用于工件的熱化學(xué)硬化的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于工件的熱化學(xué)硬化的方法和設(shè)備
[0001] 本發(fā)明涉及用于工件的熱化學(xué)硬化的方法和設(shè)備，其以可變的順序包括：
[0002] -一個或多個滲碳步驟，均在壓力小于50毫巴的含碳的氣體氣氛中實施，其中所 述工件保持在900°C至1050°C的溫度下；
[0003] -任選地一個或多個擴散步驟，均在壓力小于100毫巴的氣體氣氛中實施；和
[0004] -一個或多個滲氮步驟，均在壓力小于50毫巴的含氮的氣體氣氛中實施，其中所 述工件保持在800°C至1050°C的溫度下。
[0005] 本發(fā)明的目的在于，提供借助于滲碳和滲氮的用于工件熱化學(xué)硬化的方法和設(shè) 備，它們具有以下優(yōu)點：
[0006] -在工件的邊緣區(qū)域中對碳分布和氮分布進行精確調(diào)節(jié)；
[0007] -高生產(chǎn)率和靈活的進料；以及
[0008] 一降低的能量消耗和環(huán)境負荷。
[0009] 所述目的通過以可變的順序包括以下步驟的方法來實現(xiàn)：
[0010] -一個或多個滲碳步驟，均在壓力小于50毫巴的含碳的氣體氣氛中實施，其中所 述工件保持在900°C至1050°C的溫度下；
[0011] -任選地一個或多個擴散步驟，均在壓力小于100毫巴的氣體氣氛中實施；和
[0012] -一個或多個滲氮步驟，均在壓力小于50毫巴的含氮的氣體氣氛中實施，其中所 述工件保持在800°C至1050°C的溫度下，所述含氮的氣體氣氛包含分子氮（N2)作為供體氣 體并且借助放電等離子體激發(fā)；其中
[0013] -所述方法如下實施：即兩個相繼的方法步驟之間的時間間隔小于15分鐘，并且 所述工件在所述時間間隔中保持在壓力小于300毫巴的氣體氣氛中。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的方法的有利改進方案的特征在于：
[0015] -兩個相繼的方法步驟之間的時間間隔小于10分鐘，優(yōu)選小于5分鐘和特別是小 于1分鐘；
[0016] -在兩個相繼的方法步驟之間的時間間隔內(nèi)，所述工件保持在壓力小于200毫 巴，優(yōu)選小于1〇〇毫巴的氣體氣氛中；
[0017] -在兩個相繼的方法步驟之間的時間間隔內(nèi)，所述工件的溫度大于600°C，優(yōu)選大 于700°C和特別是大于800°C;
[0018] -所述方法按照順序包括以下步驟：
[0019] -滲碳/滲氮；
[0020] 一滲碳/擴散/滲氮；
[0021] 一滲氮/滲碳/滲氮；
[0022] -滲氮/滲碳/滲氮/滲碳；或
[0023] -滲氮/滲碳/擴散/滲氮；
[0024] 一所述放電等離子體在200V至1000V的任選脈沖的直流電壓，10A至200A的直流 電流和2kVA至200kVA的連續(xù)功率下操作；
[0025] -在一個或多個滲氮步驟中，所述含氮的氣體氣氛借助脈沖直流電流一放電等離 子體，優(yōu)選結(jié)合點火脈沖進行激發(fā)；
[0026] -在一個或多個滲氮步驟中，所述放電等離子體借助于有源柵極產(chǎn)生；
[0027] -所述工件保持在相對于有源柵極來說負的電勢（偏壓）下，所述電勢為10伏特 至400伏特，優(yōu)選10伏特至200伏特；
[0028] -所述工件保持在相對于有源柵極來說負的電勢（偏壓）下，其中所述工件上的 負電勢值是所述有源柵極的負電勢值的2倍至12倍；
[0029] -在一個或多個滲氮步驟中，使用等離子體浸沒離子注入過程；
[0030] 一所述工件在滲氮步驟期間保持在820 °C至1000 °C，優(yōu)選920 °C至980 °C的溫度 下；
[0031] 一所述工件在滲碳步驟期間保持在940°C至1050°C的溫度下；
[0032] -在所述滲氮步驟中，所述含氮的氣體氣氛由N2和任選地一種或多種如H2和氬的 載體氣體構(gòu)成；
[0033] -在所述滲氮步驟中，所述含氮的氣體氣氛由隊和一種或多種如C0 2或CH4的含 碳氣體以及任選地一種或多種如氏和氬的載體氣體構(gòu)成；
[0034] 一在所述滲氮步驟中所述含碳氣體的比例以N2計為2體積％至20體積％，優(yōu)選4 體積％至15體積％和特別是4體積％至10體積％ ;
[0035] -在所述滲氮步驟中，所述含氮的氣體氣氛的壓力小于40毫巴，優(yōu)選小于30毫巴 和特別是小于20毫巴；
[0036] -在所述滲碳步驟中，所述含碳的氣體氣氛由一種或多種如C2H2、032和CH4的含 碳的供體氣體和任選地一種或多種如氏和氬的載體氣體構(gòu)成；
[0037] -在所述滲碳步驟中，所述含碳的氣體氣氛的壓力小于40毫巴，優(yōu)選小于30毫巴 和特別是小于20毫巴；
[0038] -所述方法包括在壓力為0? 9巴至2巴的N2氣氛中的高壓擴散步驟；和/或
[0039] 一所述方法按照順序包括以下步驟：
[0040] -滲氮/滲碳/高壓擴散。
[0041] 本發(fā)明另外的目的是，提供一種設(shè)備，利用所述設(shè)備可以精確地調(diào)節(jié)工件邊緣區(qū) 域內(nèi)的碳分布和氮分布，并且可以在降低的能量消耗和沒有環(huán)境負荷的條件下實現(xiàn)高生產(chǎn) 率和靈活的進料。
[0042] 所述目的通過包括以下部分的設(shè)備來實現(xiàn)：
[0043] 一m個低壓加熱室，且m= 2、3、4、5、6、7、8、9 或 10 ;
[0044] 一與所述低壓加熱室相連的供氣裝置，設(shè)置所述供氣裝置用于為所述低壓加熱室 提供一種或更多種氣體，所述氣體選自N2，諸如C2H2、〇)2和CH4的含碳的供體氣體，以及如 H2和氬的載體氣體；
[0045] -轉(zhuǎn)移室，它與每個低壓加熱室以及閘室和淬火室或雙功能的閘一淬火室相連； 或
[0046] -閘室和淬火室，它們分別可運動并可以與每個低壓加熱室相連；或
[0047] -雙功能的閘一淬火室，它是可運動的并可以與每個低壓加熱室相連；其中：
[0048] -個或多個低壓加熱室與供電裝置相連，并且設(shè)置其用于在具有N2作為供體氣體 的含氮氣體氣氛中，在800°C以上的溫度和小于100毫巴的壓力下產(chǎn)生放電等離子體。
[0049] 根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的有利改進方案的特征在于：
[0050] 一設(shè)置所述供電裝置用于以200V至1000V的直流電壓、10A至200A的直流電流和 2kVA至200kVA的連續(xù)功率來操作放電等離子體；
[0051] -設(shè)置所述供電裝置用于以脈沖直流電壓（優(yōu)選與點火脈沖相結(jié)合的）來操作； 和/或
[0052] -一個或多個低壓加熱室裝備有有源柵極。
[0053] 根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選按順序包括以下步驟：
[0054] -裝料/排空/滲碳/滲氮/淬火/卸料；
[0055] -裝料/排空/滲碳/擴散/滲氮/淬火/卸料；
[0056] -裝料/排空/滲氮/滲碳/滲氮/淬火/卸料；
[0057] -裝料/排空/滲氮/滲碳/滲氮/滲碳/淬火/卸料；
[0058] 或
[0059] -裝料/排空/滲氮/滲碳/擴散/滲氮/淬火/卸料。
[0060] 所述排空在閘室或雙功能的閘一淬火室中完成。另外，出于語言上簡化的目的，僅 描述了與閘室相關(guān)的排空的方法步驟。根據(jù)本發(fā)明，在此也總是還包括在雙功能的閘一淬 火室中的排空的替代方案。
[0061] 將待處理的工件直接放置在優(yōu)選板狀或柵格狀的加料載體上和/或布置在加料 架內(nèi)和所述加料架任選地在加料載體上。細長的工件，如傳動軸優(yōu)選懸掛地布置在加料載 體或加料架內(nèi)。
[0062] 根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括由一個或多個模塊構(gòu)建的加料傳輸系統(tǒng)，其中每個模塊分 配給轉(zhuǎn)移室和/或一個或多個閘室、淬火室和低壓加熱室。加料傳輸系統(tǒng)的每個模塊配備 有調(diào)控機構(gòu)，它經(jīng)由電纜與設(shè)備的中央控制單元，例如可存儲編程的控制器（SPS)連接。
[0063] 根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)選實施形式包括靜態(tài)的雙功能的閘一淬火室，m個垂直疊 置的低壓加熱室（m= 2、3、4、5、6、7、8、9或10)以及轉(zhuǎn)移室，其中雙功能的閘一淬火室和低 壓加熱室連接在轉(zhuǎn)移室上。每個低壓加熱室配備有真空閥或真空門，利用所述真空閥或真 空門將低壓加熱室的內(nèi)部空間與轉(zhuǎn)移室的內(nèi)部空間氣密地分隔開。雙功能的閘一淬火室裝 備有兩個互相對立布置的真空閥或真空門。
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