CN100366784C - 真空高压脉冲放电催化化学热处理设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空高压脉冲放电催化化学热处理设备及方法，设备由炉底座、炉催化放电电极、催化放电电极、脉冲电源、炉气均匀循环系统、隔热层结构和内置交流加热器等组成，其方法是：将工件置于炉内，内置交流加热器加热至渗氮温度，脉冲电源输出电压为0-8000伏，作用于炉内催化放电电极和催化放电电极之间，炉内压力为100-5×10⁴Pa，含氮气体剧烈电离放电，产生的活性氮渗入原子，高速度渗入工件，渗氮气体通过供气环管进入炉内，在炉体内均匀循环流动，通过排气环管排出设备外，渗氮气体均匀经过工件。具有渗速快、处理温度准确均匀、热效率高、防渗容易、在真空中处理的工件不氧化等优点。

Description

真空高压脉冲放电催化化学热处理设备及方法

所属技术领域

本发明涉及化学热处理技术领域，特别是一种真空高压脉冲放电催化化学热处理设备及方法

背景技术

现有的真空离子渗氮是一种可以提高金属表面的耐磨损、耐腐蚀、抗疲劳、抗高温氧化和提高工件寿命的工艺。它通常是将待处理的工件放在真空容器中，充以低压的含氮气体，以工件作为阴极，真空容器的壁罩作为阳极。在阴阳极之间加上足够高的直流电压后，两极间的稀薄气体被电离，从而产生辉光放电。当气体工作在异常辉光放电区域时，炉内空间中存在着大量的氮的正离子和电子，正离子向作为阴极的工件运动，电子则飞向阳极。在电子的运动过程中，使容器中的气体分子持续不断地被激发和电离。这样阴阳极间就有连续的电流通过，氮离子在高压电场的作用下，轰击工件的表面，产生的热量把工件加热到所需要的温度，同时氮离子在工件表面产生复合，形成高硬度的渗氮层。用于完成这种工件表面强化工艺的专用设备，称之为离子氮化炉。

在已有的技术中，离子渗氮炉主要是由炉盖、圆形炉筒、平板型炉底座、通过炉底座的阴极输电装置和测温热电偶、真空系统、供气系统及供电系统构成。虽然通用性强，但仍存在着很多不足之处：①真空炉体全部采用循环水冷却，冷却水带走大量热量，能源消耗极大。②由于炉壁的冷却水带走大量热量，使得工件升温速度缓慢。③处理细长或形状复杂工件时，工件单位表面积上辉光放电强度不同，温度均匀性很差。④由于工件带阴极电位，使得工件表面常产生打弧现象，影响工件的表面质量。⑤气体在炉内分布不均匀。

发明内容

为了解决现有技术上的不足，提供一种真空高压脉冲放电催化化学热处理设备及方法，该设备及方法节省能源、工件温度均匀性好、渗氮气体在炉内分布均匀并且渗入速度快、渗维修保养方便。

本发解决借其技术问题采用的技术方案是，真空高压脉冲放电催化化学热处理设备，由炉底座11、炉筒17、电控柜7、催化放电电极6、催化放电电极15和脉冲电源组成，其特征在于，该设备还包括炉气均匀循环系统、隔热层结构和内置交流加热器14，炉气均匀循环系统是由真空电机1、风扇2、隔热屏5和隔热屏12构成，真空电机1与风扇2相连接，隔热屏5和隔热屏12分别设在炉筒17和炉底座11的内壁，，内置交流加热器14设置在炉筒17的隔热屏5的内侧，催化放电电极6和催化放电电极15置于内置交流加热器14内侧，即靠近炉膛一侧，炉筒17和炉底座11全部采用双层壁结构，在双层壁的夹层内分别注满在双层壁的夹层内注满导热系数小、保温性能好和一定厚度的新型隔热纤维材料4、隔热纤维材料10，克服了以往离子氮化炉冷却水从炉体中带走大量热量的弊病，对整个设备起到了节能的作用。炉内的下端设有排气环管9，与真空泵8相连接，供气系统13与供气环管3相连接。炉底座11为弧型，改变了传统离子氮化炉的平板型炉底座及各系统都安置在炉底座下部的缺点，它采用弧形炉底座11，有利于气体无死角的流动。阴、阳极输电连接装置、测温热电偶和真空规管及抽气管路均设在弧形炉底座11的侧面，使安装、拆卸和维修保养等工作异常方便。

使用真空高压脉冲放电催化化学热处理设备的方法，其方法步骤是：将工件置于炉内，内置交流加热器14直接加热工件至渗氮温度，可以在不改变气体放电参数的条件下控制工件的温度，并使工件受热均匀、升温速度快，近而使工件表面各处的渗层均匀一致，将输出电压为0-8000伏的脉冲电源连接到炉内催化放电电极6和催化放电电极15上，调整脉冲电源的输出电压，引发和维持强烈气体电离放电，产生大量的活性渗入原子，提高渗入速度；同时由于工件不与电极相连，即工件不带电位，因而使得工件不受离子轰击作用，不产生打弧现象，表面光洁度不降低。炉内压力为100-5×10⁴Pa，含氮气体剧烈电离放电，产生大量的活性氮渗入原子，高速度渗入工件，工件不与电极相连，工件不带电位，使得工件不受离子轰击作用，不产生打弧现象；渗氮气体通过供气环管3进入炉内，开动外置的真空电机1，渗氮气体在风扇2的作用下经隔热屏5和隔热屏12导向，从炉体的上部至下部、中心至边缘都均匀循环流动，再通过排气环管9排出设备外，新渗氮气体不断进入，旧气不断排出，渗氮气体均匀经过工件的各个部分。

本发明的有益效果是：本发明具有渗速快、处理温度准确均匀、热效率高、节约能源、无公害污染、防渗容易在真空中处理的工件不氧化、不脱碳和处理后的工件表面质量好等优点。经处理后的零件，表面硬度高，耐磨性好，且耐腐蚀性和疲劳强度都有较大的提高，可用于解决磨擦条件下的许多问题，如磨损、疲劳、腐蚀和粘着等。它可以用来对碳钢、合金钢、铸铁、钛及钛合金等金属材料进行处理。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的工结构示意图。

图中：1、真空电机，2、风扇，3、供气环管，4、隔热纤维材料，5、隔热屏，6、催化放电电极，7、电控柜，8、真空泵，9、排气环管，10、隔热纤维材料，11、炉底座，12、隔热屏，13、供气系统，14、内置交流加热器，15、催化放电电极，16、隔热纤维材料，17、炉筒。

具体实施方式

将工件置于炉内，内置交流加热器14直接加热工件至渗氮温度，脉冲电源输出电压为6000伏，作用于炉内催化放电电极6和催化放电电极15之间，引发和维持强烈气体电离放电。炉内压力为1100Pa，含氮气体剧烈电离放电，产生大量的活性渗入原子，高速度渗入工件，工件不与电极相连，工件不带电位，使得工件不受离子轰击作用，不产生打弧现象。渗氮气体通过供气环管3进入炉内，开动外置的真空电机1，渗氮气体在风扇2的作用下经隔热屏5和隔热屏12导向，从炉体的上部至下部、中心至边缘都均匀循环流动，再通过排气环管9排出设备外，新渗氮气体不断进入，旧气不断排出，渗氮气体均匀经过工件的各个部分。

Claims (3)

1.真空高压脉冲放电催化化学热处理设备，由炉底座(11)、炉筒(17)、电控柜(7)、催化放电电极(6)、催化放电电极(15)和脉冲电源组成，其特征在于，该设备还包括炉气均匀循环系统、隔热层结构和内置交流加热器(14)，炉气均匀循环系统是由真空电机(1)、风扇(2)、隔热屏(5)和隔热屏(12)构成，真空电机(1)与风扇(2)相连接，隔热屏(5)和隔热屏(12)分别设在炉筒(17)和炉底座(11)的内壁，内置交流加热器(14)设置在炉筒(17)的隔热屏(5)的内侧，催化放电电极(6)和催化放电电极(15)置于内置交流加热器(14)内侧，即靠近炉膛一侧，炉筒(17)和炉底座(11)全部采用双层壁结构，在双层壁的夹层内分别注满新型隔热纤维材料(4)、隔热纤维材料(10)，炉内的下端设有排气环管(9)，与真空泵(8)相连接，供气系统(13)与供气环管(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的真空高压脉冲放电催化化学热处理设备，其特征在于，所述的炉底座(11)为弧型。

3.使用权利要求1所述的真空高压脉冲放电催化化学热处理设备的方法，其特征在于，其方法步骤是：将工件置于炉内，内置交流加热器(14)直接加热工件至渗氮温度，将输出电压为0-8000伏的脉冲电源连接到炉内催化放电电极6和催化放电电极15上，调整脉冲电源的输出电压，引发和维持强烈气体电离放电，引发和维持强烈气体电离放电，炉内压力为100-5×10⁴pa，含氮气体剧烈电离放电，产生大量的活性氮渗入原子，高速度渗入工件，工件不与电极相连，工件不带电位，使得工件不受离子轰击作用，不产生打弧现象；渗氮气体通过供气环管(3)进入炉内，开动外置的真空电机(1)，渗氮气体在风扇(2)的作用下经隔热屏(5)和隔热屏(12)导向，从炉体的上部至下部、中心至边缘都均匀循环流动，再通过排气环管(9)排出设备外，新渗氮气体不断进入，旧气不断排出，渗氮气体均匀经过工件的各个部分。

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