辉光放电辅助加热离子化学热处理炉制造技术

本发明专利技术公开了一种辉光放电辅助加热离子化学热处理炉，在炉体（２）的真空室内放置一钢制圆筒（４），欲处理的工件（５）摆放在工作台上（６）上，圆筒、工作台、炉体之间相互绝缘。离子化学热处理前，先通过转换开关（８）将离子化学热处理炉的直流电源（１）负极接在圆筒上，圆筒产生辉光放电并被加热，利用圆筒的热辐射对工件进行预热。待工件达到预热温度后，将直流电源的负极切换到工作台上，工件开始辉光放电加热并进行离子化学热处理，这样可以缩短工件溅射清理的时间，防止直流电源因过流损坏。在离子化学热处理过程中，圆筒与工件也可以同时接直流电源的负极，依靠圆筒的辅助加热提高工件温度均匀性，并解决了工件测温难的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种金属材料表面离子化学热处理装置，更具体地说它是一种带有 辉光辅助加热功能的离子化学热处理装置。
技术介绍
离子化学热处理包括离子渗氮、渗碳、氮碳共渗、渗硫、渗金属、等离子体化 学气相沉积等。它是将欲处理的工件置于离子化学热处理炉的真空室内，工件接直流辉 光放电电源的负极，炉体接正极。在直流电场作用下，炉内气体发生辉光放电，生成的 正离子轰击阴极(工件)的表面，将工件加热到所需要的化学热处理温度(一般在400 600°C之间)，同时气体辉光放电激活了反应气体，在工件表面发生一系列的物理化学反 应，达到工件表面改性处理的目的。在辉光放电的初始阶段，由于工件表面不可避免地存在一些未清洗干净的污 物，如棉花毛、油污、锈斑等，工件表面打弧十分频繁，容易烧伤工件表面，大电流的 弧光放电也容易损坏直流辉光放电电源，这时应采取低直流电压、低真空室气体压强的 办法，缓慢升高工件的温度。当工件被加热到约350°C以上后，打弧现象逐渐消失，这时 可以升高直流电压和炉内气体压强，将工件快速加热到离子化学热处理所需要的温度。 离子化学热处理前的溅射清理时间取决于装炉前工件表面的清洗程度和工件的装炉量， 一般为数小时之多，是影响离子化学热处理周期的重要因素。为了减少工件溅射清理时间，除了加强装炉前工件表面的清洗工作外，有的离 子化学热处理炉安装了电阻辅助加热装置，如外辅助加热式离子轰击热处理炉(中国专 利99217521.6)和内辅助加热式离子氮化炉(http://www.whrcl.com)。在工件接通直流电 源产生辉光放电前，先利用装在炉外或炉内的电阻辅助加热装置将工件预热到一定高的 温度，待工件表面的污物烘烤干净后再接通直流电源，这时工件表面就很少会出现打弧 现象，大大缩短了离子化学热处理的周期。但是，离子化学热处理炉的电阻辅助加热也有一些不足之处，如外辅助加热式 离子化学热处理炉的加热效率低、炉体结构复杂、维护困难；而内辅助电阻加热装置要 占据炉内较大的有效工作空间，电阻加热器若直接采用交流三相380V供电不安全，采用 低电压大电流供电时需要一台功率较大的降压变压器。两种电阻辅助加热器都要配备专 用的测温、控温装置，大大增加了离子化学热处理炉的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种利用离子化学热处理设备本身的直流辉光放电电源 进行辅助加热，它能有效地缩短离子化学热处理初始阶段的工件溅射清理时间。本专利技术的目的是这样实现的在离子化学热处理炉的真空室内靠近炉壁的部位 放置一个钢制薄壁圆筒，圆筒为薄钢板卷制而成，上端封闭。欲处理的工件摆放在圆筒 中间的工作台上，圆筒、工作台、离子化学热处理炉的炉体之间相互绝缘，将离子化学3热处理设备本身的直流电源的负极根据处理工艺的需要接在圆筒或工作台上，直流电源 的正极接在炉体外壳上，并接地保护。在离子化学热处理的初始阶段，先将直流电源的 负极接在圆筒上，圆筒开始辉光放电并被加热。在圆筒的热辐射作用下，工件被加热到 一定高的温度，待工件表面的污物烘烤干净后再将直流电源的负极连接到工件上，工件 开始辉光放电加热，当工件被加热至离子化学热处理所需要的温度后，开始进行离子化 学热处理。为了减少辉光辅助加热圆筒的热损失，可以在炉壁和圆筒之间安装一隔热屏， 隔热屏与炉体之间不绝缘，同为辉光放电的阳极。在离子化学热处理过程中，也可以将圆筒与工作台都与直流电源的负极相接， 利用圆筒的辅助加热功能来提高圆筒内的空间温度，改善工件的温度均勻性。这时离子 化学热处理炉内测量工件温度的热电偶可以改为测量圆筒内的空间温度，而不必测量带 有负高压电的工件温度。钢制圆筒也可以用钢板网加工成筒形网状结构，这样可以减少圆筒的表面积， 减少圆筒直流辉光放电加热的电流。另外，由于网状圆筒的热容比板状圆筒小，所以网 状圆筒的升温速度要比板状圆筒快，辅助加热的效果更好。本专利技术具有如下的优点①由于圆筒一直都是放置在离子化学热处理炉内，表 面始终是“干净”的，所以每次起辉放电都不会发生打弧现象。②由于减少了离子化学 热处理初始阶段的弧光放电，缩短生产周期，也避免了直流电源因频繁过流而损坏。③ 圆筒辉光放电加热电源与工件辉光放电电源为同一套直流电源，只需通过转换开关即可 分别实现圆筒加热和工件加热，所以这种辅助加热方式的设备比较简单。④当工件被加 热到不会打弧的温度后，将直流电源的负极从圆筒上切换到工件上，工件开始辉光放电 加热，这时不带电的圆筒可以与炉内原有的隔热屏一起组成双层隔热屏，进一步提高了 工件的温度均勻性和节能的效果。⑤在离子化学热处理过程中，圆筒和工件也可以同时 与直流电源的负极相接，这时圆筒可以起到辅助加热的作用，提高了炉内工件的温度均 勻性，并解决了离子化学热处理炉内工件温度测量难的问题。附图说明附图是本专利技术结构示意图。下面结合附图详细说明依据本专利技术提出的具体装置细节及工作情况。图中(2)为离子化学热处理炉的炉体，炉内装有一钢制圆筒(4)，炉体内壁与圆 筒之间装有隔热屏(3)，炉体和隔热屏之间不绝缘。欲处理的工件(5)摆放在工作台(6) 上，圆筒将其罩在其中。离子化学热处理炉的直流辉光放电电源(1)的负极通过转换开 关(8)可以分别与圆筒和工作台相接，直流电源的正极接在炉体上，并接地保护。真空 泵(11)将真空室内空气抽出后，离子化学热处理所需的工作气体通过供气系统(7)送入 真空室内。真空控制系统(10)可以保证离子化学热处理是在一定的压强范围内进行，工 件的温度则是由温度控制系统(9)测量并控制。具体实施例方式实施例1 本专利技术离子化学热处理炉的炉体内径尺寸为Φ650Χ 1200毫米，炉内放置一个用1毫米厚钢板卷制的圆筒，尺寸为Φ 550X900毫米，工作台上摆放200公斤 的欲离子渗氮处理的工件，用氨气作为离子渗氮的工作气体。在离子渗氮处理的初始阶 段，先将直流电源的负极接在圆筒上，圆筒开始辉光放电加热，此时直流电压为750V， 直流电流为20Α，炉内气体压强为200Pa。待工件被加热到400°C时，将直流电源的负极 切换到工作台上，这时工件开始辉光放电加热，此时工件表面已很少有打弧的现象，可 以用较快的升温速度加热工件。 实施例2:在实施例1的基础上，当工件被加热到400°C后，将圆筒和工作台都 与直流电源的负极相接，这时圆筒和工件同时产生辉光放电并被加热，待工件被加热到 520°C时，开始进入离子渗氮的保温阶段。在此温度下离子渗氮1小时后，圆筒内的空间 温度为510°C，接近工件的实际温度，比没有辉光放电辅助加热的空间温度约高100°C。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辉光放电辅助加热离子化学热处理炉，包括直流辉光放电电源（１）、炉体（２）、隔热屏（３）、供气系统（７）、温度控制系统（９）和真空控制系统（１０），欲处理工件（５）摆放在炉内工作台（６）上，其特征在于在炉内靠近炉壁的部位放置一个钢制薄壁圆筒（４），工作台置于圆筒的中间，圆筒、工作台、炉体之间相互绝缘，直流电源的正极接在炉体外壳上，并接地保护，直流电源的负极通过转换开关（８）与圆筒相接，使圆筒产生辉光放电并被加热，工件在圆筒的热辐射作用下被加热；待工件达到预热温度后，通过转换开关将直流电源的负极切换到工作台上，工件开始辉光放电加热并进行离子化学热处理。

【技术特征摘要】
1.一种辉光放电辅助加热离子化学热处理炉，包括直流辉光放电电源(1)、炉体 (2)、隔热屏(3)、供气系统(7)、温度控制系统(9)和真空控制系统(10)，欲处理工件 (5)摆放在炉内工作台(6)上，其特征在于在炉内靠近炉壁的部位放置一个钢制薄壁圆筒 (4)，工作台置于圆筒的中间，圆筒、工作台、炉体之间相互绝缘，直流电源的正极接在 炉体外壳上，并接地保护，直流电源的负极通过转换开关(8)与圆筒相接，使圆筒产生 辉光放电并被加热，工件在圆筒的热辐射作用下被加热；待工件达到预热温度后，通过 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵程，郑少梅，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：95