CN208883972U - 一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备，包括真空室、热阴极、工件架、辅助阳极、热阴极弧光放电电源、热阴极加热电源以及工作偏压电源；所述热阴极、工件架以及辅助阳极均位于真空室内，所述真空室内靠近热阴极的位置处设置有进气管道和加热管，所述辅助阳极与工件架的位置相对应，所述热阴极加热电源与热阴极电性连接并且形成串联回路，所述辅助阳极通过热阴极弧光放电电源与热阴极电性连接，所述工作偏压电源的正极与真空室电性连接、负极与工件架电性连接。本实用新型对渗氮设备进行重新设计，采用弧光放电电源，克服等离子体密度低、渗氮效率低等问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种离子渗氮设备，具体涉及一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备。
背景技术
离子渗氮具有节能环保、渗氮速率快、可强化的金属材料范围广等优点，在机械零件表面强化领域获得了广泛应用。但常规的离子渗氮的压强比较高，与物理气相沉积真空度不匹配，需要在两个设备内分别完成离子渗氮和物理气相沉积过程，获得的渗氮层直接沉积硬质薄膜时界面结合不够理想。
采用配备离子源的物理气相沉积设备可以通过改进常规物理气相沉积设备实现离子氮化，但设备较复杂，成本高。在物理气相沉积设备中增加热阴极，利用热阴极发射的热电子与含氮气体发生碰撞可以产生等离子体，在物理气相沉积的压强范围内实现离子氮化，且该设备仅需要对常规物理气相沉积设备进行简单改造即可。
但目前采用的热阴极离子渗氮设备的热阴极与阳极之间的放电电源为辉光放电电源，在使用时存在等离子体密度低、渗氮效率低等问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是：提供一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备，进行重新设计，采用弧光放电电源，克服等离子体密度低、渗氮效率低等问题。
为了实现上述目的，本实用新型提供如下的技术方案：
一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备，包括真空室、热阴极、工件架、辅助阳极、热阴极弧光放电电源、热阴极加热电源以及工作偏压电源；所述热阴极、工件架以及辅助阳极均位于真空室内，所述真空室内靠近热阴极的位置处设置有进气管道和加热管，所述辅助阳极与工件架的位置相对应，所述热阴极加热电源与热阴极电性连接并且形成串联回路，所述辅助阳极通过热阴极弧光放电电源与热阴极电性连接，所述工作偏压电源的正极与真空室电性连接、负极与工件架电性连接。
进一步的，所述辅助阳极具体与热阴极弧光放电电源的正极电性连接；所述热阴极弧光放电电源的负极与热阴极、热阴极加热电源之间的线路电性连接。
进一步的，所述工件架呈U形，所述辅助阳极呈细长杆状并且位于工件架内侧中部。
进一步的，所述进气管道位于热阴极与加热管之间，所述加热管与热阴极相平行。
进一步的，所述真空室的一侧设置有真空获得系统，所述真空室的顶部设置有真空测量系统。
进一步的，所述真空室、热阴极、工件架以及辅助阳极之间均保持绝缘，并且绝缘电阻不小于1MΩ。
进一步的，所述热阴极加热电源输出交流电，输出电压范围为5-50V，输出电流范围为5-100A，采用恒功率控制模式；热阴极弧光放电电源输出直流电，输出电压范围为20-50V，输出电流范围为20-100A，采用恒流控制模式；工件偏压电源输出直流或脉冲直流电，输出电压范围为20-1000V，输出电流范围为0-30A，采用恒压控制模式。
进一步的，所述进气管道与热阴极的距离不大于100mm。
本实用新型的有益效果为：一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备，通过真空室、加热管、热阴极、辅助阳极、热阴极弧光放电电源以及热阴极加热电源的配合使用，对渗氮设备进行重新设计，采用弧光放电电源代替原有的辉光放电电源，克服等离子体密度低、渗氮效率低等问题，进而保证渗氮处理的高效率，并且可避免由于离子渗氮过程中的打火导致的放电电源关断引起的渗氮过程终止问题，同时结构紧凑，方便维护，可靠性高。
附图说明
图1为本实用新型一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备的整体结构示意图。
图中：1、真空室；2、加热管；3、热阴极；4、进气管道；5、真空获得系统；6、工件架；7、辅助阳极；8、真空测量系统；9、热阴极弧光放电电源；10、热阴极加热电源；11、工作偏压电源。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参考图1，一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备，包括真空室1、热阴极3、工件架6、辅助阳极7、热阴极弧光放电电源9、热阴极加热电源10以及工作偏压电源11；所述热阴极3、工件架6以及辅助阳极7均位于真空室1内，所述真空室1内靠近热阴极3的位置处设置有进气管道4和加热管2，所述辅助阳极7与工件架6的位置相对应，所述热阴极加热电源10与热阴极3电性连接并且形成串联回路，所述辅助阳极7通过热阴极弧光放电电源9与热阴极3电性连接，所述工作偏压电源11的正极与真空室1电性连接、负极与工件架6电性连接。
所述真空室1的极限真空度优于1×10-3Pa。
所述热阴极3采用钨丝或钽丝制成；通过调整热阴极加热电源10的输出功率控制热阴极3的加热温度，热阴极3的加热温度控制在2500-3300℃。
所述辅助阳极7具体与热阴极弧光放电电源9的正极电性连接；所述热阴极弧光放电电源9的负极与热阴极3、热阴极加热电源10之间的线路电性连接。
所述工件架6呈U形，所述辅助阳极7呈细长杆状并且位于工件架6内侧中部。
所述进气管道4位于热阴极3与加热管2之间，所述加热管2与热阴极3相平行。
所述真空室1的一侧设置有真空获得系统5，所述真空室1的顶部设置有真空测量系统8。
所述真空室1、热阴极3、工件架6以及辅助阳极7之间均保持绝缘，并且绝缘电阻不小于1MΩ。
所述热阴极加热电源10输出交流电，输出电压范围为5-50V，输出电流范围为5-100A，采用恒功率控制模式；所述热阴极弧光放电电源9输出直流电，输出电压范围为20-50V，输出电流范围为20-100A，采用恒流控制模式；所述工件偏压电源11输出直流或脉冲直流电，输出电压范围为20-1000V，输出电流范围为0-30A，采用恒压控制模式。
所述进气管道4与热阴极3的距离不大于100mm。
所述进气管道4用于向真空室1内供应氮气/氢气混合气，氮气/氢气混合气经由不锈钢进气管道4输入到真空室1内。
所述热阴极弧光放电电源9将热阴极3与辅助阳极7之间放电模式由辉光放电模式变为弧光放电模式，从而大大提高等离子体的密度和离化率，保证离子渗氮的高效率；此外，还可以避免由于离子渗氮过程中的打火导致的放电电源关断引起的渗氮过程终止问题。
上述实施例用于对本实用新型作进一步的说明，但并不将本实用新型局限于这些具体实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应理解为在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备，其特征在于：包括真空室(1)、热阴极(3)、工件架(6)、辅助阳极(7)、热阴极弧光放电电源(9)、热阴极加热电源(10)以及工作偏压电源(11)；所述热阴极(3)、工件架(6)以及辅助阳极(7)均位于真空室(1)内，所述真空室(1)内靠近热阴极(3)的位置处设置有进气管道(4)和加热管(2)，所述辅助阳极(7)与工件架(6)的位置相对应，所述热阴极加热电源(10)与热阴极(3)电性连接并且形成串联回路，所述辅助阳极(7)通过热阴极弧光放电电源(9)与热阴极(3)电性连接，所述工作偏压电源(11)的正极与真空室(1)电性连接、负极与工件架(6)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备，其特征在于：所述辅助阳极(7)具体与热阴极弧光放电电源(9)的正极电性连接；所述热阴极弧光放电电源(9)的负极与热阴极(3)、热阴极加热电源(10)之间的线路电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备，其特征在于：所述工件架(6)呈U形，所述辅助阳极(7)呈细长杆状并且位于工件架(6)内侧中部。
4.根据权利要求1所述的一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备，其特征在于：所述进气管道(4)位于热阴极(3)与加热管(2)之间，所述加热管(2)与热阴极(3)相平行。
5.根据权利要求1所述的一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备，其特征在于：所述真空室(1)的一侧设置有真空获得系统(5)，所述真空室(1)的顶部设置有真空测量系统(8)。
6.根据权利要求1所述的一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备，其特征在于：所述真空室(1)、热阴极(3)、工件架(6)以及辅助阳极(7)之间均保持绝缘，并且绝缘电阻不小于1MΩ。
7.根据权利要求1所述的一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备，其特征在于：所述热阴极加热电源(10)输出交流电，输出电压范围为5-50V，输出电流范围为5-100A，采用恒功率控制模式；所述热阴极弧光放电电源(9)输出直流电，输出电压范围为20-50V，输出电流范围为20-100A，采用恒流控制模式；所述工件偏压电源(11)输出直流或脉冲直流电，输出电压范围为20-1000V，输出电流范围为0-30A，采用恒压控制模式。
8.根据权利要求1所述的一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备，其特征在于：所述进气管道(4)与热阴极(3)的距离不大于100mm。
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| CN201821537401.0U CN208883972U (zh) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | 一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备 |
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| CN201821537401.0U Active CN208883972U (zh) | 2018-09-20 | 2018-09-20 | 一种热阴极高密度弧光放电离子渗氮设备 |
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2018
- 2018-09-20 CN CN201821537401.0U patent/CN208883972U/zh active Active
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