[其他]無(wú)外加熱源真空離子滲碳

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 86102217
• 申請(qǐng)日: 1986-04-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN86102217A
• 公開(kāi)（公告）日: 1987-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊烈宇;李國(guó)卿;魯濟(jì)順;楊道正
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連海運(yùn)學(xué)院
• 主分類號(hào): C23C8/36
• 分類號(hào): C23C8/36
• 代理公司: 大連海運(yùn)學(xué)院專利事務(wù)所
• 代理人: 焦憲長(zhǎng)

本發(fā)明屬于化學(xué)熱處理，更具體地說(shuō)是用于離子滲碳的設(shè)備和方法。

目前國(guó)內(nèi)外采用的先進(jìn)滲碳方法主要有：氣體滲碳，真空滲碳和真空離子滲碳。真空滲碳克服了氣體滲碳的某些缺點(diǎn)，真空離子滲碳是目前優(yōu)于氣體滲碳和真空滲碳的一種滲碳技術(shù)。它是在真空爐內(nèi)利用電阻熱源的作用，先把工件加熱到滲碳溫度后，再向爐內(nèi)通入滲碳?xì)怏w，并在工件（陰極）和陽(yáng)極之間施加直流電壓，使氣體電離，產(chǎn)生輝光放電實(shí)現(xiàn)滲碳的。

人們?cè)剿鬟^(guò)在本來(lái)無(wú)外加熱源的普通離子氮化爐中實(shí)現(xiàn)工業(yè)用高溫離子滲碳，但都未能突破。如日本山中久彥在“鑄鍛造與熱處理”（見(jiàn)《最近熱處理技術(shù)動(dòng)向》1983.2，No423）和門·波茲（M.Both）在“（英文）金屬熱處理”（見(jiàn)《等離子滲碳的理論與實(shí)踐》1983.2）文章中都曾指出，在普通離子氮化設(shè)備中，即使耗費(fèi)大功率，單靠離子轟擊加熱，欲使工件達(dá)到滲碳溫度是不可能的，即必須依靠有外加熱源的真空爐才能實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明正是在現(xiàn)行的普通離子氮化爐中不加外加熱源實(shí)現(xiàn)了工業(yè)性高溫離子滲碳。

真空離子滲碳相對(duì)于真空滲碳而言具有：滲速快，滲碳效率高，溝槽、細(xì)盲孔處理效果好，工藝參數(shù)容易控制和較為省電省氣等優(yōu)點(diǎn)。但它依然存在真空滲碳所具有的設(shè)備投資大，有效利用空間小，長(zhǎng)大零件處理受限制以及生產(chǎn)成本較高等缺點(diǎn)。

本發(fā)明的目的之一是在常用于650℃左右的普通離子氮化爐中，保持原爐功能，不附加任何外熱源，只靠離子轟擊來(lái)實(shí)現(xiàn)920～1050℃的工業(yè)用高溫離子滲碳，提高滲碳速度。

本發(fā)明的目的之二是克服有外加熱源真空離子滲碳爐有效利用空間小，長(zhǎng)大零件不便處理的缺點(diǎn)，同時(shí)又能做到不采取任何措施而實(shí)現(xiàn)工件的局部滲碳。

本發(fā)明的目的之三是克服有外加熱源真空離子滲碳設(shè)備投資大，耗電耗氣量較大等缺點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案是：

根據(jù)異常輝光放電疊加原理，在由陰極輸電裝置、陽(yáng)極、進(jìn)排氣裝置和爐底板以及爐殼組成的普通離子氮化爐中，在陰極輸電裝置的陰極盤(pán)上放置的被滲碳工件（以下簡(jiǎn)稱工件）的周圍置有一定形狀的金屬套，其上均布有通孔。

為了現(xiàn)行的普通離子氮化爐的陰極輸電裝置能承受920～1050℃的滲碳溫度，本發(fā)明將其導(dǎo)柱部位加設(shè)了水冷裝置，絕緣瓶材料采用耐急冷急熱的云母陶瓷，陰極承件盤(pán)及其下面的間隙屏蔽盤(pán)采用熱強(qiáng)鋼或耐熱鑄鐵材料制成。陰極承件盤(pán)的厚度為20～40mm（視爐子的功率和最大裝爐量選取），屏蔽盤(pán)的厚度≥5mm。

為保證滲碳質(zhì)量，提高滲碳速度和節(jié)約滲劑，本發(fā)明在普通離子氮化爐進(jìn)排氣裝置的進(jìn)氣管頂部接一可移開(kāi)的帶孔的散流環(huán)形管，孔的位置朝向爐的頂部，使進(jìn)爐氣氛不直接與工件接觸，而是先由散流環(huán)形管上的孔將氣氛噴到爐的頂部后，反射回來(lái)再到達(dá)工件。在陰極盤(pán)與爐底板之間裝置一與普通離子氮化爐排氣管制成一體的帶孔的環(huán)形排氣管，孔的位置朝向爐底板，即構(gòu)成一下吸式排氣管，使得廢氣經(jīng)陰極盤(pán)四周均勻吸氣后再集中排出。這樣的進(jìn)排氣裝置可保證滲碳?xì)夥赵诜烹姷貛в幸蛔畹团R界停留時(shí)間，使?jié)B碳?xì)夥盏竭_(dá)工件區(qū)域后，能迅速被電離以建立起高濃度梯度的活性碳勢(shì)提高滲碳速度，同時(shí)保證消除氣體在爐中出現(xiàn)渦流和死角，使?jié)B碳?xì)夥盏玫匠浞钟行Ю茫约笆範(fàn)t內(nèi)溫度和氣壓分布均勻。

為保證盡可能隔熱，不致造成高溫工件的熱損失，即節(jié)約能耗，可另制作能方便吊進(jìn)吊出的夾層筒狀陽(yáng)極來(lái)取代現(xiàn)行普通離子氮化爐用爐殼作陽(yáng)極。

測(cè)溫方法系采取在金屬套與工件之間且靠近工件2～5mm處放置熱電偶。

本發(fā)明選用96.5%的丙酮為滲碳?xì)猓?9.9%的氨氣為載氣或稀釋劑。為滿足工件表面的滲碳濃度和滲層深度以及滲層濃度分布的要求，本發(fā)明系通過(guò)改變滲碳階段和擴(kuò)散階段氣氛比例來(lái)實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的操作規(guī)程和工藝規(guī)范是：

1.按常規(guī)普通離子氮化爐操作方法，開(kāi)泵抽真空度為5×10^-2托時(shí)，送直流電，然后送入小于5托的低氣壓氨氣，再將電壓調(diào)至400～500V，電流調(diào)至1～2mA/cm²，進(jìn)行離子轟擊預(yù)升溫。

當(dāng)溫度到達(dá)500℃時(shí)，送入丙酮/氨＝ 1/10 的混合氣;到達(dá)800℃時(shí)，調(diào)電壓至700～800V，電流至3～4mA/cm²，送入丙酮/氨＝ 1/2 的混合氣。到達(dá)滲碳溫度后，按下列工藝參數(shù)進(jìn)行：

1）氣氛流量比-滲碳階段氨（99.9%）/丙酮（96.5%）＝1∶（1～1.2）;擴(kuò)散階段氨/丙酮＝（1.2～1.5）∶1。

2）氣壓-5～15托。