專利名稱：保溫式多功能離子化學熱處理裝置的制作方法
保溫式多功能離子化學熱處理裝置技術領域.本發明涉及一種利用直流輝光放電產生的等離子體對黑色金屬材料表面進行離子化學熱 處理的裝置。
技術背景傳統的直流離子化學熱處理是將被處理工件罩于低真空爐內，工件上接直流負高壓，使 之產生氣體輝光放電。在直流電場作用下，正離子轟擊工件拜面，將工件加熱到所需要的處 理溫度。氣體輝光放電產生的等離子體加快了化學反應速度，提高了處理質量。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問題，如工件表面打弧、工件溫度不均勻、 難以準確測量工件溫度、工件表面易產生空心陰極效應和電場效應、大小工件不能混裝、直 流高壓電源容易過流損壞等。這些問題一直阻礙了離子化學熱處理技術的發展和推廣應用。為解決這些問題，美國專利說明書US—5,989,363提出一種活性屏離子滲氮技術。它是 在離子滲氮爐內放置一個鐵制的籠子，籠子與直流輝光放電電源的負極相接。被處理工件置 于籠子的中間，呈電懸浮狀態，或接0 一200V的負偏壓，兩個直流電源的正極均接在爐體 外殼上，并接地保護。在活性屏離子滲氮過程中，籠子同時起到加熱工件和提供離子滲氮載 體的作用。但我們的研究發現，在上述條件下，如果籠子直徑大于200毫米，籠子中間的工 件無法滲上氮。這種結構的離子滲氮裝置也只能用于滲氮--種處理。另外，傳統的直流離子滲氮爐的真空爐體結構大多都是采用水冷式結構。這種結構不但 要消耗大量的冷卻水和電能，而且爐內中間的工件溫度高，靠近爐體的工件溫度低，造成爐 內工件徑向溫度分布很不均勻，影響到爐內工件的處理質量。 發明內容本發明的目的是要提供一種能夠解決傳統離子化學熱處理爐存在的上述技術問題，而且 還能滿足各種不同離子化學熱處理工藝的要求。 .本發明的目的是這樣實現的在真空爐內放置一個鐵制的籠子，并與直流輝光放電電源 的負極相接。被處理的工件罩在籠子內，將直流偏壓電源的負極接在工件上。兩個直流電源 的正極均接在爐殼上，并接地保護。在離子化學熱'處理過程中，籠子起到加熱工件和激活真 空室內反應氣體的作用。開始工作時，籠子先接通直流高壓電源，使之產生輝光放電并加熱 籠子。在籠子的熱輻射作用下，工件被加熱到化學熱處理所需要的溫度，這時接通工件上的 直流負偏壓電源，開始進行化學熱處理。根據不同化學熱處理工藝的要求，接在籠子上的負 高壓與接在工件上的負偏壓可以同時通電，也可以按要求分別通電。若同時通電，工件上的負偏壓值應大于陰極濺射電壓(>300V)，但始終要低于籠子上的直流負高壓值。由于在離子 化學熱處理過程中，籠子上的直流負高壓始終高于接在工件上的直流負偏壓，所以傳統離子 滲氮技術^的工件表面打弧、工件容易產生空心陰極效應和電場效應、直流高壓電源容易過 流損壞等問題都得到了解決。由于籠子還起到輔助加熱工件的作用，使工件的溫度均勻性差、 工件測溫困難、大小工件不能混裝等問題也得了到解決。尤其是在真空爐體的外壁包覆一層 厚的保溫材料后，進一步提高了爐內空間的溫度和工件的溫度均勻性，節能效果也十分顯著。 在離子化學熱處理結束后，可以在保溫層和反應室外壁之間強迫通風冷卻，以加快工件的冷 卻速度。本發明因為采用了兩套直流輝光放電電源，并在爐內設置了一個鐵制籠子作為內加熱源 和作為激活反應氣體的離子屏的雙重作用，這樣就可以靈活地運用這兩套直流電源和離子屏， 進行各種離子化學熱處理，如離子滲氮、離子氮碳共滲、離子軟氮化+后氧化、離子滲硫和等 離子體化學氣相沉積等。另外，由于這套裝置的爐體是采用耐熱不銹鋼制造，具有較高的耐 蝕性，因此也可以用于一些有腐蝕性反應氣體的離子化學熱處理。


附圖是根據本發明提出的保溫式多功能離子化學熱處理裝置的示意圖。 下面結合附圖詳細說明依據本發明提出的具體裝置細節及工作情況。. 該裝置包括一個耐熱不銹鋼制造的真空爐體(1 )，爐體的外壁包.覆一層厚的保溫材料(2)。 爐內有一鐵制的籠子(4),籠子將被處理的工件(5)罩在其中。籠子接直流輝光放電電源(6) 的負極，工件與直流偏壓電源(7)的負極相連，兩個直流電源的正極均接在爐殼上，并接地 保護。各反應氣體通過供氣系統(8)按一定比例混合后，經輸氣管道送入反應室內。真空系 統(9)可以保證離子化學熱處理是在一定的壓強范圍內進行。在離子化學熱處理過程中，工 件的溫度由溫度控制系統(10)測量并控制。離子化學熱處理結束后，向保溫層和反應室壁 之間的冷卻夾層(3)中通風，以加快工件的冷卻速度。
具體實施方式
實施例本發明的爐體尺寸為4)650X1200毫米，爐內放置一個4)550X1000毫米的鐵制 籠子，籠內工作臺上擺放200公斤的欲滲氮處理的鋼制工件，工件總表面積為2.4平方米。 用氫氣和氮氣作為反應氣體對工件進行離子滲氮處理，氫氣和氮氣的比例為4: 1。籠子上的 直流輝光放電電壓為750V，工件上的直流負偏壓為500V，爐內的工作壓強為300Pa，工件 處理溫度為520。C。工件達到處理溫度并保溫4小時后，爐內空間實測溫度為51(TC，工件之 間的溫差為士5'C。與同樣尺寸的水冷式爐體相比，保溫式爐體可節電48%、節水80%，并 可以實現大小工件混裝。
權利要求
1一種保溫式多功能離子化學熱處理裝置，其特征在于離子化學熱處理裝置的真空爐體外壁包覆一層保溫材料，爐內有一鐵制籠子，接直流高壓電源的負極，欲處理的工件置于籠子中間，接直流偏壓電源的負極，兩個直流電源的正極均接在爐殼上，并接地保護。
2 根據權利要求1所述的保溫式多功能離子化學熱處理裝置，其特征為接在籠子上的直流電壓400 1500V，接在工件上的負偏壓300 1000V，在離子化學熱處理過程中，籠子上的直流電壓值應始終高于工件上的直流電壓值。
3 根據權利要求1所述的保溫式多功能離子化學熱處理裝置，其特征為被處理工件溫度在200 ~ 800。C ，工作真空度在10 ~ 1000Pa。
4 根據權利要求1所述的保溫式多功能離子化學熱處理裝置，其特征為在保溫層和爐體外壁之間有風冷通道，以便使處理后的工件在冷卻過程中能快速冷卻。
全文摘要
本發明屬于一種利用直流輝光放電產生的等離子體對黑色金屬材料表面進行化學熱處理的保溫式多功能離子化學熱處理裝置。本裝置采用外保溫式真空爐體結構，爐內放置鐵制籠子，籠子與直流高壓電源的負極相接；被處理的工件置于籠子的中間，并接直流負偏壓。在離子化學熱處理過程中，籠子發生氣體輝光放電，起到工件的加熱源和激活反應氣體的離子屏雙重作用，而且籠子上的直流電壓值應始終高于工件上的直流電壓值。由于采取了爐內輔助加熱和爐體保溫兩項措施，提高了爐內空間的溫度和工件的溫度均勻性，節能效果顯著。在離子化學熱處理過程中，靈活地運用兩套直流電源和離子屏，即可滿足不同離子化學熱處理工藝的要求。
文檔編號C23C8/38GK101591763SQ20091013471
公開日2009年12月2日 申請日期2009年4月11日 優先權日2009年4月11日
發明者程 趙 申請人:青島科技大學