專利名稱：大型雙控溫式活性屏離子滲氮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用高頻直流輝光放電產(chǎn)生的等離子體對黑色金屬材料表面進行離子滲氮處理的大型熱處理裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的離子滲氮處理是將被處理工件置于真空爐內(nèi)，工件接高頻直流高壓電源的負極，爐殼接高頻直流電源的正極，并接地保護。在直流電場作用下，真空爐內(nèi)發(fā)生氣體輝光放電現(xiàn)象，氣體被電離，電離了的正離子轟擊陰極(工件)的表面，將工件加熱到滲氮所需要的溫度。氣體輝光放電產(chǎn)生的等離子體可加快化學反應速度，并提高處理的質(zhì)量。但是，接在工件上的直流負高壓也帶來一些難以克服的技術(shù)問題，如工件表面打弧、爐內(nèi)工件溫度不均勻、不易準確測量工件的溫度、工件表面易產(chǎn)生空心陰極效應和電場效應、大小工件不能混裝、直流高壓電源容易因打弧而過流損壞等。這些問題一直阻礙了離子滲氮技術(shù)的 發(fā)展和推廣應用。為解決這些問題，美國專利US— 5，989，363提出一種活性屏離子滲氮技術(shù)(Active Screen Plasma Nitriding,簡稱ASPN技術(shù))。ASPN技術(shù)是在離子滲氮爐內(nèi)放置一個鐵制的籠子，該鐵制籠子即為活性屏，鐵制籠子與高頻直流電源的負極相接，而被處理工件置于鐵制籠子的中間，呈電懸浮狀態(tài)。在活性屏離子滲氮處理過程中，鐵制籠子被正離子轟擊加熱，并濺射下一些含鐵的粒子沉積在工件的表面進行滲氮。該專利的缺陷在于在活性屏離子滲氮爐內(nèi)，因為工件是靠籠子的熱輻射加熱到滲氮處理的溫度，所以距離籠子較近的工件溫度就要高于距離籠子較遠的工件溫度，籠子的直徑越大，爐子徑向工件之間的溫差就越大，從而對爐內(nèi)徑向工件之間的滲氮均勻性造成較大影響。實際應用表明，此專利技術(shù)只能適用于直徑小于150mm的小型離子滲氮爐，而對于直徑大于150mm的大型離子滲氮爐，無法起到滲氮作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種能夠解決大型活性屏離子滲氮爐內(nèi)工件滲氮均勻性差的問題，提高活性屏離子滲氮工件質(zhì)量的大型雙控溫式活性屏離子滲氮裝置。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是大型雙控溫式活性屏離子滲氮裝置，它包括真空爐、高頻直流主電源、活性屏和工件載物臺；真空爐配備有供氣系統(tǒng)和真空系統(tǒng)；活性屏為鐵制籠子，它設(shè)置在真空爐內(nèi)；高頻直流主電源的負極與活性屏連接，正極與真空爐爐體連接，并接地保護；工件載物臺設(shè)置在鐵制籠子內(nèi)；所述裝置還包括高頻直流偏壓電源、控制計算機和熱電偶；高頻直流偏壓電源的負極與工件載物臺相連接，正極與爐體相連接，并接地保護，高頻直流偏壓電源電壓高于自濺射閾值；熱電偶有兩支，一支活性屏熱電偶放置在靠近籠子的位置，活性屏熱電偶采集的溫度數(shù)據(jù)通過控制計算機調(diào)節(jié)高頻直流主電源的直流電壓和占空比，另一支工件熱電偶則放置在工件載物臺中間，工件熱電偶采集的溫度數(shù)據(jù)通過控制計算機調(diào)節(jié)高頻直流偏壓電源的直流電壓和占空比。
進一步地說，當鐵制籠子被加熱到工件不打弧的溫度后，接通高頻直流偏壓電源。本發(fā)明在進行活性屏離子滲氮處理時，先接通高頻直流主電源，使鐵制籠子產(chǎn)生輝光放電并開始加熱，當靠近籠子的熱電偶溫度達到工件不打弧溫度時(大于400°C)，再接通高頻直流偏壓電源，利用偏壓電源繼續(xù)加熱工件，直到工件達到滲氮所需的溫度。本發(fā)明的優(yōu)點是第一，在大型活性屏離子滲氮爐內(nèi)分別設(shè)置一套高頻直流主電源和一套偏壓電源，高頻直流主電源的負極與活性屏相連接，正極與爐體連接，起到加熱工件和提供滲氮載體的作用；同時在工件載物臺上施加達到自濺射電壓的偏壓電源，通過負偏壓的自濺射作用，使遠離活性屏的工件也能獲得較好的滲氮效果。試驗證明，本發(fā)明可用于爐內(nèi)直徑大于150毫米的活性屏離子滲氮爐，用于爐內(nèi)直徑大于800毫米的活性屏離子滲氮爐滲氮時效果仍然很好。第二，在大型活性屏離子滲氮爐內(nèi)設(shè)置兩支熱電偶，一支熱電偶放置在靠近活性屏的位置，用于測量鐵制籠子的溫度，并通過調(diào)節(jié)高頻直流主電源的直流電壓和占空比，實現(xiàn)對鐵制籠子溫度的自動控制；另一支熱電偶則放置在工件載物臺中間，用于測量工件的溫度，并通過調(diào)節(jié)高頻直流偏壓電源的直流電壓和占空比，實現(xiàn)對工件溫度的自動控制；使得大型活性屏離子滲氮爐工作區(qū)域內(nèi)，工件均能取得較好的滲氮效果，并改善了離子滲氮爐內(nèi)的溫度均勻性，提高了工件的滲氮質(zhì)量。第三，在工件的升溫過程中，只要籠子將工件加熱到不會打弧的溫度時(大于400°C)，即可接通偏壓電源，這時可以利用主電源和偏壓·電源一起對工件進行加熱，加快了工件的加熱速度，縮短了離子滲氮的處理周期。


附圖是本發(fā)明的示意圖。圖中1、高頻直流偏壓電源，2、高頻直流主電源，3、真空爐，4、活性屏，5、工作載物臺，6、供氣系統(tǒng)，7、活性屏熱電偶，8、工件熱電偶，9、真空系統(tǒng)，10、控制計算機。下面結(jié)合附圖詳細說明依據(jù)本發(fā)明提出的具體裝置細節(jié)及工作情況。
具體實施例方式大型雙控溫式活性屏離子滲氮裝置，它包括真空爐3、高頻直流主電源2、高頻直流偏壓電源I、活性屏4、工件載物臺5、控制計算機10、活性屏熱電偶7和工件熱電偶8。真空爐3配備有供氣系統(tǒng)6和真空系統(tǒng)9，滲氮工作氣體經(jīng)供氣系統(tǒng)6輸入到真空爐3內(nèi)，真空系統(tǒng)9可以保證活性屏離子滲氮是在一定的真空壓強范圍內(nèi)進行的。活性屏4為鐵制籠子，它設(shè)置在真空爐內(nèi)3。高頻直流主電源2的負極與活性屏4連接；正極與真空爐3的爐體連接，并接地保護。工件載物臺5設(shè)置在鐵制籠子內(nèi)。高頻直流偏壓電源I的負極與工件載物臺5相連接；正極與爐體相連接，并接地保護，高頻直流偏壓電源電壓高于自濺射閾值。熱電偶有兩支，一支活性屏熱電偶7放置在靠近籠子的位置，活性屏熱電偶7采集的溫度數(shù)據(jù)通過控制計算機10調(diào)節(jié)高頻直流主電源2的直流電壓和占空比；另一支工件熱電偶8則放置在工件載物臺中間，工件熱電偶8采集的溫度數(shù)據(jù)通過控制計算機10調(diào)節(jié)高頻直流偏壓電源I的直流電壓和占空比；兩支熱電偶之間以及熱電偶與爐殼之間絕緣。檢測試驗真空爐外型尺寸為Φ 1200X2000毫米，爐內(nèi)放置一個Φ 800 X 1000毫米的鐵制籠子，工作臺上擺放約200公斤重的欲滲氮處理的鋼制工件，在工件的不同位置擺放了 38CrMoAl滲氮試樣。用氨氣作為滲氮工作氣體，兩支熱電偶的溫度控制儀均設(shè)定為520°C。當工件達到滲氮溫度并保溫后，籠子內(nèi)不同部位的實測溫度為520±10°C。滲氮處理10小時后，關(guān)閉主電源、偏壓電源和氨氣，工件在真空環(huán)境或充氮對流環(huán)境中冷卻。經(jīng)檢測，所有試樣表面滲氮層的硬度為1000±30HV，滲氮層厚度為O. 3±0.05毫米。完全達到
38CrMoAl滲氮試樣的滲氮處理技術(shù)要求。
權(quán)利要求
1.大型雙控溫式活性屏離子滲氮裝置，它包括真空爐、高頻直流主電源、活性屏和工件載物臺；真空爐配備有供氣系統(tǒng)和真空系統(tǒng)；活性屏為鐵制籠子，它設(shè)置在真空爐內(nèi)；高頻直流主電源的負極與活性屏連接，正極與真空爐爐體連接，并接地保護；工件載物臺設(shè)置在鐵制籠子內(nèi)；其特征在于它還包括高頻直流偏壓電源、控制計算機和熱電偶；高頻直流偏壓電源的負極與工件載物臺相連接，正極與爐體相連接，并接地保護，高頻直流偏壓電源電壓高于自濺射閾值；熱電偶有兩支，一支活性屏熱電偶放置在靠近籠子的位置，活性屏熱電偶采集的溫度數(shù)據(jù)通過控制計算機調(diào)節(jié)高頻直流主電源的直流電壓和占空比，另一支工件熱電偶則放置在工件載物臺中間，工件熱電偶采集的溫度數(shù)據(jù)通過控制計算機調(diào)節(jié)高頻直流偏壓電源的直流電壓和占空比。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大型雙控溫式活性屏離子滲氮裝置，其特征在于當鐵制籠子被加熱到工件不打弧的溫度后，接通高頻直流偏壓電源。
全文摘要
本發(fā)明提供的大型雙控溫式活性屏離子滲氮裝置涉及一種離子滲氮處理的大型熱處理裝置。它包括真空爐、高頻直流主電源、活性屏、工件載物臺、高頻直流偏壓電源、控制計算機和熱電偶；高頻直流偏壓電源的負極與工件載物臺相連接，高頻直流偏壓電源電壓高于自濺射閾值；熱電偶有兩支，一支活性屏熱電偶放置在靠近籠子的位置，活性屏熱電偶采集的溫度數(shù)據(jù)通過控制計算機調(diào)節(jié)高頻直流主電源的直流電壓和占空比，另一支工件熱電偶則放置在工件載物臺中間，工件熱電偶采集的溫度數(shù)據(jù)通過控制計算機調(diào)節(jié)高頻直流偏壓電源的直流電壓和占空比。本發(fā)明的優(yōu)點是適用于內(nèi)徑較大的離子滲氮爐，滲氮質(zhì)量高，滲氮周期短。
文檔編號C23C8/38GK102877020SQ20121037938
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者韓伯群, 趙程 申請人:江蘇豐東熱技術(shù)股份有限公司