RU2084555C1 - Method of monitoring of process of surface impregnation of steels and alloys in glow discharge and device for its realization (variants) - Google Patents
Method of monitoring of process of surface impregnation of steels and alloys in glow discharge and device for its realization (variants) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2084555C1 RU2084555C1 RU95110091A RU95110091A RU2084555C1 RU 2084555 C1 RU2084555 C1 RU 2084555C1 RU 95110091 A RU95110091 A RU 95110091A RU 95110091 A RU95110091 A RU 95110091A RU 2084555 C1 RU2084555 C1 RU 2084555C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electromagnetic radiation
- measuring
- inputs
- cathode
- outputs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике измерений параметров ионизированной плазмы и, в частности, может быть использовано при контроле процесса поверхностной химико-термической обработки (цементации, нитроцементации, азотировании и т.п.) сталей и сплавов в тлеющем разряде. The invention relates to techniques for measuring parameters of ionized plasma and, in particular, can be used to control the process of surface chemical-thermal treatment (cementation, nitrocarburizing, nitriding, etc.) of steels and alloys in a glow discharge.
Тлеющий разряд имеет характерные спектры испускания и поглощения электромагнитной энергии, вид которых определяется химическим составом атмосферы, в которой зажигается разряд, а также материалом электродов. Использование свойств тлеющего разряда для целей диагностики поверхностной химико-термической обработки сталей и сплавов основывается на том, что интенсивность спектра эмиссии электромагнитного излучения плазмы, а также зависимость коэффициента поглощения плазмы от длины волны падающего излучения закономерным образом связаны как с первоначальным химическим составом технологической атмосферы, так и со сложными физико-химическими процессами, протекающими на обрабатываемой поверхности и вокруг нее. Эти закономерные связи проявляются в том, что интенсивность излучения плазмы, а также интенсивность поглощения плазмой электромагнитного излучения в определенных участках спектра связаны с концентрациями углерод- и азотсодержащих частиц, а также других частиц, образующихся в ходе ионной химико-термической обработки и зависящих от исходного состава технологической атмосферы и состояния обрабатываемой поверхности. Эти зависимости сложны и недостаточно изучены. A glow discharge has characteristic emission and absorption spectra of electromagnetic energy, the form of which is determined by the chemical composition of the atmosphere in which the discharge is ignited, as well as by the material of the electrodes. The use of the properties of a glow discharge for the purpose of diagnosing surface chemical-thermal treatment of steels and alloys is based on the fact that the intensity of the emission spectrum of electromagnetic radiation of the plasma, as well as the dependence of the absorption coefficient of the plasma on the wavelength of the incident radiation, are naturally related to both the initial chemical composition of the technological atmosphere and and with complex physicochemical processes taking place on the treated surface and around it. These regular relationships are manifested in the fact that the intensity of plasma radiation, as well as the intensity of absorption of electromagnetic radiation by plasma in certain parts of the spectrum, is associated with the concentrations of carbon and nitrogen-containing particles, as well as other particles formed during ion-chemical-thermal treatment and depending on the initial composition technological atmosphere and condition of the treated surface. These dependencies are complex and poorly understood.
В настоящее время не существует прямых методов определения насыщающей способности ионизированной рабочей атмосферы в ходе цементации, нитроцементации и азотирования сталей и сплавов. Методы прямой диагностики фазовых превращений, происходящих на насыщаемой поверхности в процессе ионной химико-термической обработки, также неизвестны. Currently, there are no direct methods for determining the saturation ability of an ionized working atmosphere during cementation, nitrocarburizing and nitriding of steels and alloys. Methods for the direct diagnosis of phase transformations occurring on a saturable surface during ionic chemical-thermal treatment are also unknown.
Известен способ обнаружения сажи, выделяющейся на обрабатываемой поверхности в ходе ионной цементации. Диагностика сажевыделения основывается на измерении мощности излучения сверхвысокой частоты на электронной плазменной частоте (а. с. СССР N 1329182, кл. C 23 C 8/36, 1985). Появление в рабочей атмосфере коллоидных и мелкодисперсных частиц сажи проявляется в резком увеличении мощности излучения сверхвысокой частоты. Недостатком метода является то, что он лишь косвенно и с некоторой задержкой подтверждает сажевыделение на поверхности металла, обнаружение которого представляет непосредственный технический интерес. Кроме того, с помощью этого метода нельзя определить насыщенную способность ионизированной атмосферы, а также момента образования избыточной фазы на поверхности металла. A known method for the detection of soot released on the treated surface during ion cementation. Diagnostics of soot emission is based on measuring the power of ultrahigh-frequency radiation at the electron plasma frequency (A.S. USSR N 1329182, class C 23 C 8/36, 1985). The appearance in the working atmosphere of colloidal and finely dispersed soot particles is manifested in a sharp increase in the ultrahigh-frequency radiation power. The disadvantage of this method is that it only indirectly and with some delay confirms carbon black on the metal surface, the detection of which is of immediate technical interest. In addition, using this method it is impossible to determine the saturated ability of the ionized atmosphere, as well as the moment of formation of the excess phase on the metal surface.
Известны способ контроля ионной цементации сталей и сплавов, а также устройство для его осуществления, являющиеся наиболее близкими к заявляемому изобретению. Этот метод (Edenhofer B. Opportunities and limitations of ion carburizing //Heat Treatment of Metals, 1991, v. 18, N 1) заключается в измерении параметров плазмы с последующей оценкой ее насыщающей способности. Устройство для реализации метода выполнено как датчик измерения плотности электрического тока, соединенного последовательно с входным преобразователем, преобразователем электрического сигнала и функциональным генератором. A known method of controlling ionic cementation of steels and alloys, as well as a device for its implementation, which are closest to the claimed invention. This method (Edenhofer B. Opportunities and limitations of ion carburizing // Heat Treatment of Metals, 1991, v. 18, No. 1) consists in measuring plasma parameters with a subsequent assessment of its saturation ability. The device for implementing the method is designed as a sensor for measuring the density of an electric current connected in series with an input converter, an electric signal converter, and a functional generator.
Известный способ и осуществляющее его устройство имеют серьезные недостатки, которые проявляются в относительно высоком уровне ошибок при определении потока углеродсодержащих частиц на обрабатываемую поверхность. Эти ошибки обусловлены двумя причинами. Во-первых, в условиях тлеющего разряда уровень ионизации атмосферы весьма мал (менее 1%) и основной вклад в насыщение металла углеродом вносят электрически нейтральные частицы. Во-вторых, измеряемый катодный ток состоит не только из углеродсодержащих частиц, но и из других частиц, подвергшихся ионизации в тлеющем разряде. В силу последней причины этот метод не может быть применен к управлению нитроцементацией, поскольку он не позволяет разделить вклады от углерод- и азотсодержащих частиц. Метод не позволяет также определить момент появления избыточной фазы и сажевыделения на поверхности металла. The known method and the device implementing it have serious drawbacks, which are manifested in a relatively high level of errors in determining the flow of carbon-containing particles to the treated surface. These errors are caused by two reasons. First, under conditions of a glow discharge, the level of atmospheric ionization is very small (less than 1%) and electrically neutral particles make the main contribution to the saturation of a metal with carbon. Secondly, the measured cathode current consists not only of carbon-containing particles, but also of other particles that have undergone ionization in a glow discharge. For the latter reason, this method cannot be applied to nitrocarburizing control, since it does not allow to separate the contributions from carbon and nitrogen particles. The method also does not allow determining the moment of appearance of the excess phase and carbon black on the metal surface.
Оба аналога относятся к пассивным системам наблюдения характеристик ионизированной рабочей атмосферы, поскольку используемые в них характеристики (электромагнитное излучение, катодный ток) являются естественными проявлениями процесса ионной цементации в их чистом виде, без какого-либо дополнительного воздействия на них. При этом величина полезного сигнала зависит только от числа детектируемых активных частиц, и в случаях, когда их концентрации малы, измерение сигнала может сопровождаться значительными погрешностями, обусловленными характерными для процесса измерения шумами. Неточности в выборе характерного сигнала (СВЧ-излучение от коллоидных и мелкодисперсных частиц, плотность полного катодного тока) вносят дополнительные погрешности в определение искомых величин (момента сажевыделения на обрабатываемой поверхности, науглероживающей способности рабочей атмосферы). Both analogues relate to passive systems for observing the characteristics of the ionized working atmosphere, since the characteristics used in them (electromagnetic radiation, cathode current) are natural manifestations of the ion cementation process in its pure form, without any additional effect on them. In this case, the value of the useful signal depends only on the number of detected active particles, and in cases where their concentrations are small, the measurement of the signal may be accompanied by significant errors due to noise characteristic of the measurement process. Inaccuracies in the selection of a characteristic signal (microwave radiation from colloidal and finely dispersed particles, the density of the total cathode current) introduce additional errors in the determination of the sought quantities (the time of soot deposition on the treated surface, the carbonizing ability of the working atmosphere).
Предлагаемые способ контроля процесса химико-термической обработки сталей и сплавов в тлеющем разряде и устройства для его осуществления основываются на возбуждении ионизированной атмосферы электромагнитным излучением в заданных частотных интервалах с последующей оценкой влияния этого возбуждения на флуоресценцию частиц ионизированной атмосферы и протекающий в ней катодный ток. The proposed method for controlling the process of chemical-thermal treatment of steels and alloys in a glow discharge and devices for its implementation are based on the excitation of the ionized atmosphere by electromagnetic radiation in predetermined frequency intervals with the subsequent evaluation of the effect of this excitation on the fluorescence of particles of the ionized atmosphere and the cathode current flowing in it.
Насыщение в тлеющем разряде протекает в сильно активизированной среде в отсутствие термодинамического равновесия. Реакции превращения, протекающие в технологической атмосфере, оказываются сдвинутыми в сторону диссоциации компонент атмосферы. Поэтому насыщение сталей и сплавов в процессе ионной химико-термической обработки может протекать вплоть до образования твердой корки избыточной фазы и при цементации (нитроцементации) завершается выделением сажи на обрабатываемой поверхности. В этих условиях наблюдение за образованием избыточной фазы, а также выделением сажи на обрабатываемой поверхности является весьма актуальной задачей. Появление и рост легированных карбидов (карбонитродов) в низколегированных сталях проявляются в образовании карбидной сетки, снижении прокаливаемости и усталостной прочности сталей. Saturation in a glow discharge occurs in a highly activated medium in the absence of thermodynamic equilibrium. Transformation reactions occurring in a technological atmosphere turn out to be shifted towards the dissociation of atmospheric components. Therefore, the saturation of steels and alloys in the process of ionic chemical-thermal treatment can proceed up to the formation of a hard crust of the excess phase and during cementation (nitrocarburizing) is completed by the release of soot on the treated surface. Under these conditions, monitoring the formation of an excess phase, as well as the emission of soot on the treated surface is a very urgent task. The appearance and growth of alloyed carbides (carbonitrodes) in low alloy steels are manifested in the formation of a carbide network, a decrease in hardenability and fatigue strength of steels.
Предлагаемый способ позволяет проводить одновременное исследование различных параметров процесса, которые определяются составом технологической атмосферы и закономерным образом влияют на химико-термическую обработку сталей и сплавов в тлеющем разряде. The proposed method allows for the simultaneous study of various process parameters, which are determined by the composition of the technological atmosphere and naturally affect the chemical-thermal treatment of steels and alloys in a glow discharge.
Использование предлагаемого способа контроля и устройств для его осуществления обеспечивает более высокую точность оценки характеристик ионизированной атмосферы и, в конечном счете, науглероживающей, азотирующей способности атмосферы при цементации, азотировании и нитроцементации сталей и сплавов по сравнению со всеми известными методами, а также обеспечивает более высокую надежность в определении момента начала образования избыточной карбидной (карбонитридной) фазы, а также момента начала сажевыделения на обрабатываемой поверхности в процессе цементации или нитроцементации. Using the proposed control method and devices for its implementation provides higher accuracy in assessing the characteristics of the ionized atmosphere and, ultimately, the carburizing, nitriding ability of the atmosphere during cementation, nitriding and nitrocarburizing of steels and alloys compared to all known methods, and also provides higher reliability in determining the onset of the formation of an excess carbide (carbonitride) phase, as well as the onset of carbon black on the surface to be treated STI in the process of carburizing or carbonitriding.
Применение изобретения обеспечивает возможность снижения разброса значений концентрации углерода и азота по глубине диффузного слоя не хуже чем ±0,05% для углерода и не хуже чем ±0,05% для азота, и повысить качество обработки сталей и сплавов вследствие использования технологических циклов, исключающих недостаточное насыщение деталей, а в случае низколегированных сталей технологических циклов, не допускающих образования избыточной фазы при цементации деталей. Кроме того, применение изобретения упрощает разработку технологических циклов и обеспечивает возможность плавно переходить к обработке садок разной массы и площади обрабатываемой поверхности, а также переносить разработанные технологические циклы на установки ионной цементации с другими рабочими характеристиками. The application of the invention makes it possible to reduce the dispersion of the values of the concentration of carbon and nitrogen along the depth of the diffuse layer not worse than ± 0.05% for carbon and not worse than ± 0.05% for nitrogen, and to improve the quality of processing of steels and alloys due to the use of technological cycles that exclude insufficient saturation of parts, and in the case of low alloy steels of technological cycles that do not allow the formation of an excess phase during cementation of parts. In addition, the application of the invention simplifies the development of technological cycles and provides the ability to smoothly switch to processing cages of different masses and surface areas, as well as transfer the developed technological cycles to ion cementation plants with other performance characteristics.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в предлагаемом способе контроля процесса химико-термической обработки сталей и сплавов в тлеющем разряде, заключающемся в оценке характеристик ионизированной атмосферы, которую проводят при воздействии на нее возбуждающим электромагнитным излучением с частотой, соответствующей заданным частотным интервалам поглощения ее активных составляющих и полного числа частиц, путем сравнения электромагнитного излучения в частотных интервалах, соответствующих активным составляющим ионизированной атмосферы и электромагнитного излучения, соответствующего полному числу ее частиц, в качестве характеристик ионизированной атмосферы используют интенсивность излучения ее активных составляющих и/или величину катодного тока, протекающего через измерительный катод, удаленный от рабочего катода на расстояние не менее суммарной ширины зон отрицательного свечения тлеющего разряда, окружающих оба катода. The achievement of the specified technical result is ensured by the fact that in the proposed method of controlling the process of chemical-thermal treatment of steels and alloys in a glow discharge, which consists in evaluating the characteristics of the ionized atmosphere, which is carried out when exposed to exciting electromagnetic radiation with a frequency corresponding to the specified frequency intervals of absorption of its active components and the total number of particles by comparing electromagnetic radiation in the frequency intervals corresponding to the active exposing the ionized atmosphere and electromagnetic radiation corresponding to the total number of its particles, the radiation intensity of its active components and / or the value of the cathode current flowing through the measuring cathode at least a distance from the working cathode at least the total width of the zones of negative glow discharge surrounding both cathodes.
При использовании в качестве характеристик ионизированной атмосферы катодного тока их оценку осуществляют путем возбуждения ионизированной атмосферы электромагнитным излучением в заданных частотных интервалах, соответствующих частотным интервалам поглощения ее активных составляющих и изменяющих степень ионизации этих активных составляющих, измерения катодного тока, отделения фиксированной части возбуждающего излучения для оценки его мощности путем преобразования этой части излучения в опорный электрический сигнал. При этом оценку параметров процесса осуществляют по количеству активных составляющих ионизированной атмосферы, которую получают сравнением сигналов катодного тока с опорным электрическим сигналом, характеризующим мощность возбуждающего излучения, при этом для упрощения процесса оценки параметров ионизированной атмосферы сравнение полученных сигналов катодного тока с опорным сигналом осуществляют делением каждого из них на опорный. When using the cathode current as the characteristics of the ionized atmosphere, they are estimated by exciting the ionized atmosphere with electromagnetic radiation in predetermined frequency intervals corresponding to the frequency intervals of absorption of its active components and changing the degree of ionization of these active components, measuring the cathode current, and separating a fixed part of the exciting radiation to evaluate it power by converting this part of the radiation into a reference electrical signal. In this case, the process parameters are estimated by the number of active components of the ionized atmosphere, which is obtained by comparing the cathode current signals with a reference electric signal characterizing the power of the exciting radiation, and to simplify the process of estimating the parameters of the ionized atmosphere, the received cathode current signals are compared with the reference signal by dividing each of them to the reference.
При контроле процесса химико-термической обработки сталей и сплавов в тлеющем разряде необходимо рассматривать несколько параметров, характеризующих состояние ионизированной атмосферы. В частности, для установления науглероживающей способности атмосферы используется концентрация углеродсодержащих частиц в ионизированной рабочей атмосфере. When controlling the process of chemical-thermal treatment of steels and alloys in a glow discharge, it is necessary to consider several parameters characterizing the state of the ionized atmosphere. In particular, to establish the carburizing ability of the atmosphere, the concentration of carbon-containing particles in the ionized working atmosphere is used.
Другим параметром технологической атмосферы является ее азотирующая способность, которая определяется концентрацией азотсодержащих частиц в ионизированной рабочей атмосфере. Another parameter of the technological atmosphere is its nitriding ability, which is determined by the concentration of nitrogen-containing particles in the ionized working atmosphere.
Для контроля за выделением карбидной (карбонитридной) фазы при диагностике химико-термической обработки в качестве активных составляющих ионизированной атмосферы используют частицы насыщаемого металла и по достижению их количеством заданного порогового значения определяют момент образования избыточной карбидной (карбонитридной) фазы на обрабатываемой поверхности. To control the precipitation of the carbide (carbonitride) phase in the diagnostics of chemical-thermal treatment, particles of a saturated metal are used as the active components of the ionized atmosphere, and when they reach the specified threshold value, the moment of formation of the excess carbide (carbonitride) phase on the treated surface is determined.
Для контроля сажевыделения на поверхности сталей и сплавов при контроле процесса в качестве активных составляющих ионизированной атмосферы используют частицы сажистого углерода и по достижению их количеством заданного порогового значения определяют момент начала сажевыделения на обрабатываемой поверхности. To control carbon black on the surface of steels and alloys during process control, carbon black particles are used as the active components of the ionized atmosphere, and when their quantity reaches a predetermined threshold value, the time at which carbon black begins to form on the treated surface is determined.
При этом в зависимости от химического состава ионизированной атмосферы в процессе химико-термической обработки сталей и сплавов граничные значения заданных частотных интервалов электромагнитного излучения, возбуждающего ионизированную атмосферу и характеризующего состояние ионизированной атмосферы, устанавливают в виде постоянных или изменяющихся в процессе контроля значений частот. In this case, depending on the chemical composition of the ionized atmosphere during the chemical-thermal treatment of steels and alloys, the boundary values of the specified frequency intervals of electromagnetic radiation exciting the ionized atmosphere and characterizing the state of the ionized atmosphere are set in the form of constant or changing frequency values during monitoring.
На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для контроля процесса химико-термической обработки сталей и сплавов, использующего измерение катодного тока; на фиг. 2 функциональная схема устройства для контроля процесса химико-термической обработки сталей и сплавов, использующего измерение интенсивности излучения ионизированной атмосферы. In FIG. 1 shows a functional diagram of a device for monitoring the process of chemical-thermal treatment of steels and alloys using a cathode current measurement; in FIG. 2 is a functional diagram of a device for controlling the process of chemical-thermal treatment of steels and alloys using a measurement of the radiation intensity of an ionized atmosphere.
Первое устройство содержит рабочую камеру 1 с размещенными в ней обрабатываемым металлом 2, рабочим катодом 3 и К измерительных катодов 4, К резисторов 5, источник постоянного напряжения 6, генератор 7 монотонно меняющегося напряжения, К импульсных источников 8 электромагнитного излучения, К делителей 9 электромагнитного излучения, К формирователей 10 пучков, К приемников 11 электромагнитного излучения и К измерительных блоков 12, каждый из которых состоит из фильтра 13 верхних частот, N двухпороговых блоков 14, N ключей 15, N+1 стробируемых накопителей 16 и N элементов сравнения 17. The first device comprises a working chamber 1 with the processed metal 2 placed in it, a working cathode 3 and K measuring cathodes 4, K resistors 5, a constant voltage source 6, a monotonically varying voltage generator 7, K pulse sources 8 of electromagnetic radiation, K dividers 9 of electromagnetic radiation , K beam formers 10, K receivers 11 of electromagnetic radiation and K measuring units 12, each of which consists of a high-pass filter 13, N two-threshold blocks 14, N keys 15, N + 1 gated drives her 16 and N elements of comparison 17.
Импульсные источники 8 могут быть выполнены, например, в виде лазеров фиксированной или непрерывно перестраиваемой длины волны с импульсными и/или непрерывным режимом излучения. В случае импульсного режима излучения лазера управляющие работой устройств стробирующие импульсы могут сниматься с его подсистемы накачки с помощью оптоэлектрического преобразователя. В случае непрерывного режима излучения лазер оснащается внешним блоком амплитудной модуляции излучения, выполненным, например, в виде вращающегося диска с отверстиями. При этом управляющие работой устройств стробирующие импульсы могут сниматься с блока амплитудной модуляции с помощью оптоэлектрического преобразователя. Pulse sources 8 can be performed, for example, in the form of lasers of a fixed or continuously tunable wavelength with pulsed and / or continuous radiation. In the case of a pulsed laser radiation mode, the gating pulses controlling the operation of the devices can be removed from its pump subsystem using an optoelectric converter. In the case of a continuous radiation regime, the laser is equipped with an external unit for amplitude modulation of radiation, made, for example, in the form of a rotating disk with holes. At the same time, the strobe pulses that control the operation of the devices can be removed from the amplitude modulation unit using an optoelectric converter.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Электромагнитное излучение от импульсных источников 8 через делители 9 и формирователи 10, которые пространственно разрешают излучение от импульсных источников 8 разных длин волн, попадает сквозь прозрачную стенку в рабочую камеру 1, вызывая изменение катодного тока тлеющего разряда и, как следствие, электрического тока, протекающего через измерительные катоды 4 и падения напряжения на резисторах 5. Сигнал с резисторов 5 поступает на сигнальные входы измерительных блоков 12. В каждом измерительном блоке 12 сигнал поступает на вход фильтра 13, где происходит выделение переменной составляющей сигнала, несущей информацию об изменении катодного тока тлеющего разряда, в зависимости от частоты излучения импульсного источника 8, перестраиваемого по частоте с помощью генератора 7. Сигнал с выхода генератора 7 монотонно меняющегося напряжения поступает на входы N двухпороговых блоков 14, выдающих на выходах сигналы типа "0" или "1" при заранее заданном для каждого из них диапазоне значения сигнала от генератора 7. При этом единичный сигнал появляется при уровне сигнала, находящегося между пороговыми значениями, и открывает соответствующий ключ 15, пропуская в последующую цепь обработки сигналы с выхода фильтра 13 в заданных диапазонах частот. Electromagnetic radiation from pulsed sources 8 through dividers 9 and shapers 10, which spatially resolve radiation from pulsed sources 8 of different wavelengths, passes through a transparent wall into the working chamber 1, causing a change in the cathode current of the glow discharge and, as a consequence, the electric current flowing through measuring cathodes 4 and voltage drops across the resistors 5. The signal from the resistors 5 is fed to the signal inputs of the measuring units 12. In each measuring unit 12, the signal is fed to the input of the filter 13, de, the variable component of the signal is extracted, which carries information about the change in the cathode current of the glow discharge, depending on the frequency of the radiation of the pulse source 8, tunable in frequency with the help of the generator 7. The signal from the output of the generator 7 of a monotonously varying voltage is fed to the inputs of N two-threshold blocks 14, issuing at the outputs, signals of the type "0" or "1" with a predetermined range for each of them of the signal value from the generator 7. In this case, a single signal appears when the signal level is between threshold values, and opens the corresponding key 15, passing into the subsequent processing chain the signals from the output of the filter 13 in the specified frequency ranges.
Сигнал с выхода фильтра 13 через N ключей 15 проходит входы N стробируемых накопителей 16, где накапливается в течение времени действия стробирующих импульсов с выхода импульсного источника 8, синхронных импульсам электромагнитного излучателя соответствующего пучка. Часть излучения, ответвленная соответствующим делителем 9, поступает на вход приемника 11, где преобразуется в электрический сигнал, накапливающийся в N+1-м стробируемом накопителе 16 в течение времени действия тех же стробирующих импульсов, и далее -на опорные входы N элементов сравнения 17. Сигналы с первых N стробируемых накопителей 16 поступают на сигнальные входы N элементов сравнения, где сравниваются с опорным сигналом, например, путем деления на него. В результате на выходах элементов сравнения появляются сигналы, несущие информацию об изменениях катодного тока тлеющего разряда на частотах, соответствующих интервалам поглощения активных составляющих ионизированной атмосферы и характеризующих концентрации соответствующих активных компонент ионизированной рабочей атмосферы. The signal from the output of the filter 13 through N keys 15 passes the inputs of N gated drives 16, where it accumulates during the duration of the strobe pulses from the output of the pulse source 8, synchronous with the pulses of the electromagnetic emitter of the corresponding beam. Part of the radiation, branched off by the appropriate divider 9, is fed to the input of the receiver 11, where it is converted into an electrical signal that accumulates in the N + 1 st gated drive 16 during the duration of the same gate pulses, and then to the reference inputs of N comparison elements 17. The signals from the first N gated drives 16 are fed to the signal inputs of N comparison elements, where they are compared with a reference signal, for example, by dividing it. As a result, signals appearing at the outputs of the comparison elements carry information on changes in the cathode current of the glow discharge at frequencies corresponding to the absorption intervals of the active components of the ionized atmosphere and characterizing the concentrations of the corresponding active components of the ionized working atmosphere.
Второе устройство содержит рабочую камеру 18 с размещенными в ней обрабатываемым металлом 19, рабочим катодом 20 и K измерительными катодами 21, источник постоянного напряжения 22, K импульсных источников 23 электромагнитного излучения, K формирователей 24 пучков, K • M формирователей 25 стробирующих импульсов и K измерительных блоков 26, каждый из которых состоит из M-канального оптического полосового фильтра 27, M-канального приемника 28 электромагнитного излучения, M-канального фильтра 29 верхних частот, M-стробируемых накопителей 30 и M-1 элементов сравнения 31. The second device contains a
Импульсные источники 23 могут быть выполнены, например, в виде лазеров фиксированной или непрерывно перестраиваемой длины волны с импульсным или непрерывным режимом излучения. В случае импульсного режима излучения лазера управляющие работой устройств стробирующие импульсы могут сниматься с его подсистемы накачки с помощью оптоэлектрического преобразователя. В случае непрерывного режима излучения лазер оснащается внешним блоком амплитудной модуляции излучения, выполненным, например, в виде вращающегося диска с отверстиями. При этом управляющие работой устройств стробирующие импульсы могут сниматься с блока амплитудной модуляции с помощью оптоэлектрического преобразователя.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Электромагнитное излучение от импульсных источников 23 через формирователи 24 попадает сквозь прозрачную стенку в рабочую камеру 18, вызывая флуоресценцию частиц ионизированной атмосферы. Оптический сигнал сквозь прозрачную стенку рабочей камеры 18 поступает на сигнальные входы измерительных блоков 26. В каждом измерительном блоке 26 оптический сигнал поступает на входы оптического полосового фильтра 27, где происходит выделение составляющих сигналов, соответствующих данным активным компонентам ионизированной атмосферы, или составляющей сигнала, несущей информацию о полном числе частиц ионизированной атмосферы. Оптические сигналы с выходов фильтра 27 поступают на входы M-канального приемника 28 электромагнитного излучения, преобразующего их в соответствующие электрические сигналы. Далее в каждой цепи обработки сигнал поступает на вход M-канального фильтра 29, где происходит выделение переменной составляющей сигнала, несущей информацию об изменении электромагнитного излучения ионизированной атмосферы в зависимости от частоты излучения импульсного источника 23. Electromagnetic radiation from
Сигналы с выходов M-канального фильтра 29 проходят на входы M стробируемых накопителей 30, где накапливаются в течение времени действия стробирующих импульсов, поступающих с выходов M формирователей 25 стробирующих импульсов, соединенных с выходом соответствующего импульсного источника 23 и синхронизированных соответствующим образом с импульсами воспринимаемого и обрабатываемого в данной цепи электромагнитного излучения. Электрический сигнал, накапливающийся в M-ом стробируемом накопителе 30 в течение времени действия тех же стробирующих импульсов и характеризующий полное число частиц ионизированной атмосферы, поступает далее на опорные входы M-1 элементов сравнения 31. Сигналы с первых M-1 стробируемых накопителей 30 поступают на сигнальные входы M-1 элементов сравнения, где сравниваются с опорным сигналом, например, путем деления на него. В результате на выходах элементов сравнения появляются сигналы, несущие информацию об изменении электромагнитного излучения ионизированной атмосферы в частотных интервалах, соответствующих флуоресценции активных составляющих ионизированной атмосферы и характеризующих концентрации соответствующих активных компонент ионизированной рабочей атмосферы. The signals from the outputs of the M-
Выходные сигналы с измерительных блоков отображают азотирующую и науглероживающую способность рабочей атмосферы, а также используются для определения моментов образования избыточной фазы (карбидов, карбонитридов) и сажевыделения на поверхности металла при цементации или нитроцементации. Определение моментов образования избыточной фазы или сажевыделения на поверхности металла осуществляется с помощью пороговых элементов сравнения, не отображенных на фиг. 1 и 2, фиксирующих момент наступления соответствующего события. Сигналы с момента начала образования избыточной фазы и сажевыделения, имеющие значения 0 или 1, генерируются при достижении концентрациями частиц насыщаемого металла и сажистого углерода заданных значений (сигнал 1). Все вышеназванные сигналы могут быть использованы для отображения соответствующих величин на индикаторе или в качестве сигналов о состоянии процесса в управляющем блоке автоматизированной системы управления процессом химико-термической обработки сталей и сплавов в тлеющем разряде. The output signals from the measuring units reflect the nitriding and carburizing ability of the working atmosphere, and are also used to determine the moments of formation of the excess phase (carbides, carbonitrides) and carbon black on the metal surface during cementation or nitrocarburizing. The moments of formation of an excess phase or carbon black on the metal surface are determined using threshold comparison elements not shown in FIG. 1 and 2, fixing the moment of occurrence of the corresponding event. Signals from the moment of formation of the excess phase and carbon black, having values of 0 or 1, are generated when the concentrations of particles of saturated metal and carbon black reach the specified values (signal 1). All of the above signals can be used to display the corresponding values on the indicator or as signals about the state of the process in the control unit of an automated control system for the process of chemical-thermal treatment of steels and alloys in a glow discharge.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95110091A RU2084555C1 (en) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | Method of monitoring of process of surface impregnation of steels and alloys in glow discharge and device for its realization (variants) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95110091A RU2084555C1 (en) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | Method of monitoring of process of surface impregnation of steels and alloys in glow discharge and device for its realization (variants) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95110091A RU95110091A (en) | 1997-06-10 |
| RU2084555C1 true RU2084555C1 (en) | 1997-07-20 |
Family
ID=20168952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95110091A RU2084555C1 (en) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | Method of monitoring of process of surface impregnation of steels and alloys in glow discharge and device for its realization (variants) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2084555C1 (en) |
-
1995
- 1995-06-14 RU RU95110091A patent/RU2084555C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 1329182, кл. C 23 C 8/36, 1985. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU95110091A (en) | 1997-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Cruse et al. | Crossed-beam reactions of barium with hydrogen halides. Measurement of internal state distributions by laser-induced fluorescence | |
| Radziemski et al. | Laser-induced breakdown spectroscopy: time-resolved spectrochemical applications | |
| Dolenko et al. | Valence band of liquid water Raman scattering: some peculiarities and applications in the diagnostics of water media | |
| EP1068516B9 (en) | Method for quantitative analysis of atomic components of materials by libs spectroscopy measurements | |
| US3766048A (en) | Analysis of polymer mixtures in solution utilizing electrophoretic light scattering apparatus | |
| AU2015275734B2 (en) | Method for laser-induced breakdown spectroscopy and calibration | |
| US4986654A (en) | Method and apparatus for contactless acquisition of data for the locally resolved determination of the density and temperature in a measurement volume | |
| GB2237882A (en) | Mass spectroscopic apparatus and method | |
| US10641704B2 (en) | Optimal weighted averaging pre-processing schemes for laser absorption spectroscopy | |
| Ciucci et al. | CF-LIPS: a new approach to LIPS spectra analysis | |
| Schappe et al. | Measurements of cross sections for electron-impact excitation into the metastable levels of argon and number densities of metastable argon atoms | |
| RU2084555C1 (en) | Method of monitoring of process of surface impregnation of steels and alloys in glow discharge and device for its realization (variants) | |
| DE60105386T2 (en) | Apparatus and method for real time determination of a solid state composition as a function of sample depth | |
| Wagatsuma et al. | High sensitivity measurement of atomic emission spectra with an applied voltage modulation technique | |
| Meyer et al. | Experimental investigation of the two‐plasmon decay instability in a CO2‐laser‐produced plasma | |
| Lowdermilk et al. | Stokes pulse growth in transient stimulated Raman scattering | |
| CN114199856A (en) | Method for rapidly calibrating element content ratio of laser-induced breakdown spectroscopy | |
| EP0807819A1 (en) | Optogalvanic spectroscopy with phase independent detection | |
| RU2048601C1 (en) | Method and apparatus to diagnose process of steels and alloys chemical thermal treatment in glow discharge | |
| Zhang et al. | Peak purity assessment by matrix projection for spectral line selection and background correction in inductively coupled plasma optical emission spectrometry | |
| US4657872A (en) | Laser-enhanced flame ionization detection | |
| D'Angelo et al. | Trace element analysis in water by LIBS technique | |
| Kajiyama et al. | CARS study of SiH 4− NH 3 reaction process in glow discharge plasma | |
| US11099129B2 (en) | Spatially resolved standoff trace chemical sensing using backwards transient absorption spectroscopy | |
| Maeda et al. | Plasma-surface interaction studies using laser resonance scattering |