CN101591763B - 保温式多功能离子化学热处理装置 - Google Patents
保温式多功能离子化学热处理装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101591763B CN101591763B CN200910134712.1A CN200910134712A CN101591763B CN 101591763 B CN101591763 B CN 101591763B CN 200910134712 A CN200910134712 A CN 200910134712A CN 101591763 B CN101591763 B CN 101591763B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- workpiece
- chemical heat
- heat treatment
- cage
- direct current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 29
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 claims 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 8
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000191 radiation effect Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005987 sulfurization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
本发明属于一种利用直流辉光放电产生的等离子体对黑色金属材料表面进行化学热处理的保温式多功能离子化学热处理装置。本装置采用外保温式真空炉体结构，炉内放置铁制笼子，笼子与直流高压电源的负极相接；被处理的工件置于笼子的中间，并接直流负偏压。在离子化学热处理过程中，笼子发生气体辉光放电，起到工件的加热源和激活反应气体的离子屏双重作用，而且笼子上的直流电压值应始终高于工件上的直流电压值。由于采取了炉内辅助加热和炉体保温两项措施，提高了炉内空间的温度和工件的温度均匀性，节能效果显著。在离子化学热处理过程中，灵活地运用两套直流电源和离子屏，即可满足不同离子化学热处理工艺的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用直流辉光放电产生的等离子体对黑色金属材料表面进行离子化学热处理的装置。
背景技术
传统的直流离子化学热处理是将被处理工件置于低真空炉内，工件上接直流负高压，使之产生气体辉光放电。在直流电场作用下，正离子轰击工件表面，将工件加热到所需要的处理温度。气体辉光放电产生的等离子体加快了化学反应速度，提高了处理质量。但是，接在工件上的直流负高压也带来一些难以克服的技术问题，如工件表面打弧、工件温度不均匀、难以准确测量工件温度、工件表面易产生空心阴极效应和电场效应、大小工件不能混装、直流高压电源容易过流损坏等。这些问题一直阻碍了离子化学热处理技术的发展和推广应用。
为解决这些问题，美国专利说明书US-5,989,363提出一种活性屏离子渗氮技术。它是在离子渗氮炉内放置一个铁制的笼子，笼子与直流辉光放电电源的负极相接。被处理工件置于笼子的中间，呈电悬浮状态，或接0～-200V的负偏压，两个直流电源的正极均接在炉体外壳上，并接地保护。在活性屏离子渗氮过程中，笼子同时起到加热工件和提供离子渗氮载体的作用。但我们的研究发现，在上述条件下，如果笼子直径大于200毫米，笼子中间的工件无法渗上氮。这种结构的离子渗氮装置也只能用于渗氮一种处理。
另外，传统的直流离子渗氮炉的真空炉体结构大多都是采用水冷式结构。这种结构不但要消耗大量的冷却水和电能，而且炉内中间的工件温度高，靠近炉体的工件温度低，造成炉内工件径向温度分布很不均匀，影响到炉内工件的处理质量。
发明内容
本发明的目的是要提供一种能够解决传统离子化学热处理炉存在的上述技术问题，而且还能满足各种不同离子化学热处理工艺的要求。
本发明的目的是这样实现的：在真空炉内放置一个铁制的笼子，并与直流辉光放电电源的负极相接。被处理的工件罩在笼子内，将直流偏压电源的负极接在工件上。两个直流电源的正极均接在炉壳上，并接地保护。在离子化学热处理过程中，笼子起到加热工件和激活真空室内反应气体的作用。开始工作时，笼子先接通直流高压电源，使之产生辉光放电并加热笼子。在笼子的热辐射作用下，工件被加热到化学热处理所需要的温度，这时接通工件上的直流负偏压电源，开始进行化学热处理。根据不同化学热处理工艺的要求，接在笼子上的负高压与接在工件上的负偏压可以同时通电，也可以按要求分别通电。若同时通电，工件上的负偏压值应大于阴极溅射电压(＞300V)，但始终要低于笼子上的直流负高压值。由于在离子化学热处理过程中，笼子上的直流负高压始终高于接在工件上的直流负偏压，所以传统离子渗氮技术中的工件表面打弧、工件容易产生空心阴极效应和电场效应、直流高压电源容易过流损坏等问题都得到了解决。由于笼子还起到辅助加热工件的作用，使工件的温度均匀性差、工件测温困难、大小工件不能混装等问题也得了到解决。尤其是在真空炉体的外壁包覆一层厚的保温材料后，进一步提高了炉内空间的温度和工件的温度均匀性，节能效果也十分显著。在离子化学热处理结束后，可以在保温层和反应室外壁之间强迫通风冷却，以加快工件的冷却速度。
本发明因为采用了两套直流辉光放电电源，并在炉内设置了一个铁制笼子作为内加热源和作为激活反应气体的离子屏的双重作用，这样就可以灵活地运用这两套直流电源和离子屏，进行各种离子化学热处理，如离子渗氮、离子氮碳共渗、离子软氮化+后氧化、离子渗硫和等离子体化学气相沉积等。另外，由于这套装置的炉体是采用耐热不锈钢制造，具有较高的耐蚀性，因此也可以用于一些有腐蚀性反应气体的离子化学热处理。
附图说明
附图是根据本发明提出的保温式多功能离子化学热处理装置的示意图。
下面结合附图详细说明依据本发明提出的具体装置细节及工作情况。
该装置包括一个耐热不锈钢制造的真空炉体(1)，炉体的外壁包覆一层厚的保温材料(2)。炉内有一铁制的笼子(4)，笼子将被处理的工件(5)罩在其中。笼子接直流辉光放电电源(6)的负极，工件与直流偏压电源(7)的负极相连，两个直流电源的正极均接在炉壳上，并接地保护。各反应气体通过供气系统(8)按一定比例混合后，经输气管道送入反应室内。真空系统(9)可以保证离子化学热处理是在一定的压强范围内进行。在离子化学热处理过程中，工件的温度由温度控制系统(10)测量并控制。离子化学热处理结束后，向保温层和反应室壁之间的冷却夹层(3)中通风，以加快工件的冷却速度。
具体实施方式
实施例：本发明的炉体尺寸为φ650×1200毫米，炉内放置一个φ550×1000毫米的铁制笼子，笼内工作台上摆放200公斤的欲渗氮处理的钢制工件，工件总表面积为2.4平方米。用氢气和氮气作为反应气体对工件进行离子渗氮处理，氢气和氮气的比例为4∶1。笼子上的直流辉光放电电压为750V，工件上的直流负偏压为500V，炉内的工作压强为300Pa，工件处理温度为520℃。工件达到处理温度并保温4小时后，炉内空间实测温度为510℃，工件之间的温差为±5℃。与同样尺寸的水冷式炉体相比，保温式炉体可节电48％、节水80％，并可以实现大小工件混装。
Claims (3)
1.一种保温式多功能离子化学热处理装置，其特征在于离子化学热处理装置的真空炉体外壁包覆一层保温材料，炉内有一铁制笼子，接直流高压电源的负极，欲处理的工件置于笼子中间，接直流偏压电源的负极，两个直流电源的正极均接在炉壳上，并接地保护，接在笼子上的直流电压400～1500V，接在工件上的负偏压300～1000V，在离子化学热处理过程中，笼子上的直流电压值应始终高于工件上的直流电压值。
2.根据权利要求1所述的保温式多功能离子化学热处理装置，其特征为被处理工件温度在200～800℃，工作真空度在10～1000Pa。
3.根据权利要求1所述的保温式多功能离子化学热处理装置，其特征为在保温层和炉体外壁之间有风冷通道，以便使处理后的工件在冷却过程中能快速冷却。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910134712.1A CN101591763B (zh) | 2009-04-11 | 2009-04-11 | 保温式多功能离子化学热处理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910134712.1A CN101591763B (zh) | 2009-04-11 | 2009-04-11 | 保温式多功能离子化学热处理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101591763A CN101591763A (zh) | 2009-12-02 |
| CN101591763B true CN101591763B (zh) | 2012-12-26 |
Family
ID=41406638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200910134712.1A Expired - Fee Related CN101591763B (zh) | 2009-04-11 | 2009-04-11 | 保温式多功能离子化学热处理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101591763B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102011087B (zh) * | 2010-10-11 | 2012-07-04 | 青岛科技大学 | 辉光放电辅助加热离子化学热处理炉 |
| CN102877020A (zh) * | 2012-10-09 | 2013-01-16 | 江苏丰东热技术股份有限公司 | 大型双控温式活性屏离子渗氮装置 |
| CN109811298B (zh) * | 2019-03-19 | 2020-02-04 | 中南大学 | 一种沉积金刚石涂层前硬质合金刀具预处理方法及装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1055565A (zh) * | 1990-04-07 | 1991-10-23 | 李孟春 | 双直流等离子体化学气相沉积装置 |
| US5989363A (en) * | 1997-04-18 | 1999-11-23 | Plasma Metal Sa | Nitriding process and nitriding furnace therefor |
| CN1944688A (zh) * | 2006-05-10 | 2007-04-11 | 青岛科技大学 | 保温式多功能离子热处理装置 |
-
2009
- 2009-04-11 CN CN200910134712.1A patent/CN101591763B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1055565A (zh) * | 1990-04-07 | 1991-10-23 | 李孟春 | 双直流等离子体化学气相沉积装置 |
| US5989363A (en) * | 1997-04-18 | 1999-11-23 | Plasma Metal Sa | Nitriding process and nitriding furnace therefor |
| CN1944688A (zh) * | 2006-05-10 | 2007-04-11 | 青岛科技大学 | 保温式多功能离子热处理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101591763A (zh) | 2009-12-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101591763B (zh) | 保温式多功能离子化学热处理装置 | |
| CN101195913B (zh) | 等离子复合处理低温形成铬碳氮表面合金层工艺 | |
| CN205152313U (zh) | 交互式双阴极离子表面热处理炉 | |
| CN101122004A (zh) | 一种新型真空表面强化技术和设备 | |
| CN203307417U (zh) | 离子氮化炉 | |
| CN107655333B (zh) | 一种复合加热式热处理炉 | |
| CN103334078B (zh) | 离子氮化炉 | |
| CN107267729A (zh) | 一种多工位真空炉均匀加热及温控系统 | |
| CN1944688A (zh) | 保温式多功能离子热处理装置 | |
| CN100366784C (zh) | 真空高压脉冲放电催化化学热处理设备及方法 | |
| CN101709449A (zh) | 铝合金表面氧化处理装置及处理方法 | |
| CN201082898Y (zh) | 一种新型真空表面强化设备 | |
| CN201809431U (zh) | 辉光放电辅助加热离子化学热处理炉 | |
| CN102011087B (zh) | 辉光放电辅助加热离子化学热处理炉 | |
| CN100460553C (zh) | 节能离子氮化炉 | |
| CN102086500A (zh) | 一种真空离子渗碳装置 | |
| CN202898513U (zh) | 大型双控温式活性屏离子渗氮装置 | |
| CN105940765A (zh) | 用于操作电弧炉的方法以及电弧炉 | |
| CN2832826Y (zh) | 一种脉冲放电催化化学热处理设备 | |
| CN105220108A (zh) | 交互式双阴极离子表面热处理炉 | |
| CN2501887Y (zh) | 绝热式等离子体金属表面处理装置 | |
| CN201538810U (zh) | 铝合金表面氧化处理装置 | |
| CN102352478B (zh) | 一种真空低压渗碳设备可自动伸缩渗碳气喷嘴装置 | |
| CN106672971A (zh) | 一种电极式电石炉 | |
| CN219409879U (zh) | 温壁式离子渗氮炉 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20091202 Assignee: Jiangsu Fengdong Thermal Technology Co., Ltd. Assignor: Qingdao University of Science & Technology Contract record no.: 2013320000131 Denomination of invention: Insulating type multifunctional ion chemical heat treatment device Granted publication date: 20121226 License type: Exclusive License Record date: 20130318 |
|
| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121226 Termination date: 20190411 |