CN101736306B - 等离子表面冶金金属线材的生产方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等离子表面冶金金属线材的生产方法及装置。本发明首先提供了一种等离子表面冶金金属线材的生产方法，其包括将金属线材输入等离子表面冶金室进行等离子表面冶金处理，然后将处理后的金属线材输出的过程，其中，整个过程均在保护气体气氛下进行。本发明还提供了一种实现上述生产方法的生产装置，其包括入口过渡腔室、出口过渡腔室和至少一个等离子表面冶金室，其中，金属线材能够在源极之间连续运动进行等离子表面冶金处理。采用本发明提供的生产方法和装置，能够实现对金属线材的等离子表面冶金处理，获得具有高性能的均匀渗层的金属线材，有效解决了碳钢线材的锈蚀问题以及不锈钢材料难于解决的高强度、高模量、高弹性的难题。

Description

等离子表面冶金金属线材的生产方法及装置

技术领域

本发明涉及一种等离子表面冶金线材的生产方法及装置，属于金属线材表面冶金领域。

背景技术

线材是钢铁材料的一个重要品种，2006年中国线材产量已达7151万吨，占钢产量的17％，广泛地应用在人们生产和生活的各个方面。

金属腐蚀是金属和周围环境发生化学或电化学反应而被破坏的现象。线材也同样存在着严重的腐蚀问题。由于金属线材腐蚀造成结构坍塌、设备故障、生活用品污染等经常发生，严重影响人们的正常生产和生活；如建筑钢筋的腐蚀，对建筑、公路、海岸工程造成隐患；钢索和钢绞线的腐蚀，使桥梁的安全受到严重威胁；钢丝绳的腐蚀，引发起重设备失控坠落；因汽车弹簧腐蚀导致延迟断裂，酿成交通事故；汽车、摩托车和自行车辐条的蚀断，引起轮盘扭曲；小到日用五金用品的锈蚀，直接影响了观瞻。由金属腐蚀引起的工程事故，不仅会造成巨大的经济损失，并且会危及人身的安全。全球每年由腐蚀造成的损失达7000亿美元，占各国国民经济生产总值(GNP)的2％-4％，是综合自然灾害损失，即地震、台风、水灾等损失总和的6倍。

解决金属材料的腐蚀问题的一种方法是采用整体耐蚀材料，例如不锈钢，但是不锈钢生产需要消耗大量的镍、铬等贵重金属，而这些合金元素资源目前已日益枯竭，并导致不锈钢材料的价格不断上涨，使用不锈钢的成本提高。不锈钢在耐蚀性能上有优势，但由于它的强度低，不可能代替线材重要品种中的优质碳素钢丝应用，如桥梁用钢索和钢绞线，高强度碳素弹簧钢丝等。

腐蚀是材料的表面问题，解决金属材料腐蚀的另一个有效途径就是提高材料表面耐蚀性。目前，线材涂层技术的应用为表面防护发挥了很大作用，采用电镀、化学镀、热浸镀等技术，使金属线材表面形成镀层，如子午线轮胎用帘子线覆铜、钢绞线钢丝镀锌等已大量得到大规模的工业应用，但是仍然存在提高耐蚀性能和镀层结合强度的关键技术问题。表面镀镍的高强度碳素钢丝已在市场可见，但生产成本高，镀层结合强度低，长期疲劳后镀层易产生剥落。而且目前已经有采用上述技术对金属线材进行处理，以避免发生腐蚀的专利申请，例如：中国专利申请99120443.3号公开了一种采用热浸镀的方式在钢丝表面形成铜镀层，以提高钢丝的耐蚀、导电等性能的技术方案；采用上述专利提供的技术方案可以在金属线材表面形成一定的表面层，在一定程度上可以提高金属线材的性能，但是，采用热浸镀进行处理会带来较为严重的污染问题，而且，所形成的表面层厚度有限，均匀性也不高，不适合于目前金属线材领域对表面层厚度和性能的要求。

渗碳、氮化、激光和等离子表面处理等表面冶金技术通过对金属材料表面直接进行处理，改变金属材料表面的成分、组织或者结构来提高金属材料的性能，已经成为目前比较常用的金属材料表面处理技术。这种技术在金属表面形成渗层，完全克服了镀层表面结合强度低的问题，同时是一项环保、节能的新技术。

美国专利USP4520268和4731539号中公开了一种双层辉光等离子表面冶金技术，其基本原理是在离子氮化装置中增加一个欲渗合金元素构成的源极，该源极和阳极以及工件和阳极之间各设置一个直流可调压电源。当真空室抽真空并充以氩气达到一定工作气压后，接通两个直流电源，使工件和源极分别产生辉光放电，此即所谓双层辉光放电现象。辉光放电所产生的氩离子轰击，使源极溅射出合金元素并奔向工件，而工件经离子轰击被加热到高温。合金元素借助于轰击、沉积和扩散而渗入工件表面，从而形成含有欲渗合金元素的合金层。该合金层中的合金元素含量和合金层厚度可以通过调节工作气压、源极和工件电压及电流以及温度和渗入时间等工艺参数加以控制。这两篇美国专利首先提出了采用双层辉光等离子表面冶金技术进行金属材料表面冶金的思路，随后出现了尝试将该技术有效应用到工业生产或工业产品的一些研究报道。

中国专利87104626.1号公开了一种双层辉光离子渗金属炉，该设备可用于小型零部件的生产，最大可处理的工件表面积为1m×1m，为双层辉光离子渗金属技术的实际应用提供了保证。中国专利申请200710023604.8号公开了一种半连续式等离子表面冶金板材批量生产方法及装备，该装备由预真空室—表面冶金室—冷却室组成，钢板在表面冶金室水平往复运动，可实现钢板的单面大面积表面合金化处理，完成这种等离子表面冶金板材的半连续式生产。

上述的报道均是等离子表面冶金技术在样品、工件和钢板等具有一定的表面积金属板材方面的应用，所公开的相关工艺和设备也均是基于对表面积较大的板材的处理而设计的，众所周知，用于生产或处理板材的设备和工艺一般情况下不适合用于线材的生产或处理。金属线材属于长材，不能成段的生产，等离子表面冶金金属线材生产技术的关键是使之形成等离子表面冶金过程的连续化，并达到规模化生产的能力，目前基于板材生产的工艺和设备不适合于金属线材的等离子表面冶金处理。因此，虽然已经存在大量针对双层辉光等离子表面冶金技术的专利申请以及研究报道，但是，目前的技术发展和实施现状与将等离子表面冶金金属线材生产技术应用于实际生产并达到一定产业化的成果仍有很大距离。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种等离子表面冶金金属线材的生产方法，利用双层辉光等离子表面冶金技术，使金属线材表面渗入需要的金属元素，得到具有较好的表面性能的金属线材。该方法具有冶金处理效率高，加工质量好等特点，可以实现大批量金属线材表面冶金的工业化生产。

本发明的目的还在于提供上述等离子表面冶金金属线材的连续生产装置，通过使用该生产装置实现等离子表面冶金金属线材的规模化处理。

为达到上述目的，本发明首先提供了一种等离子表面冶金金属线材的生产方法，其包括以下步骤：

将金属线材输入等离子表面冶金室；

在等离子表面冶金室中，使金属线材在源极之间连续运动，进行等离子表面冶金处理；

将经过等离子表面冶金处理的金属线材冷却后输出；

其中，所述等离子表面冶金室在进行等离子表面冶金处理之前被抽至真空后充入惰性气体；

所述步骤均在保护气体气氛下进行，并且，使金属线材进入等离子表面冶金室前和离开等离子冶金室后分别经过入口过渡腔室和出口过渡腔室，并控制该入口过渡腔室的入口端和出口过渡腔室的出口端的保护气体气压大于或等于外部环境气压，以隔离空气进入等离子表面冶金室。

为了提高等离子表面冶金处理的效率，在等离子表面冶金室中，可以使金属线材在缠绕装置上缠绕形成线排，从而使金属线材面向源极排列形成平面。金属线材在等离子表面冶金室中连续运动，重复进入源极之间的等离子辉光放电区域，延长了金属线材在等离子表面冶金室中的运动路径，延长了进行等离子表面冶金处理的时间，可以同时对更多的金属线材进行处理。

根据本发明的具体技术方案，为达到增加金属线材表面的等离子表面冶金层厚度、均匀性，以及提高生产效率的目的，可以使金属线材在多个等离子表面冶金室中进行等离子表面冶金处理，并且在多个等离子表面冶金室之间对金属线材的工作面进行转向，即：使金属线材进入下一表面冶金室前先绕其轴线旋转90°，采取这种技术方案，可以在不同的等离子表面冶金室中对金属线材的不同工作面进行处理，这样处理之后得到的等离子表面冶金层的厚度比较均匀，其表面的不同部位的性能也比较一致。其中，金属线材的工作面是指金属线材的圆周面上面向源极进行等离子表面冶金处理的部分，通过在缠绕装置上的缠绕，金属线材面向源极排列，可以形成进行冶金处理的平面。

根据本发明的具体技术方案，为了实现源极的均匀消耗，使等离子表面冶金室中的源极沿金属线材的丝径方向进行往复移动，例如沿丝径方向水平往复移动。其中，进行往复移动的距离优选为两倍的金属线材直径以及两倍的相邻金属线材间距之和。

根据所需要的等离子表面冶金层的厚度的不同，可以将金属线材的运动速度控制为60-6000毫米/秒。

本发明提供的生产方法还可以包括对经过等离子表面冶金处理的金属线材进行热处理或冷却的步骤，即在输出之前，对经过等离子表面冶金处理的金属线材进行热处理或冷却，以满足对金属线材的性能要求或者出口温度要求。

为了保证等离子表面冶金室中的处理工作不受外部气体的影响，可以控制入口过渡腔室的入口端和出口过渡腔室的出口端的保护气体气压大于或等于外部环境气压，这样可以避免空气通过入口或出口进入等离子表面冶金室。在本发明的具体技术方案中，等离子表面冶金室中的保护气体气压为工作气压(大约1.33-1333Pa)，其低于外部环境气压，并且控制入口过渡腔室的气压由外部环境气压或略高于外部环境的气压过渡到等离子表面冶金室的工作气压，出口过渡腔室的气压由等离子表面冶金室的工作气压过渡到外部环境的气压或略高于外部环境的气压。采用这种方案既可以保证外部环境中的气体不进入等离子表面冶金室，还可以保证等离子表面冶金室中的气压不受入口处和出口处的过渡腔室中的保护气体气压的影响。本发明所涉及的氮气和惰性气体均为保护气体；与等离子表面冶金室连接的室中的惰性气体气压与等离子表面冶金室中的工作气压相同，上述的过渡方案包括逐级降低和升高，每一级腔室所降低或升高的幅度可以根据具体的需要进行选择，只要能保证保护气体气压逐渐平稳过渡就可以。

本发明提供的生产方法实现了等离子表面冶金金属线材的连续生产，与传统的冶金线材产品的连续生产线一样，本发明的生产方法也需要进行开卷、并卷、加张力、缓冲工艺性间断以及收卷等工序，这些工序均为线材连续生产领域常用的工艺；其中，等离子表面冶金工序之前的工序可以称为前期工序，等离子表面冶金工序之后的工序可以称为后续工序。因此，本发明提供的等离子表面冶金金属线材的生产方法可以采用以下生产流程：开卷—双切剪—夹送—对焊—夹送—张紧—活套—张紧—等离子表面冶金—张紧—活套—张紧—夹送—剪切—收卷。

本发明还提供了实现上述的生产等离子表面冶金金属线材的生产方法的生产装置，该装置包括入口过渡腔室、出口过渡腔室和至少一个等离子表面冶金室，该等离子表面冶金室为真空室，其中：

入口过渡腔室由一个入口真空充氮室和多个入口真空充惰性气体室串接组成，并且该入口过渡腔室的一端(入口端)为入口真空充氮室，另一端(出口端)与等离子表面冶金室连接；

等离子表面冶金室中设置源极和缠绕装置，该源极设置在等离子表面冶金室的两侧，该缠绕装置能够转动并使金属线材在其上缠绕形成线排；

出口过渡腔室由多个出口真空充惰性气体室和一个出口真空充氮室串接组成，并且该出口过渡腔室的一端(出口端)为出口真空充氮室，另一端(入口端)与等离子表面冶金室连接。

上述等离子表面冶金室是在本发明的申请人之前的申请号分别为：200810103043.7和200820079667.5(申请日均为2008年3月31日)的专利申请中所涉及的等离子表面冶金室基础上的改进，故将上述两件申请的说明书并入本案。

本发明提供的生产装置用于实现上述的等离子表面冶金金属线材的生产方法，而前期工序和后续工序所采用的生产设备均为通用设备。利用本发明提供的生产装置实现上述生产方法可以包括如下具体步骤：

(1)将金属线材通过入口过渡腔室进入等离子表面冶金室，利用该入口过渡腔室能够在线材连续运行时隔离空气，使空气无法进入等离子表面冶金室；

(2)使金属线材在等离子表面冶金室顺序经过缠绕装置形成面向源极的线排，并连续进行等离子表面冶金处理；

(3)将表面处理后的金属线材通过出口过渡腔室输出，利用该出口过渡腔室能够在线材连续运行时隔离空气，使空气无法进入等离子表面冶金室，同时，通过出口过渡腔室可以将金属线材冷却到预定的温度或者实现对金属线材的热处理。

根据本发明的具体技术方案，为提高金属线材在圆周面上的渗层均匀性，可以对金属线材的不同工作面进行等离子表面冶金处理，可以采用两个以上的等离子表面冶金室，重复步骤(2)对金属线材进行处理，采取这些技术方案也可以提高等离子表面冶金金属线材的生产效率和产量。

根据本发明的具体技术方案，上述的步骤(1)中，金属线材经过了连续生产线的前期工序之后，通过入口过渡腔室进入等离子表面冶金室。入口过渡腔室由一个入口真空充氮室和多个入口真空充惰性气体室组成，入口真空充氮室与外部环境之间、入口真空充氮室与入口真空充惰性气体室之间、多个入口真空充惰性气体室之间、入口真空充惰性气体室与等离子表面冶金室之间由装有陶瓷导嘴的法兰盘隔断，上述陶瓷导嘴具有耐磨、绝缘的功能，用于导引线材在各腔室之间传输，通过与线材的一定尺寸公差配合，既可以保持导嘴与金属线材相对运动的微小间隙，又可以保证金属线材在连续运动中不与炉壳短路；在生产过程中，可能会有极少量的氮气漏入外部环境或者极少量的氩气漏入氮气室，这不会对金属线材的生产产生影响，在逐级的保护气体作用下通过法兰盘上的导嘴可以防止相反方向的漏气。

入口真空充氮室备有真空系统和氮气系统(充气系统)，进行等离子表面冶金金属线材的生产时，该入口真空充氮室在真空状态下充入氮气，即先抽真空再充气，氮气压力保持与外部大气压力相同或略高于外部大气压力；入口真空充氮室后接有多个入口真空充惰性气体室，多个入口真空充惰性气体室备有各自单独的充气系统，以及共用的或各自单独的真空系统，采用上述真空系统和充气系统可以实现将入口真空充惰性气体室抽真空以及在真空状态下充入惰性气体，各入口真空充惰性气体室的惰性气体压力依次从等于或略高于入口真空充氮室的压力逐级降至等离子表面冶金室的惰性气体压力(即工作气压)，能够保证等离子表面冶金室不被外部空气污染，解决了线材连续生产的入口动态密封问题；每一级的下降量可以根据级数、环境气压和工作气压，以及实际生产情况而定，只要能够实现压力的平稳过渡就可以，级数越多，过渡越平缓，密封的效果也就越好，例如：环境压力为1atm＝101325Pa，工作气压为40Pa，那么入口真空充氮室的气体压力可以为101335Pa，入口真空充惰性气体室的压力可以分别为101345Pa、10000Pa、1000Pa、40Pa等四级。根据本发明的具体技术方案，入口过渡腔室中的入口真空充惰性气体室的数量可以根据环境气压和工作气压之间的过渡的级数来确定，一级对应一个入口真空充惰性气体室；下文中的出口过渡腔室中的出口真空充惰性气体室的数量也是以相同的方式来确定。

步骤(2)中，所采用的等离子表面冶金室可以包括以下组件：炉壳、真空系统、充气系统、上转鼓、下转鼓、转鼓传动系统、水冷导轨、源极架、源极架传动系统、组合源极、隔热装置和加热装置。本发明所涉及的各种装置的炉壳(或者壳体、炉体等)可以采用密封水冷炉壳。

等离子表面冶金室中的真空系统和充气系统能够将冶金室抽至一定真空度并在真空状态下向室中充入惰性气体，可以保证辉光放电对于真空度以及惰性气体的要求。

为实现金属线材在等离子表面冶金室中进行连续化等离子表面冶金处理，本发明所提供的生产装置中所采用的缠绕装置可以包括至少一组转鼓，该转鼓包括上转鼓和下转鼓，分别位于等离子表面冶金室的上部和下部，金属线材能在上转鼓和下转鼓上缠绕形成线排，而且，上、下转鼓可以由传动机构(即转鼓传动系统)带动进行同步转动，带动金属线材实现缠绕并在室内连续进行等离子表面冶金处理。合金元素由位于线排两侧的源极通过空心阴极放电供给并沉积在金属线材表面上，形成表面冶金层；并且，上转鼓和下转鼓之间设置有源极，使金属线排的两侧均有源极，生产过程中，金属线排在相对设置的源极之间运动，这样可以实现对金属线材的两面同时进行等离子表面冶金处理。

缠绕装置，即上、下转鼓，是带动金属线材在等离子表面冶金室内连续稳定运行的导向和传动的主要部件，为了保证金属线材离开等离子辉光区后不会降温，在等离子表面冶金室中还设有可保持转鼓工作温度的加热器，使上、下转鼓保持在高温下工作；转鼓选用可在1200℃工作的镍基高温耐磨合金制造，并采用绝缘型联轴节和磁流体旋转动密封装置，以保证不等电位的转鼓与壳体之间的绝缘，保证等离子表面冶金室能够长时间在高温的惰性气体中安全运行。由于在生产装置的前期和后续工序中设有张紧装置，上、下转鼓之间的金属线排始终保持着张紧状态，不会产生松怠；为了防止金属线材在非正常状态下发生松套，可以在靠近上、下转鼓的表面的位置(即上、下转鼓的外沿)设置带有绝缘型联轴节的挡辊，使上、下转鼓与设置有绝缘型联轴节的挡辊对滚。为防止转鼓与线排间发生等电位空心阴极放电，转鼓表面与线排之间可以设置楔形陶瓷纤维块，楔形陶瓷纤维块与转鼓表面或线排之间的间隙为0.5-2毫米。而且，上转鼓和下转鼓的表面可以设置有供金属线材缠绕的导槽(凹槽)，可以使金属线材之间形成一定的间隙，避免金属线材之间相互影响，同时还可以有效地避免金属线材由转鼓上滑脱，以及提高表面处理效率。

在等离子表面冶金处理过程中，金属线材可以以60-6000毫米/秒速度在源极间循环运动，即往复多次通过源极之间的等离子辉光放电区域。为保证等离子表面冶金时，源极的均匀消耗，源极也最好同时实施相对移动，即，源极沿线材丝径方向应至少往复移动两个相邻丝径的间距。

在本发明提供的上述生产装置中，合金元素由设置在等离子表面冶金室两侧的以及上、下转鼓之间的源极通过空心阴极放电供给。源极可以采用中国发明专利申请200810103043.7号(发明名称：双面等离子表面冶金金属板材的立式生产方法及装置，申请日：2008年3月31日)中记载的悬挂式板条组合源极或其它形式的源极。上述悬挂式板条组合源极，每组源极具有一个支撑框架，该支撑框架上固定有水平设置的框架横板，多个源极板条以竖直状态沿水平方向排列，且上端固定于框架横板上，上述组合源极通过支撑框架悬挂设置于等离子表面冶金室中。

上述组合源极的纵向方向至少设置二排源极板条，横向相邻的二块源极板条分别固定在不同的框架横板上，并使纵向相邻的两块板条之间的间隙在水平方向上不会形成连续的直线。

源极支撑框架与框架横板焊接为整体，板条的一端固定在源极框架横板上。整个源极可以吊挂在等离子表面冶金室内(例如吊挂在上横梁上或者炉体上)，使其在高温时可依靠自重保持源极的平直，可以避免出现大块平板源极长期在900-1200℃下工作产生变形的问题，并且可以实现源极板条的工业化生产，降低源极制造成本。另一方面，上述组合源极中采用多个源极板条组合，且源极板条为适当长度且单端固定，在长度方向(垂直方向)上可以有适当的伸缩自由度；当该组合源极纵向上由多个源极板条接续组成时，板条之间也会形成适当的间隙，此时，最好通过调整横向相邻的源极板条的长度或固定高度，使这些间隙在水平方向上不会形成连续的直线，避免表面处理的不均匀性。

在本发明的具体实施方案中，源极悬挂在滑动式源极架上，该滑动式源极架可设置在水冷导轨上，在传动装置的带动下沿线材丝径方向进行运动(丝径是指线材的截面直径)，其中，水冷导轨可以固定在炉壳(等离子表面冶金室)的内壁上。上、下转鼓之间的源极也可以采用类似的方式进行设置。为保证源极极板均匀消耗，源极可以沿线材丝径方向至少往复移动两个相邻丝径之间的距离。其中，滑动式源极架等设有陶瓷件进行绝缘，其间设有间隙保护，防止滑动式源极架的不等电位空心阴极放电。

在上述生产装置中，等离子表面冶金室可以设置有隔热装置，例如金属屏或高温陶瓷纤维隔热装置，以提高等离子辉光放电的加热效率，保证温度场均匀性，并达到等离子表面冶金时维持保温和耗散功率的统一。隔热装置由上隔热罩、下隔热罩和隔热侧板组合而成，其中三面隔热侧板(三面是指等离子表面冶金室与线排平行的两面和一个侧面)固定在滑动式源极架上。

在上述生产装置中，等离子表面冶金室的侧面开有维修门，维修期间维修门打开，可以在不影响金属线材布线的情况下，通过导轨把滑动式源极架移出，对源极或隔热侧板进行更换或修理，也可对室内其他受损部件进行维修。

步骤(3)中，金属线材通过出口过渡腔室工作段导出，然后再进行连续生产线的后续工序。出口过渡腔室工作段由多个出口真空充惰性气体室和一个出口真空充氮室组成，其中，等离子表面冶金室与出口真空充惰性气体室之间、多个出口真空充惰性气体室之间、出口真空充惰性气体室与出口真空充氮室之间、出口真空充氮室与外部环境之间均通过装有陶瓷导嘴的法兰盘隔断。多个出口真空充惰性气体室备有各自单独的充气系统，以及共用的或者各自单独的真空系统，可以实现将上述出口真空充惰性气体室抽真空以及在真空状态下充入惰性气体，各真空充惰性气体室的惰性气体压力依次从等离子表面冶金室的充惰性气体压力逐级升至等于或略高于真空充氮室的压力；出口真空充氮室备有真空系统和氮气系统，可以实现将出口真空充氮室抽真空以及在真空状态下充入氮气，氮气压力保持与外部大气压力相同或略高于外部大气压力(例如：101335Pa)，保证等离子表面冶金室不被外部空气污染，解决了线材连续生产的出口动态密封问题。为了满足不同产品热处理要求和出口温度的要求，出口过渡腔室内可配置有绝热加热器或冷却器，设置于多个出口真空充惰性气体室和一个出口真空充氮室之中。其中，加热器可以采用电阻加热，也可以采用感应加热；冷却器可以是水冷换热器，也可以是热管换热器。

整个生产装置可以配有控制系统，实现对整个生产过程的自动控制，包括等离子辉光放电；各真空室的抽真空、进气；等离子表面冶金室和出口过渡腔室工作段的工作温度；运行速度和全生产流程的同步协调等。

为了提高生产量和金属线材在圆周面上的渗层均匀性，本发明提供的生产装置可以包括两个以上的等离子表面冶金室，其中，相邻的等离子表面冶金室之间通过张紧转向器连接，使相邻的冶金室之间形成有夹角，例如可以形成90°的夹角，即，该张紧转向器可以实现金属线材的张紧和工作面的转向，实现多个等离子表面冶金室之间的串联组合，利用上述装置重复步骤(2)，就可以实现对金属线材的不同工作面的等离子表面冶金处理。

根据本发明的具体技术方案，用于连接不同等离子表面冶金室的张紧转向器可以包括壳体，以及位于该壳体所形成的空腔中的转向辊、双辊S张紧装置、导向装置，该双辊S张紧装置采用绝缘型联轴节和磁流体旋转动密封装置与张紧转向器的壳体相连接，该张紧转向器通过连接管与等离子表面冶金室连接，其中：

连接管与壳体连接，形成张紧转向器的入口和出口，并在壳体所形成的空腔中形成入口和出口，该金属线材入口与出口的方向成90°夹角并位于同一水平面上，并且，张紧转向器的壳体的内壁上以及连接管中分别设有加热块；其中，上述连接管可以包括入口连接管和出口连接管，并且分别与前后两个等离子表面冶金室连接在一起；

转向辊设置于壳体形成的空腔中的入口处，通过绝缘型联轴节与壳体连接，辊轴与金属线材入口方向正交，实现金属线材的运动方向由水平方向转向与水平面垂直的方向；其中，转向之后，金属线材的走向可以根据第一张紧辊和转向辊之间的位置确定，当第一张紧辊位于转向辊之上时，金属线材转向后向垂直向上的方向运动，反之向垂直向下的方向运动；

双辊S张紧装置包括辊盘垂直于水平面的第一张紧辊和第二张紧辊，该第一张紧辊和第二张紧辊的辊轴与转向辊的辊轴正交，实现金属线材工作面的转向；并且，第一张紧辊与第二张紧辊的辊轴相互平行，成垂直布置(即成与水平面相垂直的布置，两个张紧辊的辊盘垂直于水平面)，第二张紧辊的辊轴位于第一张紧辊辊轴的可使线材增加与辊盘包角的侧向位置，实现金属线材缠绕在第一张紧辊和第二张紧辊上，在双辊S张紧装置的传动机构的带动下，保持线材运行中的张紧力，其中，线材与辊盘的包角越大，摩擦力也就越大，可以保证线材在线排中保持张紧而不松怠，上述增加与辊盘包角的侧向位置是指第一张紧辊和第二张紧辊的辊轴相互平行，但是并不处于同一垂直于水平面的竖直面上，而是在水平方向存在一定的距离，而且，第二张紧辊的位置根据转向辊与第一张紧辊的位置而确定，一般的，可以将第二张紧辊和转向辊分别设置在第一张紧辊的两侧，例如，可以使第二张紧辊的辊轴设置于第一张紧辊轴的下方，并在水平方向上错开一定的距离。

导向装置包括第一导向辊和第二导向辊，该第一导向辊和第二导向辊通过绝缘型联轴节与所述壳体连接，其辊轴与第一张紧辊和第二张紧辊平行，第一导向辊与第二张紧辊位于第一张紧辊的同一侧(例如，均位于第一张紧辊的右侧)；所述第二导向辊位于所述张紧转向器的出口处，其辊轴与所述转向辊的辊轴位于同一水平面上，其中，在第一导向辊和第二导向辊导引金属线材通过张紧转向器的出口水平输出。

在本发明提供的上述张紧转向器中，各种辊和装置的相互位置关系可以根据需要进行确定，只要能够实现将金属线材的工作面进行转向(即使金属线材绕其轴线转90°左右)并使其张紧的目的就可以。所有的辊之间可以是在一个竖直的空间内进行布置，使张紧转向器成为一个立式的装置，也可以使所有的辊在水平的空间内进行布置，使张紧转向器成为一个卧式的装置。

在上述张紧转向器中，辊盘和轴选用可在1200℃工作的镍基高温耐磨合金制造，并且各个辊可以采用相同直径的辊盘；张紧辊与外置传动机构间采用绝缘型联轴节和磁流体旋转动密封装置连接，以保证不等电位的张紧辊与壳体之间的绝缘，并保证等离子表面冶金室长时间保持高温惰性气体环境时，能够安全运行。上述的加热块优选采用绝热电热块，该绝热电热块由高温陶瓷或陶瓷纤维块与镶嵌在内的电热丝或感应线圈组成，保证金属线材在传输中不致降温。根据本发明的具体技术方案，双辊S张紧装置的辊盘外侧可以设置有压紧辊，防止金属线材在非正常状态下发生松套。

在本发明的具体实施方案中，金属线材在等离子表面冶金室内通过转鼓传动机构以60-6000毫米/秒速度在源极间循环运动，由悬挂式板条组合源极提供合金元素，可以保证金属线材圆周表面同时进行等离子表面冶金处理。

根据本发明的具体技术方案，通过使金属线材在一个等离子表面冶金室中形成多组线排，也可以实现对金属线材的等离子表面冶金处理，并使处理效率得到提升，其具体实施方法可以通过设置多组缠绕装置来实现，其具体技术方案可以参考本发明提供的其他生产方法和生产装置。

本发明可应用于各种规格的金属线材(例如普通钢)的表面处理，有效的解决碳钢线材的锈蚀问题，特别是高强碳素钢线材的耐蚀问题，不仅节约了合金资源，而且解决了不锈钢材料难于解决的高强度、高模量、高弹性的技术难题。将本发明提供的生产方法和生产装置应用于等离子表面冶金高强碳素钢线材生产中，可年产100-20000吨低成本等离子表面冶金高强碳素钢线材，可满足子午线轮胎钢丝、钢索钢绞线钢丝、钢丝绳钢丝、高强度弹簧钢丝、特种耐蚀钢丝的需求。

附图说明

图1为本发明的等离子表面冶金金属线材生产流程图。

图2为等离子表面冶金室原理示意图。

图3为本发明一个等离子表面冶金金属线材生产装置实施例的正视示意图。

图4为图3所示的生产装置中的等离子表面冶金室的侧视示意图。

图5为本发明一个等离子表面冶金金属线材生产装置实施例中入口过渡腔室的结构示意图。

图6为本发明一个等离子表面冶金金属线材生产装置实施例中出口过渡腔室的结构示意图。

图7为本发明一个张紧转向器实施例的结构示意图。

图8为图7中张紧转向器A-A剖面示意图。

图9为本发明等离子表面冶金金属线材生产装置中双组等离子表面冶金室转向连接示意图。

附图标号说明：

1、开卷；2、双切剪；3、夹送；4、对焊；5、张紧；6、活套；7、等离子表面冶金；8、剪切；9、收卷；10、金属线材；11、源极；12、隔热屏；13、脉冲灭弧电源；14、水冷炉壳；15、直流电源；16、真空系统；17、供气系统；18、出口过渡腔室；19、隔热罩；20、水冷导轨；21、滑动式源极架；22、加热器；23、入口过渡腔室；24、传动装置；25、真空系统；26、供气系统；27、上转鼓；28、挡辊；29、维修炉门；30、下转鼓；31、法兰盘；32、壳体；33、入口真空惰性气体室真空系统；34、入口真空充氮室真空系统；35、入口真空充氮室壳体；36、陶瓷导嘴；37、氮气供气系统；38、惰性气体供气系统；39、绝热加热器或冷却器；40、出口真空充惰性气体室真空系统；41、出口真空充氮室真空系统；42、冷却器；43、张紧转向器水冷壳体；44、绝热电热块；45、张紧辊盘；46、张紧辊轴；47、压紧辊；48、导向辊轴；49、导向辊盘；50、水冷连接管；51、连接管电热块；52、连接管法兰；53、转向辊盘；54、转向辊轴；55、磁流体旋转动密封装置；56、绝缘型联轴节；57、张紧辊传动装置；58、等离子表面冶金室；59、张紧转向器。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细说明本发明方案的实施和所具有的有益效果，但不能对本发明的可实施范围形成任何限定。

实施例1 单室型金属线材等离子表面冶金生产装置

本实施例提供的等离子表面冶金生产装置包括一个等离子表面冶金室，可以称为单室型金属线材等离子表面冶金生产装置。

图1为本发明提供的等离子表面冶金金属线材的生产流程图，其包括以下生产流程：

开卷1—双切剪2—夹送3—对焊4—夹送3—张紧5—活套6—张紧5—等离子表面冶金7—张紧5—活套6—张紧5—夹送3—剪切8—收卷9。

图2为等离子表面冶金工作段的原理示意图。如图2所示，等离子表面冶金室(真空室，工作状态时充入惰性气体)中设有欲渗合金元素制成的源极11，工件(即金属线材)10为阴极，炉体(水冷炉壳)14为阳极，金属线材10在等离子表面冶金室内连续进行等离子表面冶金处理；其中，合金元素由位于线排两侧的源极11通过空心阴极放电供给。

等离子表面冶金室设置有隔热屏12，以提高等离子辉光放电的加热效率，保证温度场均匀性，并达到等离子表面冶金时维持保温和耗散功率的统一。

工作原理：通过真空系统16将真空室抽至一定的真空度后，通过供气系统17向真空室内充入惰性气体(例如氩气)，稳定至工作气压并保持。由两个电源(例如图中的直流电源15和/或脉冲灭弧电源13)分别向源极11和阴极10施加负偏压，分别为源极电压和工件电压，此时在源极11与阴极10之间产生空心阴极辉光放电，辉光放电使源极11中溅射出来的合金元素在工件10表面沉积。由于工件10处于高温条件下，合金元素会继续向工件10内部扩散，从而在工件10表面形成所需要的成分呈梯度分布的合金层。

图3和图4示意了单室型生产装置的结构，等离子表面冶金生产装置由入口过渡腔室23、出口过渡腔室18与等离子表面冶金室相连接，保证等离子表面冶金室不会被外部空气污染，解决了线材连续生产的出入口动密封问题，同时出口过渡腔室18可兼作金属线材热处理或冷却工作段用。

图3和图4分别是等离子表面冶金生产装置的正视图和等离子表面冶金室的侧视图，如图所示，等离子表面冶金室中设置有源极11，该源极11悬挂在滑动式源极架21上，滑动式源极架21可设置在水冷导轨20上，在传动装置的带动下可以沿线材丝径方向进行往复移动；本发明所采用的源极可以是悬挂的平板式源极，例如可以采用中国发明专利申请200810103043.7号中公开的悬挂式板条组合源极，在等离子表面冶金室中，源极的支撑框架可以设置在上述滑动式源极架21上，实现源极的往复移动；

等离子表面冶金室还设有单独的真空系统25和供气系统(充气系统)26，以实现对等离子表面冶金室进行抽真空和充气；

为实现金属线材10在等离子表面冶金室中的连续处理，在冶金室中设置有由上转鼓27和下转鼓30组成的转鼓机构，由转鼓传动系统(包括上传动装置和下传动装置24)带动进行同步转动，并采用绝缘型联轴节56和磁流体旋转动密封装置55，以保证不等电位的转鼓与壳体之间的绝缘，以及等离子表面冶金室长时间在高温的真空充惰性气体的气氛中运行的安全性；为了防止金属线材发生松套，上转鼓27和下转鼓30分别设有挡辊28，并且上述挡辊也设有绝缘型联轴节56；上、下转鼓的表面均平行开设有多个导槽(图中未示)，用于固定所缠绕的线材，并且，通过导槽间的间距控制线材缠绕后的间隙。

为便于对等离子表面冶金室内的各种设备进行维修，在等离子表面冶金室的水冷炉壳14上设有维修炉门29；

等离子表面冶金室中还设置有隔热装置，该隔热装置由上、下隔热罩19和隔热屏(隔热侧板)12组合而成，其中三面(与线排平行的两面和一个侧面)隔热侧板12固定在滑动式源极架21上。为使上转鼓和下转鼓保持在高温下工作，冶金室中还设有加热装置，包括上、下加热器22，分别设置在上转鼓27和下转鼓30的外侧。

图5所示的为入口过渡腔室的结构示意图。如图5所示，本实施例中，入口过渡腔室23包括一个入口真空充氮室和三个入口真空充惰性气体室，其中，入口真空充氮室包括壳体35、真空系统34和氮气供气系统37，入口真空充惰性气体室包括水冷壳体32、真空系统33和供气系统38，各个室之间以及室与外部之间通过带有陶瓷导嘴36的法兰盘31隔断。

图6所示的为出口过渡腔室的结构示意图。如图6所示，本实施例中，出口过渡腔室18也包括一个出口真空充氮室和三个出口真空充惰性气体室，其中，出口真空充氮室包括壳体32、真空系统41和氮气供气系统37，出口真空充惰性气体室包括水冷壳体32、真空系统40和供气系统38，各个室之间以及室与外部之间通过带有陶瓷导嘴36的法兰盘31隔断；并且，为了实现对金属线材的热处理或冷却，在各个出口真空充惰性气体室中设置有绝缘加热器或冷却器39，在出口真空充氮室中设有冷却器42。

实施例2 多室型金属线材等离子表面冶金生产装置

为了提高生产量和金属线材在圆周面上的渗层均匀性，可以在实施例1基础上采用两个或两个以上等离子表面冶金室，得到多室型金属线材等离子表面冶金生产装置，相临两个等离子表面冶金室58之间通过张紧转向器连接59，图9示意了两个冶金室的具体连接方式(俯视图)。相邻的等离子表面冶金室之间互转90°，采用张紧转向器59(其具体结构如实施例3所示)连接，该张紧转向器可以起到使金属线材10张紧和工作面转向的作用。

为完成与生产流程的前期工序和后续工序的连续，实现连续化生产，多个等离子表面冶金室相互连接成整体，然后由入口过渡腔室23的入口真空充氮室和出口过渡腔室18的出口真空充氮室分别与等离子表面冶金室的整体的入口端和出口端相连接，保证了等离子表面冶金室不会被外部空气污染，解决了线材连续生产的出入口动密封问题，同时出口过渡腔室设有绝热加热器或冷却器，可以实现对金属线材的热处理或冷却。

由于金属线材等离子表面冶金工作面的转向保证了金属线材在圆周面上渗层的均匀性，满足高质量要求金属线材的要求。在相同等离子表面冶金工艺条件下，多个等离子表面冶金室的串联，可以成倍的提高金属线材的运行速度，以满足产业对生产规模的需求。

实施例3 张紧转向器

如图7和图8所示，张紧转向器59包括壳体，可以是密封水冷壳体43，以及位于该壳体所形成的空腔中的转向辊、双辊S张紧装置、导向装置，张紧转向器59分别通过入口连接管和出口连接管与位于其两侧的等离子表面冶金室连接，其中：

入口连接管和出口连接管与张紧转向器59的壳体43连接，分别形成张紧转向器59的入口和出口，并在壳体43所形成的空腔中的相应位置形成金属线材10进出空腔的入口和出口，该金属线材入口与出口的方向呈90°夹角并位于同一水平面上，并且，张紧转向器的壳体43的内壁上以及入口连接管和出口连接管中分别设有加热块，例如绝热电热块44；上述的入口连接管和出口连接管均可以是水冷连接管50，并且在水冷连接管50中设有连接管电热块51，在水冷连接管50与等离子表面冶金室连接的一端设有连接管法兰52，其中，在进行等离子表面冶金处理时，上述张紧转向器59内部也可以先抽真空再充入保护气体，并将其气压控制为工作气压，而且该张紧转向器59与等离子表面冶金室连接，上述的抽真空和充气可以由等离子表面冶金室的真空系统和充气系统实现；

转向辊(包括转向辊盘53、转向辊轴54和绝缘型联轴节56)设置于空腔中的金属线材入口处，通过绝缘型联轴节56与张紧转向器59的壳体43连接，转向辊的辊轴54与金属线材10入口方向正交，实现金属线材的运动方向由水平方向转向竖直向上方向；

双辊S张紧装置包括第一张紧辊和第二张紧辊(分别包括第一和第二张紧辊盘45、第一和第二张紧辊轴46以及相应的压紧辊47、磁流体旋转动密封装置55和绝缘型联轴节56，其中，辊盘45垂直于水平面)，采用绝缘型联轴节55和磁流体旋转动密封装置55与张紧转向器59的壳体43相连接，其中，第一张紧辊的辊轴46和第二张紧辊的辊轴46与转向辊的辊轴54正交，实现金属线材工作面的转向；第一张紧辊的辊轴46与第二张紧辊的辊轴46相互平行，且第一张紧辊的辊轴46高于第二张紧辊的辊轴46，在水平方向上，第二张紧辊的辊轴46与转向辊的辊盘53分别位于第一张紧辊的辊轴46的两侧，金属线材10缠绕在第一张紧辊和第二张紧辊上，在双辊S张紧装置的传动机构的带动下，保持线材运行中的张紧力；

导向装置包括第一导向辊和第二导向辊(分别包括导向辊轴48、导向辊盘49和绝缘型联轴节56)，该第一导向辊和第二导向辊通过绝缘型联轴节56与张紧转向器59的壳体43连接，其辊轴48与第一张紧辊的辊轴46平行，第一导向辊的辊轴48高于第一张紧辊的辊轴46，第一导向辊的辊盘49与第二张紧辊的辊盘46位于同一竖直平面上，实现金属线材的运动方向由与水平面垂直的方向转向第二导向辊的斜垂下方向；第二导向辊位于腔室中的金属线材出口处，在水平方向上，第二导向辊的辊轴48与第一张紧辊的辊轴46分别位于转向辊的两侧，并且第二导向辊的辊轴48与转向辊的辊轴54位于同一水平面上，实现金属线材的运动方向转向水平方向，并保证金属线材的出口和入口在同一水平面上；

在本实施例提供的张紧转向器中，金属线材经过入口由水平方向进入张紧转向器内部的空腔内，依次经过转向辊、第一张紧辊、第二张紧辊、第一导向辊和第二导向辊，最后经过出口由水平方向输出张紧转向器，并且进入时的方向与输出的方向成90°夹角。

辊盘45、49、53和轴46、48、54选用可在1200℃工作的镍基高温耐磨合金制造，张紧辊盘48及轴46与外置传动机构57间采用绝缘型联轴节56和磁流体旋转动密封装置55连接，以保证不等电位的张紧辊与壳体之间的绝缘和保证长时间在真空充惰性气体的高温下安全运行。转向辊和导向辊通过绝缘型联轴节55实现与壳体的不等电位绝缘。绝热电热块由高温陶瓷或陶瓷纤维块与镶嵌在内的电热丝组成，保证金属线材在传输中不致降温。

实施例4 45号钢钢丝表面渗Ni-Cr层

本实施例为在高强碳素钢线材表面渗Ni-Cr层的具体实施例，其采用的是实施例1所提供的单室型金属线材等离子表面冶金生产装置，其中，出口真空充惰性气体室和入口真空充惰性气体室的数量均为4个。

工件10为Φ3毫米45号钢钢丝，源极11为Ni80-Cr20合金板；源极电压900V，工作电压600V；工作气压40Pa；极间距15毫米；在年产300吨的单室型金属线材等离子表面冶金生产装置上以15毫米/秒速度运行。将工件10在等离子表面冶金室中，在1000-1100℃下处理2小时，Φ3毫米45号钢钢丝表面渗入20μ的Ni-Cr合金层。

一、准备工作：

1、将前期工序和后续工序所需要的各种设备和装置调整到工作状态；

2、将钢丝依次通过入口过渡腔室23中的入口真空充氮室、三个入口真空充惰性气体室输入等离子表面冶金室，首先通过下转鼓28改变运动方向，然后缠绕到上转鼓28的导槽中，改变运动方向后再缠绕到下转鼓的导槽中，在上转鼓和下转鼓间重复缠绕，形成线排，然后依次经过出口过渡腔室18的三个出口真空充惰性气体室和一个出口真空充氮室输出，线材经过各腔室时均通过法兰盘31上的陶瓷导嘴36实现，由此完成在整个过程中的布线，以便完成连续生产；

3、将入口过渡腔室的入口处和出口过渡腔室的出口处用橡皮泥或真空脂封住，将入口过渡腔室、等离子表面冶金室、出口过渡腔室中的各个室抽真空达到一定真空度，然后向等离子表面冶金室充入氩气，使等离子表面冶金室中的气压达到40Pa；

4、稳定后，分别由出口过渡腔室和入口过渡腔室中与等离子表面冶金室连接的真空充惰性气体室开始，按40Pa、100Pa、1000Pa、10345Pa的气压逐级向真空充惰性气体室中充入氩气，最后向出口真空充氮室和入口真空充氮室充入氮气，使真空充氮室内的气压达到10335Pa，完成充气后去除出、入口的橡皮泥或真空脂。

二、生产过程：

1、前期工序：将45号钢钢丝经过开卷、双切剪、夹送、对焊、夹送、张紧、活套、张紧等工序之后，输入入口过渡腔室；

2、使45号钢钢丝连续通过入口过渡腔室中的入口真空充氮室、三个入口真空充惰性气体室输入等离子表面冶金室，并控制运行速度为大约15毫米/秒；同时接通电源，调至工作电压，在源极和线排之间形成辉光放电，达到炉温1000℃，合金元素由源极溅射到钢丝的表面，并逐渐渗入钢丝表层，形成合金层；经过等离子表面冶金的45号钢钢丝进入出口过渡腔室，依次经过三个出口真空充惰性气体室和一个出口真空充氮室输出，在此过程中，出口过渡腔室部分的冷却器启动，对该表面处理后的45号钢钢丝进行冷却；

另外，本实施例中的冶金处理还可以采用实施例2所提供的多室型金属线材等离子表面冶金生产装置进行，其中，45号钢钢丝首先进入一个等离子表面冶金室进行等离子表面冶金处理；处理之后进入张紧转向器59，首先经过转向辊，将45号钢钢丝的运动方向转向竖直向上，然后经过第一张紧辊，使45号钢钢丝的工作面绕其轴线旋转90°，实现工作面转向；再依次经过第二张紧辊、第一导向辊和第二导向辊，实现45号钢钢丝的张紧并导出张紧转向器，进入下一个等离子表面冶金室并对转向之后的工作面进行等离子表面冶金处理；完成处理之后，或者通过出口过渡腔室输出，或者再经过张紧转向器进入下一个等离子表面冶金室进行处理，具体操作可以根据需要参照上述的工艺步骤进行；

整个的生产过程是一个连续化的生产工艺，45号钢钢丝在传动装置的带动下处于连续运行状态，进入等离子表面冶金室后，在运动的同时就完成了表面冶金处理；

3、后续工序：由出口过渡腔室输出的经过处理的45号钢钢丝经过张紧、活套、张紧、夹送、剪切、收卷，得到等离子表面冶金金属线材成品。

Claims (9)

1.等离子表面冶金金属线材的生产方法，其包括以下步骤：

将金属线材输入等离子表面冶金室；

在等离子表面冶金室中，使金属线材在源极之间连续运动，进行等离子表面冶金处理；

将经过等离子表面冶金处理的金属线材冷却后输出；

其中，所述等离子表面冶金室在进行等离子表面冶金处理之前被抽至真空后充入惰性气体；

所述步骤均在保护气体气氛下进行，并且，使金属线材进入等离子表面冶金室前和离开等离子冶金室后分别经过入口过渡腔室和出口过渡腔室，并控制该入口过渡腔室的入口端和出口过渡腔室的出口端的保护气体气压大于或等于外部环境气压，等离子表面冶金室中的保护气体气压为工作气压，其低于外部环境气压，控制入口过渡腔室的气压由外部环境气压或大于外部环境的气压过渡到等离子表面冶金室的工作气压，出口过渡腔室的气压由等离子表面冶金室的工作气压过渡到外部环境的气压或大于外部环境的气压，以隔离空气进入等离子表面冶金室。

2.如权利要求1所述的生产方法，其中，在所述等离子表面冶金室中，所述金属线材在缠绕装置上缠绕形成线排，使金属线材面向源极排列形成平面。

3.如权利要求1或2所述的生产方法，其中，使金属线材通过多个等离子表面冶金室进行等离子表面冶金处理，并且使金属线材在进入下一个等离子表面冶金室前实现工作面转向。

4.如权利要求1所述的生产方法，其中，该方法还包括对经过等离子表面冶金处理的金属线材进行热处理或冷却的步骤。

5.实现权利要求1-4任一项所述的生产等离子表面冶金金属线材的方法的生产装置，该装置包括入口过渡腔室、出口过渡腔室和至少一个等离子表面冶金室，其中：

所述入口过渡腔室由一个入口真空充氮室和多个入口真空充惰性气体室串接组成，并且该入口过渡腔室的一端为入口真空充氮室，另一端与所述等离子表面冶金室连接；

所述等离子表面冶金室中设置有源极和缠绕装置，该源极设置在所述等离子表面冶金室的两侧，该缠绕装置能够转动并使金属线材在其上缠绕形成线排；

所述出口过渡腔室由多个出口真空充惰性气体室和一个出口真空充氮室串接组成，并且该出口过渡腔室的一端为出口真空充氮室，另一端与所述等离子表面冶金室连接。

6.如权利要求5所述的生产装置，其中，所述入口真空充氮室与外部环境之间、入口真空充氮室与入口真空充惰性气体室之间、多个入口真空充惰性气体室之间、入口真空充惰性气体室与等离子表面冶金室之间、等离子表面冶金室与出口真空充惰性气体室之间、多个出口真空充惰性气体室之间、出口真空充惰性气体室与出口真空充氮室之间、出口真空充氮室与外部环境之间均通过装有陶瓷导嘴的法兰盘隔断。

7.如权利要求5所述的生产装置，其中，所述缠绕装置包括至少一组转鼓机构，其包括分别位于等离子表面冶金室的上部和下部的上转鼓和下转鼓，金属线材能在所述上转鼓和下转鼓上缠绕形成线排；

所述上转鼓和下转鼓之间设置有可以水平移动的源极；

所述上转鼓和下转鼓的表面设置有供金属线材缠绕的导槽；

所述上转鼓和下转鼓采用绝缘型联轴节和磁流体旋转动密封装置与所述等离子表面冶金室的炉壳连接；

所述等离子表面冶金室中还设有可保持转鼓工作温度的加热器。

8.如权利要求5所述的生产装置，其中，所述多个出口真空充惰性气体室中分别设有绝热加热器或者冷却器，所述出口真空充氮室中设有冷却器。

9.如权利要求5所述的生产装置，其特征在于，该装置包括两个以上等离子表面冶金室，相邻的等离子表面冶金室之间通过张紧转向器连接，该张紧转向器实现金属线材的张紧和工作面转向；

所述张紧转向器包括壳体，以及位于该壳体所形成的空腔中的转向辊、双辊S张紧装置、导向装置，该双辊S张紧装置采用绝缘型联轴节和磁流体旋转动密封装置与所述张紧转向器的壳体相连接，该张紧转向器通过连接管与等离子表面冶金室连接，其中：

所述连接管与壳体连接，形成所述张紧转向器的入口和出口，并在壳体所形成的空腔中形成入口和出口，该金属线材入口与出口的方向成90°夹角并位于同一水平面上，并且，所述张紧转向器的壳体的内壁上以及所述连接管中分别设有加热块；

所述转向辊设置于所述壳体形成的空腔中的入口处，通过绝缘型联轴节与所述壳体连接，辊轴与金属线材入口方向正交，实现金属线材的运动方向由水平方向转向与水平面垂直的方向；

所述双辊S张紧装置包括辊盘垂直于水平面的第一张紧辊和第二张紧辊，该第一张紧辊和第二张紧辊的辊轴与转向辊的辊轴正交，实现金属线材工作面的转向；并且，所述第一张紧辊与第二张紧辊的辊轴相互平行，成与水平面相垂直的布置，所述第二张紧辊的辊轴位于所述第一张紧辊辊轴的可使线材增加与辊盘包角的侧向位置，实现金属线材缠绕在所述第一张紧辊和第二张紧辊上，在双辊S张紧装置的传动机构的带动下，保持线材运行中的张紧力；

所述导向装置包括第一导向辊和第二导向辊，该第一导向辊和第二导向辊通过绝缘型联轴节与所述壳体连接，其辊轴与所述第一张紧辊和第二张紧辊平行，所述第一导向辊与所述第二张紧辊位于所述第一张紧辊的同一侧；所述第二导向辊位于所述张紧转向器的出口处，其辊轴与所述转向辊的辊轴位于同一水平面上，其中，所述在第一导向辊和第二导向辊实现金属线材通过所述张紧转向器的出口水平输出。

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