)開口端靠近環(huán)形冷卻水腔(7)處設(shè)有與真空機組相連的抽氣通道(10)；在抽氣管道開關(guān)閥(11)與爐管(4)之間設(shè)有與高壓氣瓶相連的充氣管道(13)，其上設(shè)有充氣管道開關(guān)閥(12)；在所述爐管(4)開口端采用帶密封圈的爐管螺栓 (14)密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向?qū)嶒炇业脑诮饘袤w表面快速氣體滲入工藝所使用的設(shè)備，其特征在于所述爐體為帶有熱電偶與控溫裝置(3)的管式電阻爐0)，在爐體下方設(shè)有支撐輪(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向?qū)嶒炇业脑诮饘袤w表面快速氣體滲入工藝中所使用的設(shè)備，其特征在于在所述爐管(4)上設(shè)有氣體壓力計(15)。
4.根據(jù)權(quán)利1-3中任意一項中所述的面向?qū)嶒炇业脑诮饘袤w表面快速氣體滲入工藝所使用的設(shè)備，其特征在于所述爐管(4)遠離開口一端，采用高溫耐火不銹鋼制成，要求在1000°C下連續(xù)保溫6小時無氧化。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向?qū)嶒炇业脑诮饘袤w表面快速氣體滲入工藝所使用的設(shè)備，其特征在于所述的環(huán)形冷卻水腔(7)與爐管焊接相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向?qū)嶒炇业脑诮饘袤w表面快速氣體滲入工藝所使用的設(shè)備，其特征在于所述爐體支撐輪(1)采用耐磨鋼制成，在輪下設(shè)有相應(yīng)的滑動導(dǎo)軌。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向?qū)嶒炇业脑诮饘袤w表面快速氣體滲入工藝所使用的設(shè)備，其特征在于所述的抽氣管道開關(guān)閥(11)與充氣管道開關(guān)閥(12)采用真空蝶閥。
專利摘要面向?qū)嶒炇业目焖贇怏w滲入工藝及其設(shè)備，是為解決目前實驗室在金屬表面滲入氣體或者金屬材料制備中固-氣反應(yīng)所采用的工藝及設(shè)備嚴重落伍，使樣品氣體滲入溫度不易掌握、氣體滲入時間過長、造價高及存在嚴重的表面氧化現(xiàn)象的技術(shù)問題而設(shè)計的。其解決方案是通過熱重-熱掃描，在293-1473K精確確定滲入氣體最大速率所對應(yīng)的溫度TS；在面向?qū)嶒炇业目焖贊B入氣體的工藝及其所采用的設(shè)備中低于TS的溫度值真空退火30分鐘以除去吸附在材料表面的雜質(zhì)氣體；經(jīng)過至少3次用所滲氣體沖洗圓形爐管后，在最佳溫度值TS下滲入氣體或者進行固-氣反應(yīng)，在短時間內(nèi)得到樣品。采用本實用新型可大大縮小滲入某種氣體(固-氣反應(yīng))所需時間，簡化實驗室的氣體滲入(或固-氣反應(yīng))實驗的操作步驟，改善生產(chǎn)環(huán)境，并降低能耗與成本。
文檔編號C23C8/06GK202322974SQ201120436488
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者孟萍萍, 封文江, 尹小荷, 張治國, 李國德, 王傳銀, 董莉 申請人:沈陽師范大學(xué)