离子氮碳硫多元共渗设备、处理系统及方法技术方案

本公开提供的离子氮碳硫多元共渗设备、处理系统及方法，设备包括：炉体；位于炉体内的工件盘；位于炉体内的工件盘上方的阳极板；位于炉体内的工件盘下方的辅助阴极；位于炉体内的工件盘、阳极板和辅助阴极外围的空心阴极筒；第一电源，用于为空心阴极筒和辅助阴极提供脉冲电压的第一电源；和用于为工件盘提供脉冲偏置电压的第二电源。系统包括：离子氮碳硫多元共渗设备、变压器、真空泵、供气瓶和电气控制柜。方法包括向炉体内通入含有氮、氢、碳和硫元素的气体，并控制第一电源和第二电源的关断。本公开可提高离子扩渗炉内的离子体密度，有效增加扩渗层厚度和表面硬度，以此提高扩渗质量，同时方便阳极清洗。同时方便阳极清洗。同时方便阳极清洗。

【技术实现步骤摘要】
离子氮碳硫多元共渗设备、处理系统及方法


[0001]本公开涉及金属材料表面离子渗氮处理
，具体涉及离子氮碳硫多元共渗设备、处理系统及方法。

技术介绍

[0002]低温离子渗硫技术作为一项改善摩擦副摩擦磨损性能的有效技术，在实际工业生产中具备自身的优势与发展前景，近年来广泛应用于冶金机械、车辆、纺织机械以及轴承齿轮、机械加工刀具等行业。但是由于渗硫工艺的限制，在工件表面形成的渗硫层一般只有几个微米的厚度，从而使其在较苛刻条件下固体润滑作用的长期发挥受到限制。
[0003]虽然渗硫表面具有良好的固体润滑性能和抗擦伤性能，但若基体硬度太低，不能给予良好的支撑，其作用将无法发挥。渗氮层硬度较高，可大幅提高钢铁表面的耐磨性和抗擦伤性，但高硬度同样会使其对磨面的磨损加剧，并且其摩擦系数较高。根据摩擦学原理：理想的摩擦表面是具有良好润滑性能的最表层软，亚表层硬度高并能形成与基体良好的过渡，给最表层以有效的支撑，并保证不发生层状剥落。所以，对离子渗氮表面进行离子渗硫处理，即在渗氮层上再形成渗硫层，有利于进一步提高表面的摩擦学性能。
[0004]目前渗硫工艺不完善，渗层较薄，渗硫效率低，且渗硫层的结合力较差，长时间使用后渗硫层发生剥落，不能满足实际的工况要求。

技术实现思路

[0005]本公开旨在解决上述问题之一。
[0006]为此，本公开第一方面实施例提供的可使在金属工件表面形成的化合物层及强化层更厚、表面硬度更高且表面更光洁的离子氮碳硫多元共渗设备，包括：
[0007]炉体，所述炉体包括密封连接的炉壳和底座，在所述炉壳和所述底座之间形成密闭腔体；
[0008]工件盘，所述工件盘位于密闭腔体内，并绝缘支撑于所述底座上，金属工件放置于所述工件盘上；
[0009]阳极板，所述阳极板位于所述密封腔体内的所述工件盘上方，并绝缘支撑于所述底座上；
[0010]辅助阴极，所述辅助阴极位于所述密封腔体内的所述工件盘下方，并绝缘支撑于所述底座上；和
[0011]第一电源，用于为所述工件盘和所述辅助阴极提供脉冲电压。
[0012]本公开第一方面实施例提供的离子氮碳硫多元共渗设备，具有以下特点及有益效果：
[0013]本公开第一方面实施例提供的离子氮碳硫多元共渗设备，采用阳极板进行放电，而非常规使用炉壳作为阳极的方式，炉壳在本公开设备中接地，但是与工件盘、辅助阴极和阳极板均绝缘，这种方式有助于工件吸附电子，增加离子键碰撞几率，使炉内的等离子体分
布更合理，同时防止炉壳吸附阴离子，方便对阳极的清理。
[0014]本公开第一方面实施例提供的离子氮碳硫多元共渗设备，采用阳极板进行放电，而非常规使用炉壳作为阳极的方式，炉壳在本公开实施例的设备中接地，但是与工件盘、辅助阴极和阳极板均绝缘，这种方式有助于金属工件吸附电子，增加离子键的碰撞几率，使炉内的等离子体分布更合理，同时可防止炉壳吸附阴离子，方便对阳极的清理；此外，辅助阴极的设置，使得阴阳极板间产生的离子向辅助阴极轰击，产生大量热量，同时，辅助阴极的负辉区相互重叠，使该区内带电粒子浓度更高、高能粒子更多，彼此之间相互碰撞，产生更高的温度，高速运动的原子和高能离子也可以更容易打在阴极表面上，而在高密度的等离子体区域内，存在着较多的高能粒子击阴极表面，増强了阴极溅射效应。由于以上诸多方面的因素，导致辅助阴极放电产生极高的等离子体密度。利用本公开第一方面实施例提供的离子氮碳硫多元共渗设备处理的金属工件，其表面形成的化合物层及强化层更厚，表面硬度更高，且表面更光洁。
[0015]本公开第一方面另一实施例提供的离子氮碳硫多元共渗设备，包括：
[0016]炉体，所述炉体包括密封连接的炉壳和底座，在所述炉壳和所述底座之间形成密闭腔体；
[0017]工件盘，所述工件盘位于密闭腔体内，并绝缘支撑于所述底座上，金属工件放置于所述工件盘上；
[0018]阳极板，所述阳极板位于所述密封腔体内的所述工件盘上方，并绝缘支撑于所述底座上；
[0019]辅助阴极，所述辅助阴极位于所述密封腔体内的所述工件盘下方，并绝缘支撑于所述底座上；
[0020]空心阴极筒，所述空心阴极筒位于所述密封腔体内，所述工件盘、所述阳极板和所述辅助阴极均位于所述空心阴极筒内；
[0021]第一电源，所述第一电源用于为所述空心阴极筒和所述辅助阴极提供脉冲电压；和
[0022]第二电源，所述第二电源用于为所述工件盘提供脉冲偏置电压，所述阳极板接地。
[0023]本公开第一方面另一实施例提供的离子氮碳硫多元共渗设备，具有以下特点及有益效果：
[0024]本实施例除具有本公开第一方面实施例提供的离子氮碳硫多元共渗设备的有益效果外，由于本实施例设备增设了空心阴极筒并采用双电源体系，可保证快速升温及放电稳定性。其中，第一电源采用脉冲电源，与空心阴极筒和辅助阴极连接，通过向空心阴极筒和辅助阴极施加电压，可以加速辅助阴极内的惰性气体的电离，激发离子碰撞加速升温，同时能够对金属工件及炉内起到清洁作用；第二电源采用脉冲偏压电源，与金属工件连接，将含有氮元素、碳元素和硫元素的气体作为扩渗介质，在扩渗过程中，在电子的碰撞下形成具有较高内能的电子激发态，即含有氮元素、碳元素和硫元素的正离子，对金属工件表面原子反应激活能具有降低作用，从而使得多元扩渗更易发生。利用本公开第一方面另一实施例提供的离子氮碳硫多元共渗设备处理的金属工件，其表面形成的化合物层及强化层更厚，表面硬度更高，且表面更光洁。
[0025]在一些实施例中，所述阳极板面向所述工件盘一侧完全覆盖所述工件盘，所述阳
极板通过穿过所述工件盘和所述辅助阴极的第一绝缘底座支撑于所述底座上。
[0026]在一些实施例中，所述辅助阴极包括绝缘板、若干位于所述绝缘板上且由内至外同轴设置的环状薄板以及连接于所述绝缘板和所述底座之间的第二绝缘底座，所述薄板上设有若干第一孔洞。
[0027]在一些实施例中，各所述薄板等厚、等高且等间距排布。
[0028]在一些实施例中，所述工件盘上间隔设有若干均匀分布的第二孔洞，所述金属工件放入所述第二孔洞中。
[0029]在一些实施例中，所述空心阴极筒的筒壁上设有若干第三孔洞。
[0030]本公开第二方面实施例提供的离子氮碳硫多元共渗处理系统，包括：
[0031]根据本公开第一方面实施例提供的离子氮碳硫多元共渗设备；
[0032]变压器，所述变压器与所述第一电源和所述第二电源连接；
[0033]真空泵，所述真空泵与所述炉体连通，用于使所述炉体内处于真空状态；
[0034]供气瓶，所述供气瓶与所述炉体连通，用于向所述炉体内提供惰性气体以及含有氮元素、氢元素、碳元素和硫元素的气体；和
[0035]电气控制柜，所述电气控制柜用于控制所述离子氮碳硫多元共渗设备、所述变压器、所述真空泵和所述供气瓶。
[0036]在一些实施例中，所述电气控制柜控制所述第一电源工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子氮碳硫多元共渗设备，其特征在于，包括：炉体，所述炉体包括密封连接的炉壳和底座，在所述炉壳和所述底座之间形成密闭腔体；工件盘，所述工件盘位于密闭腔体内，并绝缘支撑于所述底座上，金属工件放置于所述工件盘上；阳极板，所述阳极板位于所述密封腔体内的所述工件盘上方，并绝缘支撑于所述底座上；辅助阴极，所述辅助阴极位于所述密封腔体内的所述工件盘下方，并绝缘支撑于所述底座上；和第一电源，用于为所述工件盘和所述辅助阴极提供脉冲电压。2.一种离子氮碳硫多元共渗设备，其特征在于，包括：炉体，所述炉体包括密封连接的炉壳和底座，在所述炉壳和所述底座之间形成密闭腔体；工件盘，所述工件盘位于密闭腔体内，并绝缘支撑于所述底座上，金属工件放置于所述工件盘上；阳极板，所述阳极板位于所述密封腔体内的所述工件盘上方，并绝缘支撑于所述底座上；辅助阴极，所述辅助阴极位于所述密封腔体内的所述工件盘下方，并绝缘支撑于所述底座上；空心阴极筒，所述空心阴极筒位于所述密封腔体内，所述工件盘、所述阳极板和所述辅助阴极均位于所述空心阴极筒内；第一电源，所述第一电源用于为所述空心阴极筒和所述辅助阴极提供脉冲电压；和第二电源，所述第二电源用于为所述工件盘提供脉冲偏置电压，所述阳极板接地。3.根据权利要求1或2所述的离子氮碳硫多元共渗设备，其特征在于，所述阳极板面向所述工件盘一侧完全覆盖所述工件盘，所述阳极板通过穿过所述工件盘和所述辅助阴极的第一绝缘底座支撑于所述底座上。4.根据权利要求1或2所述的离子氮碳硫多元共渗设备，其特征在于，所述辅助阴极包括绝缘板、若干位于所述绝缘板上且由内至外同轴设置的环状薄板以及连接于所述绝缘板和所述底座之间的第二绝缘底座，所述薄板上设有若干第一孔洞。5.根据权利要求4所述的离子氮碳硫多元共渗设备，其特征在于，各所述薄板等厚、等高且等间距排布。6.根据权利要求1或2所述的离子氮碳硫多元共渗设备，其特征在于，所述工件盘上间隔设有若干均匀分布的第二孔洞，所述金属工件放入所述第二孔洞中。7.根据权利要求2所述的离子氮碳硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：何永勇，张哲浩，李杨，邵明昊，王政伟，董永康，雒建斌，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：