CN107177816A - 实现工件氮化均温的离子渗氮装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及离子渗氮装置，尤其涉及一种实现工件氮化均温的离子渗氮装置，其包括炉体、炉底盘、多功能活性屏、上传动系统、下传动系统、进气系统、抽气系统，其特征在于，炉体为圆筒形，炉底盘为圆盘形，炉体放置于炉底盘正上方形成炉腔；多功能活性屏垂直悬挂于炉腔内，上传动系统固定于炉体顶部，上传动系统驱动多功能活性屏顺时针转动；下传动系统固定于炉底盘，下传动系统带动工件逆时针转动；进气系统由上传动系统的进气部分和多功能活性屏的进气部分组成；抽气系统由主抽气管和分抽气管组成。本发明设计的离子渗氮装置有效提升进气与抽气的均匀性、提高气体的分解率、稳定阴阳极之间的距离，从而实现工件氮化温度的均一性，保证渗氮层厚度及性能的一致性。本发明涉及的装置也适合材料表面的物理气相沉积及化学气相沉积。

Description

实现工件氮化均温的离子渗氮装置
技术领域
本发明涉及离子渗氮装置，尤其涉及一种实现工件氮化均温的离子渗氮装置，属于材料化学热处理技术领域。
背景技术
离子渗氮又称离子氮化、辉光渗氮，属于等离子热处理范畴，是材料化学热处理的一种。具体而言，是在低于一个大气压的条件下，把工件作为阴极置于含氮气体的环境中，气体电离、阴阳极间产生微等离子弧，强电场作用下，正离子和中性粒子高速轰击工件，离子动能转变为热能，从而加热工件；由于吸附和扩散作用，使活化的氮离子渗入到工件表层，形成渗氮层，这一过程称为离子渗氮。此技术大幅提升了机械零部件的硬度、耐蚀及耐磨性。离子渗氮已广泛用于航空航天、交通运输、矿山机械和医疗器械等领域。随工业技术的发展，零部件复杂程度的逐步提升，而现有离子渗氮炉结构僵化，导致部分复杂零件渗氮层厚度及性能不均匀。分析其原因，主要是离子渗氮环境中，氮化气体分布不均、气体分解率较低和阴阳极间距差异较大所引起的工件表层温度不均所致。
气体在工件表层分布不均引起电流密度的波动，气体分解率的高低影响工件表层氮离子的覆盖率，这两者的有机结合并优化可较好地提升氮化层的均匀性；目前，技术人员已开发了气体分散环、气体分流屏及气体分流管，虽然在一定程度上改善了气体在工件表层的分布，但并未同时提升气体的分解率，此问题大大限制了离子渗氮技术的发展。
阴极（工件）与阳极（炉体）间施加一定的电压，若阴阳极间距较小，则阴极位降较高，离子轰击能量较大，工件表层温度较高，且电流密度较大，渗层就会较厚；反之亦然。复杂零件在离子渗氮时，工件的不同部位、同炉不同工件距炉体（阳极）的距离不能保持相同，导致渗氮层性能不均一，此问题也大大限制了离子渗氮技术的推广和应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现工件氮化均温的离子渗氮装置，这种实现工件氮化均温的离子渗氮装置可同时提升进气与抽气的均匀性、加速气体的分解、稳定阴阳极之间的距离，以解决工件渗氮温度的不均一性技术问题。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。
一种实现工件氮化均温的离子渗氮装置，包括炉体、炉底盘、多功能活性屏、上传动系统、下传动系统、进气系统、抽气系统，其特征在于，炉体为圆筒形，炉底盘为圆盘形，炉体放置于炉底盘正上方形成炉腔；多功能活性屏垂直悬挂于炉腔内，上传动系统固定于炉体顶部，上传动系统驱动多功能活性屏顺时针转动；下传动系统固定于炉底盘，下传动系统带动工件逆时针转动；进气系统由上传动系统的进气部分和多功能活性屏的进气部分组成；抽气系统由主抽气管和分抽气管组成。
所述多功能活性屏为圆筒形空心夹层结构，多功能活性屏筒壁内外层设置均匀分布的圆管，多功能活性屏筒壁内层设置均匀分布的圆形通孔，圆管与圆形通孔间隔分布，空心夹层和圆形通孔为多功能活性屏的进气部分，气体进入空心夹层通过其筒壁内层的圆形通孔均匀扩散；多功能活性屏的顶部中心位置固定连接上传动系统的进气传动管底部。
所述上传动系统包括：顺时电机、传动齿轮、进气传动管，顺时电机与传动齿轮通过键连接，进气传动管与传动齿轮配合的部分设置齿，传动齿轮与进气传动管通过齿连接，进气传动管中心设置圆形孔，进气传动管底部设置径向孔，径向孔与多功能活性屏的空心夹层相通，进气口、圆形孔及径向孔为上传动系统的进气部分。
所述下传动系统包括：逆时电机、阴极支柱，逆时电机与阴极支柱通过键连接，阴极支柱上的工装夹持工件，工件置于多功能活性屏内腔。
所述抽气系统的主抽气管垂直固定于炉底盘的中部，抽气系统的分抽气管置于炉腔顶部，位于相邻多功能活性屏的间隙，抽气系统的分抽气管顶部设置均匀分布的抽气孔。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：本离子渗氮装置提升了进气和抽气的均匀性、提高了气体的分解率、稳定了阴阳极之间的距离，从而实现了工件氮化温度的均一性，保证了渗氮层厚度及性能的一致性。设置进气传动管、多功能活性屏中的空心夹层及圆形通孔，使气体均匀分散，提升了进气的均匀性，同时气体因流经高温的多功能活性屏的夹层而得到预热，加速了气体的分解，使气体分子更具有活性，分散更均匀，从而使工件表层温度均一，氮化质量更好；分抽气管顶部设置均匀分布的抽气孔，提升了抽气的均匀性，且抽气系统在开炉时不会干涉炉体的抬升，更加安全、可靠；设置工件随阴极支柱逆时针转动，稳定了阴极（工件）与阳极（炉壁）之间的距离，进而使工件表层的温度均一，从而使氮化层更均匀；设置多功能活性屏随上传动系统顺时针旋转，使阴阳极间距一致，产生均匀的电场，从而使活性屏表层的温度均一；设置多个多功能活性屏，实现一炉多件渗氮，效率高。
附图说明
图1为具体实施方式中所述的实现工件氮化均温的离子渗氮装置主视示意图。
图2为具体实施方式中所述的实现工件氮化均温的离子渗氮装置俯视示意图。
图3为具体实施方式中所述的多功能活性屏结构示意图。
其中，1. 顺时电机；2. 进气口；3. 传动齿轮；4. 进气传动管；5. 炉体；6. 主抽气管；7. 阴极支柱；8. 逆时电机；9. 炉底盘；10. 多功能活性屏；11. 工装；12. 工件；13.圆形通孔；14. 圆管；15. 空心夹层；16. 抽气孔； 17. 分抽气管。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种实现工件氮化均温的离子渗氮装置，包括炉体5、炉底盘9、多功能活性屏10，炉体5为圆筒形，炉底盘9为圆盘形，炉体5放置于炉底盘9正上方形成炉腔；多功能活性屏10垂直悬挂于炉腔内，上传动系统固定于炉体5顶部，上传动系统驱动多功能活性屏10顺时针转动；下传动系统固定于炉底盘9，下传动系统带动工件12逆时针转动，工件固定于工装11；进气系统由上传动系统的进气部分和多功能活性屏10的进气部分组成；抽气系统由主抽气管6和分抽气管17组成。
上传动系统包括：顺时电机1、传动齿轮3、进气传动管4，顺时电机1与传动齿轮3通过键连接，进气传动管4与传动齿轮3配合的部分设置齿，传动齿轮3与进气传动管4通过齿连接，进气传动管4中心设置圆形孔，进气传动管4底部设置径向孔，径向孔与多功能活性屏10的空心夹层15相通，进气口2、圆形孔及径向孔为上传动系统的进气部分。通过顺时电机1带动传动齿轮3旋转，进而传动齿轮3带动进气传动管4旋转，从而使多功能活性屏10旋转。
下传动系统包括：逆时电机8、阴极支柱7，逆时电机8与阴极支柱7通过键连接，阴极支柱7上的工装11夹持工件12，工件12置于多功能活性屏10内腔。通过逆时电机8带动阴极支柱7旋转从而使工件12旋转。
抽气系统的主抽气管6垂直固定于炉底盘9的中部，抽气系统的分抽气管17置于炉腔顶部，位于相邻多功能活性屏10的间隙，抽气系统的分抽气管17顶部设置均匀分布的抽气孔16。
如图3所示，多功能活性屏10为圆筒形空心夹层结构，多功能活性屏10筒壁内外层设置均匀分布的圆管14，多功能活性屏10筒壁内层设置均匀分布的圆形通孔13，圆管14与圆形通孔13间隔分布，空心夹层15和圆形通孔13为多功能活性屏10的进气部分，气体进入空心夹层15通过其筒壁内层的圆形通孔13均匀扩散；多功能活性屏10的顶部中心位置固定连接上传动系统的进气传动管4底部。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种实现工件氮化均温的离子渗氮装置，包括炉体、炉底盘、多功能活性屏、上传动系统、下传动系统、进气系统、抽气系统，其特征在于，炉体为圆筒形，炉底盘为圆盘形，炉体放置于炉底盘正上方形成炉腔；多功能活性屏垂直悬挂于炉腔内，上传动系统固定于炉体顶部，上传动系统驱动多功能活性屏顺时针转动；下传动系统固定于炉底盘，下传动系统带动工件逆时针转动；进气系统由上传动系统的进气部分和多功能活性屏的进气部分组成；抽气系统由主抽气管和分抽气管组成。
2.根据权利要求1所述的一种实现工件氮化均温的离子渗氮装置，其特征在于，所述多功能活性屏为圆筒形空心夹层结构，多功能活性屏筒壁内外层设置均匀分布的圆管，多功能活性屏筒壁内层设置均匀分布的圆形通孔，圆管与圆形通孔间隔分布，空心夹层和圆形通孔为多功能活性屏的进气部分，多功能活性屏的顶部中心位置固定连接上传动系统的进气传动管底部。
3.根据权利要求1所述的一种实现工件氮化均温的离子渗氮装置，其特征在于，所述上传动系统包括：顺时电机、传动齿轮、进气传动管，顺时电机与传动齿轮通过键连接，传动齿轮与进气传动管通过齿连接，进气传动管中心设置圆形孔，进气传动管底部设置径向孔，径向孔与多功能活性屏的空心夹层相通，进气口、圆形孔及径向孔为上传动系统的进气部分。
4.根据权利要求1所述的一种实现工件氮化均温的离子渗氮装置，其特征在于，所述下传动系统包括：逆时电机、阴极支柱，逆时电机与阴极支柱通过键连接，阴极支柱上的工装夹持工件，工件置于多功能活性屏内腔。
5.根据权利要求1所述的一种实现工件氮化均温的离子渗氮装置，其特征在于，所述抽气系统的主抽气管垂直固定于炉底盘的中部，抽气系统的分抽气管置于炉腔顶部，位于相邻多功能活性屏的间隙，抽气系统的分抽气管顶部设置均匀分布的抽气孔。
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