專利名稱：輝光放電輔助加熱離子化學(xué)熱處理爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種金屬材料表面離子化學(xué)熱處理裝置，更具體地說它是一種帶有 輝光輔助加熱功能的離子化學(xué)熱處理裝置。
背景技術(shù)：
離子化學(xué)熱處理包括離子滲氮、滲碳、氮碳共滲、滲硫、滲金屬、等離子體化 學(xué)氣相沉積等。它是將欲處理的工件置于離子化學(xué)熱處理爐的真空室內(nèi)，工件接直流輝 光放電電源的負極，爐體接正極。在直流電場作用下，爐內(nèi)氣體發(fā)生輝光放電，生成的 正離子轟擊陰極(工件)的表面，將工件加熱到所需要的化學(xué)熱處理溫度(一般在400 600°C之間)，同時氣體輝光放電激活了反應(yīng)氣體，在工件表面發(fā)生一系列的物理化學(xué)反 應(yīng)，達到工件表面改性處理的目的。在輝光放電的初始階段，由于工件表面不可避免地存在一些未清洗干凈的污 物，如棉花毛、油污、銹斑等，工件表面打弧十分頻繁，容易燒傷工件表面，大電流的 弧光放電也容易損壞直流輝光放電電源，這時應(yīng)采取低直流電壓、低真空室氣體壓強的 辦法，緩慢升高工件的溫度。當(dāng)工件被加熱到約350°C以上后，打弧現(xiàn)象逐漸消失，這時 可以升高直流電壓和爐內(nèi)氣體壓強，將工件快速加熱到離子化學(xué)熱處理所需要的溫度。 離子化學(xué)熱處理前的濺射清理時間取決于裝爐前工件表面的清洗程度和工件的裝爐量， 一般為數(shù)小時之多，是影響離子化學(xué)熱處理周期的重要因素。為了減少工件濺射清理時間，除了加強裝爐前工件表面的清洗工作外，有的離 子化學(xué)熱處理爐安裝了電阻輔助加熱裝置，如外輔助加熱式離子轟擊熱處理爐(中國專 利99217521.6)和內(nèi)輔助加熱式離子氮化爐(http://www.whrcl.com)。在工件接通直流電 源產(chǎn)生輝光放電前，先利用裝在爐外或爐內(nèi)的電阻輔助加熱裝置將工件預(yù)熱到一定高的 溫度，待工件表面的污物烘烤干凈后再接通直流電源，這時工件表面就很少會出現(xiàn)打弧 現(xiàn)象，大大縮短了離子化學(xué)熱處理的周期。但是，離子化學(xué)熱處理爐的電阻輔助加熱也有一些不足之處，如外輔助加熱式 離子化學(xué)熱處理爐的加熱效率低、爐體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護困難；而內(nèi)輔助電阻加熱裝置要 占據(jù)爐內(nèi)較大的有效工作空間，電阻加熱器若直接采用交流三相380V供電不安全，采用 低電壓大電流供電時需要一臺功率較大的降壓變壓器。兩種電阻輔助加熱器都要配備專 用的測溫、控溫裝置，大大增加了離子化學(xué)熱處理爐的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種利用離子化學(xué)熱處理設(shè)備本身的直流輝光放電電源 進行輔助加熱，它能有效地縮短離子化學(xué)熱處理初始階段的工件濺射清理時間。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的在離子化學(xué)熱處理爐的真空室內(nèi)靠近爐壁的部位 放置一個鋼制薄壁圓筒，圓筒為薄鋼板卷制而成，上端封閉。欲處理的工件擺放在圓筒 中間的工作臺上，圓筒、工作臺、離子化學(xué)熱處理爐的爐體之間相互絕緣，將離子化學(xué)
3熱處理設(shè)備本身的直流電源的負極根據(jù)處理工藝的需要接在圓筒或工作臺上，直流電源 的正極接在爐體外殼上，并接地保護。在離子化學(xué)熱處理的初始階段，先將直流電源的 負極接在圓筒上，圓筒開始輝光放電并被加熱。在圓筒的熱輻射作用下，工件被加熱到 一定高的溫度，待工件表面的污物烘烤干凈后再將直流電源的負極連接到工件上，工件 開始輝光放電加熱，當(dāng)工件被加熱至離子化學(xué)熱處理所需要的溫度后，開始進行離子化 學(xué)熱處理。為了減少輝光輔助加熱圓筒的熱損失，可以在爐壁和圓筒之間安裝一隔熱屏， 隔熱屏與爐體之間不絕緣，同為輝光放電的陽極。在離子化學(xué)熱處理過程中，也可以將圓筒與工作臺都與直流電源的負極相接， 利用圓筒的輔助加熱功能來提高圓筒內(nèi)的空間溫度，改善工件的溫度均勻性。這時離子 化學(xué)熱處理爐內(nèi)測量工件溫度的熱電偶可以改為測量圓筒內(nèi)的空間溫度，而不必測量帶 有負高壓電的工件溫度。鋼制圓筒也可以用鋼板網(wǎng)加工成筒形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣可以減少圓筒的表面積， 減少圓筒直流輝光放電加熱的電流。另外，由于網(wǎng)狀圓筒的熱容比板狀圓筒小，所以網(wǎng) 狀圓筒的升溫速度要比板狀圓筒快，輔助加熱的效果更好。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點①由于圓筒一直都是放置在離子化學(xué)熱處理爐內(nèi)，表 面始終是“干凈”的，所以每次起輝放電都不會發(fā)生打弧現(xiàn)象。②由于減少了離子化學(xué) 熱處理初始階段的弧光放電，縮短生產(chǎn)周期，也避免了直流電源因頻繁過流而損壞。③ 圓筒輝光放電加熱電源與工件輝光放電電源為同一套直流電源，只需通過轉(zhuǎn)換開關(guān)即可 分別實現(xiàn)圓筒加熱和工件加熱，所以這種輔助加熱方式的設(shè)備比較簡單。④當(dāng)工件被加 熱到不會打弧的溫度后，將直流電源的負極從圓筒上切換到工件上，工件開始輝光放電 加熱，這時不帶電的圓筒可以與爐內(nèi)原有的隔熱屏一起組成雙層隔熱屏，進一步提高了 工件的溫度均勻性和節(jié)能的效果。⑤在離子化學(xué)熱處理過程中，圓筒和工件也可以同時 與直流電源的負極相接，這時圓筒可以起到輔助加熱的作用，提高了爐內(nèi)工件的溫度均 勻性，并解決了離子化學(xué)熱處理爐內(nèi)工件溫度測量難的問題。


附圖是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。下面結(jié)合附圖詳細說明依據(jù)本發(fā)明提出的具體裝置細節(jié)及工作情況。圖中(2)為離子化學(xué)熱處理爐的爐體，爐內(nèi)裝有一鋼制圓筒(4)，爐體內(nèi)壁與圓 筒之間裝有隔熱屏(3)，爐體和隔熱屏之間不絕緣。欲處理的工件(5)擺放在工作臺(6) 上，圓筒將其罩在其中。離子化學(xué)熱處理爐的直流輝光放電電源(1)的負極通過轉(zhuǎn)換開 關(guān)(8)可以分別與圓筒和工作臺相接，直流電源的正極接在爐體上，并接地保護。真空 泵(11)將真空室內(nèi)空氣抽出后，離子化學(xué)熱處理所需的工作氣體通過供氣系統(tǒng)(7)送入 真空室內(nèi)。真空控制系統(tǒng)(10)可以保證離子化學(xué)熱處理是在一定的壓強范圍內(nèi)進行，工 件的溫度則是由溫度控制系統(tǒng)(9)測量并控制。
具體實施例方式實施例1 本發(fā)明離子化學(xué)熱處理爐的爐體內(nèi)徑尺寸為Φ650Χ 1200毫米，爐內(nèi)放置一個用1毫米厚鋼板卷制的圓筒，尺寸為Φ 550X900毫米，工作臺上擺放200公斤 的欲離子滲氮處理的工件，用氨氣作為離子滲氮的工作氣體。在離子滲氮處理的初始階 段，先將直流電源的負極接在圓筒上，圓筒開始輝光放電加熱，此時直流電壓為750V， 直流電流為20Α，爐內(nèi)氣體壓強為200Pa。待工件被加熱到400°C時，將直流電源的負極 切換到工作臺上，這時工件開始輝光放電加熱，此時工件表面已很少有打弧的現(xiàn)象，可 以用較快的升溫速度加熱工件。 實施例2:在實施例1的基礎(chǔ)上，當(dāng)工件被加熱到400°C后，將圓筒和工作臺都 與直流電源的負極相接，這時圓筒和工件同時產(chǎn)生輝光放電并被加熱，待工件被加熱到 520°C時，開始進入離子滲氮的保溫階段。在此溫度下離子滲氮1小時后，圓筒內(nèi)的空間 溫度為510°C，接近工件的實際溫度，比沒有輝光放電輔助加熱的空間溫度約高100°C。
權(quán)利要求
1.一種輝光放電輔助加熱離子化學(xué)熱處理爐，包括直流輝光放電電源(1)、爐體 (2)、隔熱屏(3)、供氣系統(tǒng)(7)、溫度控制系統(tǒng)(9)和真空控制系統(tǒng)(10)，欲處理工件 (5)擺放在爐內(nèi)工作臺(6)上，其特征在于在爐內(nèi)靠近爐壁的部位放置一個鋼制薄壁圓筒 (4)，工作臺置于圓筒的中間，圓筒、工作臺、爐體之間相互絕緣，直流電源的正極接在 爐體外殼上，并接地保護，直流電源的負極通過轉(zhuǎn)換開關(guān)(8)與圓筒相接，使圓筒產(chǎn)生 輝光放電并被加熱，工件在圓筒的熱輻射作用下被加熱；待工件達到預(yù)熱溫度后，通過 轉(zhuǎn)換開關(guān)將直流電源的負極切換到工作臺上，工件開始輝光放電加熱并進行離子化學(xué)熱 處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輝光放電輔助加熱離子化學(xué)熱處理爐，其特征在于接在 圓筒上的直流電源與接在工作臺上的直流電源為離子化學(xué)熱處理爐本身同一直流輝光放電電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輝光放電輔助加熱離子化學(xué)熱處理爐，其特征在于圓筒 的筒體也可以采用鋼制網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輝光放電輔助加熱離子化學(xué)熱處理爐，其特征在于在離 子化學(xué)熱處理過程中，圓筒與工件可以同時與直流電源的負極相接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輝光放電輔助加熱離子化學(xué)熱處理爐，在爐體(2)的真空室內(nèi)放置一鋼制圓筒(4)，欲處理的工件(5)擺放在工作臺上(6)上，圓筒、工作臺、爐體之間相互絕緣。離子化學(xué)熱處理前，先通過轉(zhuǎn)換開關(guān)(8)將離子化學(xué)熱處理爐的直流電源(1)負極接在圓筒上，圓筒產(chǎn)生輝光放電并被加熱，利用圓筒的熱輻射對工件進行預(yù)熱。待工件達到預(yù)熱溫度后，將直流電源的負極切換到工作臺上，工件開始輝光放電加熱并進行離子化學(xué)熱處理，這樣可以縮短工件濺射清理的時間，防止直流電源因過流損壞。在離子化學(xué)熱處理過程中，圓筒與工件也可以同時接直流電源的負極，依靠圓筒的輔助加熱提高工件溫度均勻性，并解決了工件測溫難的問題。
文檔編號C23C8/36GK102011087SQ20101051569
公開日2011年4月13日 申請日期2010年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月11日
發(fā)明者趙程, 鄭少梅 申請人:青島科技大學(xué)