氮化设备及氮化方法技术

根据本发明专利技术的实施例提供一种氮化设备。根据本发明专利技术的实施例，氮化设备包括：反应室，在反应室中形成处理空间从而能够进行金属氮化；处理气体供应器，将包含氨气的处理气体供应到反应室；排放器，通过排放器排放在反应室中分解或未分解的处理气体；传感器，检测反应室内的氢的分压；以及控制器，从传感器接收氢的分压以计算反应室内的氮化势值，并与氮化势值一起控制反应室的内部温度和供应到反应室中的处理气体的流速。理气体的流速。理气体的流速。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化设备及氮化方法


[0001]本专利技术涉及一种氮化设备及氮化方法，更具体地，涉及一种能够通过将诸如氮的硬化元素吸附并扩散到金属产品的表面上和金属产品的表面中而形成高浓度氮化层的氮化设备和氮化方法。

技术介绍

[0002]铁的表面硬化包括通过施加热量使反应气体中的必要组成扩散到铁表面中来改变铁的表面的化学组成的热化学表面硬化以及通过淬火仅硬化铁的表面而不改变铁的表面的化学组成的物理表面硬化。通常，热化学表面硬化的示例包括碳化、氮化、硫化和硼化，物理表面硬化的示例包括感应硬化和火焰硬化。
[0003]作为热化学表面硬化的一种，氮化是指将氮原子扩散到铁表面中的方法，与诸如碳化的其他表面处理方法相比，氮化可以在不引起尺寸或形状变形的情况下实现精度。在氮化中，诸如熔炉的反应室被装载由钢制成的产品并且被加热到一定温度，然后包含诸如氨(NH3)的反应气体的处理气体被注入反应室中。注入的氨被解离成氮和氢，氮扩散到钢的表面中以在其上形成氮化层。处理气体是包含氨气的混合气体，除氨气之外，还包含二氧化碳气体、碳氢化合物气体、氮气等。
[0004]在这种情况下，由于肉眼看不到反应室中发生的氮化，因此可以测量氨分解率来测量金属产品的表面上的氮化程度。为了测量氨分解率，通常使用通过测量反应室内的氢的分压并且基于氢的分压计算氮化势(nitriding potential)来测量氮化程度的方法。氮化势是指氮化能力并且是用于确定氮化程度的最关键因素。在AMS2759
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10A中如下定义了氮化势K
N/>。
[0005][0006]其中，表示氨的分压，表示氢的分压。

技术实现思路

[0007]技术问题
[0008]然而，根据上述现有的氮化设备和氮化方法，氨气与其他气体(例如，二氧化碳气体和氮气，或碳氢化合物和氮气)以固定比例混合的处理气体被注入到反应室中，因此需要单独的气体分解炉来控制能够控制氮化程度的氮化势。例如，可以通过在单独的气体分解炉中使氨气分解以产生包括氮和氢的混合物的分解氨气，并控制供应到反应室的分解氨气的量，来控制氮化势。
[0009]这样，根据现有的氮化设备和氮化方法，由于另外需要高价的氨分解炉来产生氢以控制氮化势，因此氮化设备的成本增加，需要较大的安装空间,氮化所消耗的处理气体量过度增加。
[0010]本专利技术提供一种氮化设备和氮化方法，其能够通过在金属氮化处理中将反应室用作氨分解炉，容易地控制反应室中金属产品的氮化程度，并且通过使用在反应室中通过热分解处理气体中包括的氨气产生的氢气来控制氮化势。然而，本专利技术的范围不限于此。
[0011]技术方案
[0012]根据本专利技术的一个方面，提供一种氮化设备。
[0013]氮化设备包括：反应室，所述反应室包括在其中对金属进行氮化的处理空间；处理气体供应器，所述处理气体供应器用于向反应室供应包含氨气的处理气体；排放器，所述排放器用于排放在反应室中分解或未分解的处理气体；传感器，所述传感器用于感测反应室内的氢的分压；以及控制器，所述控制器用于通过从传感器接收氢的分压来计算反应室内的氮化势，并且基于氮化势控制反应室的内部温度和供应给反应室的处理气体的流速。
[0014]控制器可以在氨气注入到反应室中之后关闭处理气体供应器，使反应室的内部温度升高到预设温度以分解注入的氨气，并且通过控制处理气体供应器的打开或关闭来控制注入到反应室中的处理气体的流速，以在内部温度达到预设温度之后使氮化势保持在预设的基准值。
[0015]氮化设备可以通过反应室中的氨气的分解来产生氢，并且可以不包括除了反应室之外的单独的氨分解炉。
[0016]控制器可以基于[式1]计算氮化势。
[0017]控制器可以提供控制以在反应室的内部压力小于预设压力时关闭排放器，并且在内部压力大于或等于预设压力时打开排放器。
[0018]控制器可以通过基于开/关控制或比例
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积分
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微分(PID)控制来控制处理气体供应器，对处理气体的流速进行控制。
[0019]传感器可以包括：氢传感器；泵，所述泵用于泵送通过气体排放管线排放的处理气体并且将处理气体供应给氢传感器；以及排气管线，所述排气管线用于将已经通过氢传感器的处理气体排出到气体排放管线。
[0020]根据本专利技术的另一方面，提供一种使用包括处理空间的反应室的氮化方法，包含氨气的处理气体被注入到处理空间中以氮化金属。
[0021]氮化方法可以包括：将氨气通过处理气体供应器注入到反应室中的步骤；关闭处理气体供应器，然后通过使反应室的内部温度升高到预设温度来分解氨气从而产生氢气的步骤；在反应室的内部温度达到预设温度后，通过使用传感器计算反应室内的氮化势的步骤；以及氮化势控制步骤，当计算出的氮化势达到预设基准值时，通过控制处理气体供应器以将反应室内的氮化势保持在预设基准值，来控制注入到反应室中的氨气的流速。
[0022]可以基于[公式1]计算氮化势。
[0023][公式1]中的氢的分压P
H2
可以基于由注入到反应室中的氨气的分解产生的氢。
[0024]预设温度可以具有450℃至650℃的范围。
[0025]当反应室的内部压力小于预设压力时，用于排放在反应室中分解或未分解的处理气体的排放器可以关闭，并且当内部压力大于或等于预设压力时，用于排放在反应室中分解或未分解的处理气体的排放器可以打开。
[0026]通过基于开/关控制或比例
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积分
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微分(PID)控制来控制处理气体供应器，可以对氨气的流速进行控制。
[0027]有益效果
[0028]根据本专利技术的上述实施例，反应室可以用作金属氮化处理中的氨分解炉，因此可以使用通过在反应室中热分解处理气体中包含的氨气产生的氢容易地控制氮化势。
[0029]这样，可以在不使用单独的氨分解炉的情况下容易地控制在氮化设备的反应室中氮化金属产品的程度。然而，本专利技术的范围不限于上述效果。
附图说明
[0030]图1是根据本专利技术的实施例的氮化设备的示意图。
[0031]图2是图1的氮化设备的处理气体供应器的示意图。
[0032]图3是根据本专利技术的另一实施例的氮化设备的示意图。
[0033]图4是根据本专利技术的又一实施例的氮化方法的流程图。
[0034]图5是示出根据图4的氮化方法控制反应室的内部温度和氮化势的工序的图。
[0035]图6包括示出在根据本专利技术的各个实施例的氮化设备和氮化方法中通过控制氮化势来控制金属产品的氮化程度的结果的图像。
具体实施方式
[0036]在下文中，将通过参照附图解释本专利技术的实施例来详细描述本专利技术。
[0037]然而，本专利技术可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开全面和完整，并将本专利技术的概念充分传达给本领域的普通技术人员。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氮化设备，包括：反应室，所述反应室包括金属被氮化的处理空间；处理气体供应器，所述处理气体供应器用于向所述反应室供应包含氨气的处理气体；排放器，所述排放器用于排放在所述反应室中分解或未分解的所述处理气体；传感器，所述传感器用于感测所述反应室内的氢的分压；以及控制器，所述控制器用于通过从所述传感器接收氢的所述分压来计算所述反应室内的氮化势，并且基于所述氮化势控制所述反应室的内部温度和供应给所述反应室的所述处理气体的流速，其中，所述控制器在所述氨气注入到所述反应室中之后关闭所述处理气体供应器，使所述反应室的所述内部温度升高到预设温度以分解注入的所述氨气，并且通过控制所述处理气体供应器的打开或关闭来控制注入到所述反应室中的所述处理气体的所述流速，以在所述内部温度达到所述预设温度之后使所述氮化势保持在预设的基准值。2.根据权利要求1所述的氮化设备，其中，所述氮化设备通过所述反应室中的所述氨气的所述分解来产生氢，并且不包括除了所述反应室之外的单独的氨分解炉。3.根据权利要求1所述的氮化设备，其中，所述控制器基于[公式1]计算所述氮化势：[公式1]Kn：氮化势X：氨分解率氢的分压。4.根据权利要求1所述的氮化设备，其中，所述控制器提供控制以在所述反应室的内部压力小于预设压力时关闭所述排放器，并且在所述内部压力大于或等于所述预设压力时打开所述排放器。5.根据权利要求1所述的氮化设备，其中，所述控制器通过基于开/关控制或比例
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积分
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微分控制即PID控制来控制所述处理气体供应器，从而对所述处理气体的所述流速进行控制。6.根据权利要求1所述的氮化设备，其中，所述传感器包括：氢传感器；泵，所述泵用于泵送通过气体排放管...

【专利技术属性】
技术研发人员：李元范，孙奭源，
申请(专利权)人：韩国生产技术研究院，
类型：发明
国别省市：