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一种液相等离子体电解渗透处理装置 Download PDF

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Abstract

一种液相等离子体电解渗透处理装置，无脉冲电源的正极分别与开关、电压表、不锈钢槽的一端相连，带刻度值导线一和带刻度值导线二分别插入置有电解质溶液的不锈钢槽中，带刻度值导线一和带刻度值导线二的另一端与电压表、开关的另一端相接到阳极电极，负极与阴极工件相连，阳极电极与阴极工件分别插入置有渗剂电解溶液的绝缘电解槽中。本发明的技术效果是：本发明改善效果明显，结构简单，操作简便，且成本较低，关键在控温控弧部分——双导线并联进行控温控弧，它不同于单导线控温控弧装置和滑动变阻器分压控弧，自由度更大和精确度更高。可非常有效的控制液相等离子体电解渗透过程中试样表面的弧光和温度，有利于试样表面孤光稳定从而形成均匀致密较厚的渗层。

Description

一种液相等离子体电解渗透处理装置
技术领域
本发明涉及一种处理装置，尤其涉及一种液相等离子体电解渗透处理装置。
背景技术
目前等离子体表面处理技术因其性能的优势和低廉的成本已成为材料科学领域最活跃的研究方向之一。液相等离子体电解渗透技术为解决这些难题开辟了新的途径，它是在一个开放的大气环境下、特定的电解液中进行的，整体工件受热轻微，且可以在完成渗氮、渗碳或碳氮共渗处理后直接淬火，在几分钟的时间内即可获得高硬度、耐磨、耐蚀的渗层。与传统的离子碳氮共渗技术相比，具有耗能低（与传统工艺相比可节约用电60-85%）、无污染、处理时间短（几十秒到几分钟）、工件变形小、工艺简单、设备成本低廉、试用范围广等优点。工件表面处理的电解液温度仅45-80℃，工件处理完在电解液中直接淬火，工件几乎没有变形，表面硬度高，渗碳（氮）均匀性好并且表面清洁光亮。并且难以处理的大面积工件，也可被很容易地处理，渗前处理工作简单，是一种很有应用前途的表面处理技术。另外由于PED技术在电解液中进行，是一种非直线型的工艺，因此还可以处理形状复杂的工件。以上诸多优点已经受到世界各国的科研工作者的关注和研究，其广阔的应用前景毋庸质疑。
但这项技术所具备的应用价值尚未被开发出来，因此有必要对此进行更广泛而深入的研究，为应用到实际生产中创造条件。当前对这项技术的相关研究较少，基本还处于工艺探索和实验数据积累阶段。且主要集中在脉冲电源输出下进行液相等离子体渗透处理，而在直流无频率电源下进行液相等离子体渗透处理研究很少，这是由于直流无频率模式下电流密度很大，随处理时间的延长，渗透过程中试样表面弧光过于激烈导致温度过高难以控制等问题，而试样表面温度过高，则会出现烧蚀现象，导致渗层脱落或出现大量的裂纹不满足工艺要求。
根据以上分析，在直流无频率电源下进行液相等离子体渗透处理的关键在于对试样表面的弧光稳定性，若能控制试样表面的温度，则能很好控制弧光的稳定性。与脉冲电源输出下进行液相等离子体渗透处理能在一定程度上降低处理时间，提高效率。因此，本发明通过自制控弧控温装置来控制弧光稳定性，获得均匀致密的渗层。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种液相等离子体电解渗透处理装置，在于改善直流无频率模式下电流密度较大，渗透过程中试样表面弧光过于激烈导致温度过高难以控制使试样表面烧蚀等问题。
本发明是这样来实现的，一种液相等离子体电解渗透处理装置，它包括无脉冲电源、正极、负极、不锈钢槽、带刻度值导线一、带刻度值导线二、半经>10mm的导电小柱体、固定架、电压表、开关、绝缘电解槽、搅拌器、阳极电极、阴极工件，其特征是无脉冲电源的正极分别与开关、电压表、不锈钢槽的一端相连，带刻度值导线一和带刻度值导线二分别插入置有电解质溶液的不锈钢槽中，带刻度值导线一和带刻度值导线二的另一端与电压表、开关的另一端相接到阳极电极，带刻度值导线二底端与导电小柱体相连，负极与阴极工件相连，阳极电极与阴极工件分别插入置有渗剂电解溶液的绝缘电解槽中，绝缘电解槽底部设有搅拌器，渗剂电解溶液为含N，C的渗剂溶液，电解质溶液为酸式盐，碱式盐或中性盐的水溶液，带刻度值导线一和带刻度值导线二分别连接在固定架上。
所述的带刻度值导线一刻度长度为20～40cm，随处理时间越长，试样表面弧光越来越激烈时，首先调整带刻度值导线一在溶液中的深度来进行一次控温控弧，慢慢往上提带刻度值导线一底端在溶液中的位置，来增加电阻调整分压以达到控温控弧的效果。
带刻度值导线二刻度长度为10～30cm，当施加电压较高时，一次控温控弧后，弧光还是较为激烈，试样表面温度很高时，通过调整带刻度值导线二在溶液中的深度来继续二次控温控弧，慢慢往上提带刻度值导线二在溶液中的位置，提高到某一临界点时，基本弧光就能稳定，而临界点与电压和加入电解质溶液的盐的量有直接的关系。
与带刻度值导线二相连的导电小柱体的作用就在避免因底面积小而起弧，所以小柱体底面积需要足够大，以免底端起弧光，而导致工件表面的弧光熄灭影响弧光的连续性从而影响渗透效果。
当渗剂浓度高，电压较低时，开关可以合上，使控温控弧部分短路，可以形成稳定的弧光。当渗剂浓度低，电压较高时，开关断开，通过控温控弧部分实现控温控弧。
所述的电解质溶液为酸式盐，碱式盐或中性盐的水系溶液：盐的加入量也决定了控温控弧装置的分压多少，分压多少决定了试样表面的弧光强度程度，而弧光的强烈程度决定了试样表面的温度的高低，从而决定了工件的表面形貌及渗层性能。
本发明的技术效果是：本发明改善效果明显，结构简单，操作简便，且成本较低，关键在控温控弧部分---双导线并联进行控温控弧，它不同于单导线控温控弧装置和滑动变阻器分压控弧，自由度更大和精确度更高。可非常有效的控制液相等离子体电解渗透过程中试样表面的弧光和温度，有利于试样表面孤光稳定从而形成均匀致密较厚的渗层。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2：38CrMoAl在30%NH3.H2O电解液体系下，施加200V，处理10min所获得的渗氮层SEM。
在图中，1、无脉冲电源 2、正极 3、负极 4、不锈钢槽 5、电解质溶液 6、带刻度值导线一 7、带刻度值导线二 8、半经>10mm的导电小柱体 9、固定架 10、电压表 11、开关 12、绝缘电解槽 13、渗剂电解液 14、搅拌器 15、阳极电极 16、阴极工件。
具体实施方式
如图1所示，本发明是这样实现的，无脉冲电源1的正极2分别与开关11、电压表10、不锈钢槽4的一端相连，带刻度值导线一6和带刻度值导线二7分别插入置有电解质溶液5的不锈钢槽4中，带刻度值导线一6和带刻度值导线二7的另一端与电压表10、开关11的另一端相接到阳极电极15，带刻度值导线二6底端与导电小柱体8相连，负极3与阴极工件16相连，阳极电极15与阴极工件16分别插入置有渗剂电解溶液13的绝缘电解槽12中，绝缘电解槽12底部设有搅拌器14，渗剂电解溶液为含N，C的渗剂溶液，电解质溶液为酸式盐，碱式盐或中性盐的水溶液，带刻度值导线一和带刻度值导线二分别连接在固定架9上。
以下结合附图1、图2和实例对本发明进行进一步的说明和解释：一种液相等离子体电解渗透处理装置，它包括无脉冲电源部分，控温控弧部分和渗透处理部分。主体部分为控温控弧部分。
本发明提供的方法是通过使阴极的工件表面形成等离子体弧光放电，进行电解渗透处理生成具有高硬度、耐磨、耐蚀的渗层。其中，渗剂为含N，C的有机物或无机物。
以下所述的上下等方位皆以附图1为标准。
当在阳极电极和阴极工件之间施加无脉冲放电电压为160～300V,使带刻度值导线一的底端接触不锈钢槽底部，形成完全导通，这时开关导通或不导通都一样不分压，电压表读数为0，工件表面形成等离子体弧光放电，当处理时间越长，试样表面弧光越来越激烈时，首先调整带刻度值导线一在溶液中的深度来控温控弧，慢慢往上提带刻度值导线一底端在溶液中的位置，来增加电阻调整分压以达到控温控弧的效果。可以从刻度值上粗略估算分压的数值，而从电压表可以准确的读出分压数值。
当施加电压较高时，若带刻度值导线一底端已经接近溶液液面时，弧光还是较为激烈，试样表面温度很高时，让带刻度值导线一底端离开电解液液面，通过调整带刻度值导线二在溶液中的深度来继续控温控弧，慢慢往上提带刻度值导线二在溶液中的位置，提高到某一临界点时，基本弧光就能稳定，而临界点和电压及加入电解质溶液的盐的量有直接的关系。通过调整双导线的上下位置能达到控温形成稳定的弧光的效果。与带刻度值导线二相连的导电小柱体的作用就在避免因底面积小而起弧，所以导电小柱体底面积需要足够大，以免底端起弧光，而导致工件表面的弧光熄灭影响弧光的连续性从而影响渗透效果。
电解质溶液中盐的加入量也决定了控温控弧装置的分压多少，分压多少决定了试样表面的弧光强度程度，而弧光的强烈程度决定了试样表面的温度的高低，从而决定了工件的表面形貌及渗层性能。
实施例1：在(NH2)2CO+KCl+H2O的电解液体系下，阳极为钛板，阴极为38CrMoAl钢，尺寸为2mmx12mmx15mm，尿素的浓度为20%～60%（质量分数），在阳极和阴极之间施加无脉冲电压160V～300V，则在阴极的38CrMoAl钢表面形成液相等离子体弧光放电，放电时间为2～10min，通过调整带刻度值导线一和带刻度值导线二在电解质溶液中深度来控制试样表面的孤光和温度。在阴极的38CrMoAl钢表面形成厚度为20μm～80μm渗层，表面较为光洁，渗层显微硬度约600～1040HV0.1。
实施例2：在HCONH2+KCl+H2O的电解液体系下，阳极为铝板，阴极为38CrMoAl钢，尺寸为2mmx12mmx15mm，甲酰胺的浓度为20%～80%（质量分数），在阳极和阴极之间施加无脉冲电压160V～300V，则在阴极的38CrMoAl钢表面形成液相等离子体弧光放电，放电时间为2～10min，当HCONH2的浓度较低时（水含量对温度影响很大），或电压较高时，通过调整双导线来控温控弧，在阴极的38CrMoAl钢表面形成厚度为20μm～130μm渗层，表面呈暗灰色，光洁，渗层显微硬度约600～980HV0.1。
实施例3：在NH3.H2O+KCl+H2O的电解液体系下，阳极为不锈钢，阴极为38CrMoAl钢，尺寸为2mmx12mmx15mm，氨水的浓度为20%～80%（质量分数），在阳极和阴极之间施加无脉冲电压160V～300V，则在阴极的38CrMoAl钢表面形成液相等离子体弧光放电，放电时间为2～10min，当NH3.H2O的浓度较低时（水含量对温度影响很大），或电压较高时，通过调整双导线来控温控弧，在阴极的38CrMoAl钢表面形成厚度为20μm～180μm渗层。表面呈灰色，非常光洁，渗层显微硬度约600～950HV0.1。

Claims (1)

1. 一种液相等离子体电解渗透处理装置，它包括无脉冲电源、正极、负极、不锈钢槽、带刻度值导线一、带刻度值导线二、半经>10mm的导电小柱体、固定架、电压表、开关、绝缘电解槽、搅拌器、阳极电极、阴极工件，其特征是无脉冲电源的正极分别与开关、电压表、不锈钢槽的一端相连，带刻度值导线一和带刻度值导线二分别插入置有电解质溶液的不锈钢槽中，带刻度值导线一和带刻度值导线二的另一端与电压表、开关的另一端相接到阳极电极，带刻度值导线二底端与导电小柱体相连，负极与阴极工件相连，阳极电极与阴极工件分别插入置有渗剂电解溶液的绝缘电解槽中，绝缘电解槽底部设有搅拌器，渗剂电解溶液为含N，C的渗剂溶液，电解质溶液为酸式盐，碱式盐或中性盐的水溶液，带刻度值导线一和带刻度值导线二分别连接在固定架上。
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