提高低合金结构钢表面离子渗氮效率的辅助设备制造技术

本实用新型专利技术提出的一种提高低合金结构钢表面离子渗氮效率的辅助设备，属于金属材料表面离子渗氮处理技术领域。本实用新型专利技术的辅助设备包括绝缘底座，该绝缘底座上插入由多个阴极圆管和阳极棒围成的圆筒结构；所述阴极圆管为中空的圆筒，各圆筒壁上设有均布的通孔；所述阳极棒为实心棒材，且每两个阳极棒中间放置两个阴极圆管；所述阳极棒通过导线与电源正极相连，所述阴极圆管通过导线与电源负极相连。本实用新型专利技术可实现短时间获得更厚的位于低合金结构钢表面的化合物层及扩散层，从而提高低合金结构钢的硬度及耐磨性等性能。

【技术实现步骤摘要】
提高低合金结构钢表面离子渗氮效率的辅助设备
本技术属于金属材料表面离子渗氮处理
，特别涉及一种提高低合金结构钢表面离子渗氮效率的辅助设备。
技术介绍
离子渗氮技术是在低压条件下，以氮化炉为阳极，以待渗氮工件作为阴极，在阴阳极之间施加高压，使得阴阳极之间的稀薄含氮气体发生电离，电离后得到的离子加速运动轰击阴极的工件，轰击过程离子的动能转化为工件的内能，加热工件的同时依靠溅射沉积或其他原理进行渗氮。经上述离子渗氮处理后会在低合金钢工件表面形成一定厚度的化合物层和扩散层，具有很高的表面硬度和优异的耐磨性；当机械零件具有完整而致密的白亮层覆盖时，具有较强的抗大气和海水腐蚀性能。在相同条件下所制备的化合物层，化合物层越厚，耐磨损时间越久，其硬度在一定范围内也就越高，耐腐蚀性也会有所提高。在离子氮化过程中主要依靠等离子体的激发扩散等，等离子体的性质取决于电离和激发过程，主要是由非弹性电子碰撞驱动的。1999年，卢森堡的科学家GeorgesJ开发出活性屏离子渗氮技术，简称TCPN或ASPN。活性屏离子渗氮技术的创新点就是工件置于金属屏内部悬浮，工件不直接与阴阳极相连。金属屏由导电性良好的金属钢丝结成网状筒体结构，接直流或脉冲偏压。将真空室内的金属屏接在负极上，待渗氮的工件位于金属屏内，当金属屏上的高压电源接通后，反应室内的气体将会被电离。此时，被激活的气体离子在电场的作用下开始轰击金属屏，使金属屏升温；金属屏在活性屏离子渗氮过程中，主要作用是通过辐射将工件加热到渗氮处理所需的温度，与此同时能够提供铁或铁的氮化物微粒。这种方法较好的改进了传统渗氮技术中存在的对工件直接轰击产生的过烧、点坑及边缘效应等缺点，但是其仍旧属于传统的辉光放电，存在氮化效率低下的问题，只能在实验室运用，很难将这种技术推广到企业，还需要继续研究。目前低合金结构钢表面离子渗氮处理技术的制备过程大致如下：1)对待处理工件表面进行磨平、抛光及清洗；2)将清洗好的待处理工件放入氮化炉内，盖上炉盖，打开抽气泵抽真空；设定保温温度和时间；3)对真空炉内零件进行升温，达到设定温度后进行保温计时；4)当保温结束后,再对零件进行随炉冷却，冷却结束后，打开炉子拿出零件，关闭设备。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服已有技术存在的不足之处，提供一种提高低合金结构钢表面离子渗氮效率的辅助设备，本技术可对多种低合金结构钢进行离子氮化处理，提高多种低合金结构钢的强化效果。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：本技术提出的一种提高低合金结构钢表面离子渗氮效率的辅助设备，该辅助设备包括绝缘底座，该绝缘底座上插入由多个阴极圆管和阳极棒围成的圆筒结构；所述阴极圆管为中空的圆筒，各圆筒壁上设有均布的通孔；所述阳极棒为实心棒材，且每两个阳极棒中间放置两个阴极圆管；所述阳极棒通过导线与电源正极相连，所述阴极圆管通过导线与电源负极相连。进一步地，该辅助设备还包括一顶盖，该顶盖置于所述阴极圆管之上并与电源阴极相连，且所述阴极圆管比所述阳极棒高出30-50mm。本技术的特点及有益效果：本技术通过在中频脉冲辉光氮化炉内加装辅助设备实现空心阴极放电，在高活性高浓度的渗氮介质气氛下，对多种低合金结构钢进行的离子氮化处理，相对传统离子渗氮，可实现短时间获得更厚的化合物层及扩散层，从而提高低合金结构钢的硬度及耐磨性等性能。本技术的辅助设备是由阴极圆管和阳极棒材穿插围成的筒状结构，这种阴阳极穿插放置方式可以产生电场效应使电子向阳极方向延伸，增加与气体原子和分子碰撞，提高等离子体密度。将这些管棒围成圆筒状会使放电效应会向中心扩展，在中心区域形成均匀的负辉光，提高氮化质量。阴极圆管多于阳极棒，可以提高放电效应的面积，且阴极圆管为筒状表面有孔，这也可以形成放电效应并形成叠加效果，提高等离子体密度。同时这些管棒在形成放电效应时会产生热量，可以代替加热装置，对工件进行加热，加快原子扩散速率。本技术的辅助设备可放置在各种辉光离子氮化炉内，可对多种低合金结构钢进行离子氮化处理，提高多种低合金结构钢的强化效果。1、阴极圆筒围绕成环形成空心阴极效应，相对与传统辉光放电，等离子体密度可提升4-8倍。2、节能减排，热效率高，节约气体40-60％和电能20-30％。3、表面氮化层粗糙度比直流离子氮化粗糙度降低近30-50％。4、渗氮速度快，效率高。相同时间内，相对与传统离子氮化处理的化合物层厚度的2倍。附图说明图1是本技术的辅助设备的结构图。其中：2.1是绝缘底座，2.2是阴极圆管，2.3是阳极棒，2.4是阴极圆管表面的通孔，2.5是阴极圆管中心通孔。图2是本技术的辅助设备在氮化炉内的放置位置示意图。其中：1.1是辉光等离子氮化炉，1.2是本技术的辅助设备，1.3是工件台，1.4是工件，1.5是进气孔，1.6是出气孔，1.7是辅助设备与电源连接的导线，1.8是辅助设备上加装的圆形顶盖。图3是40Cr工件表面氮化处理后的横截面金相图。其中：(a)是未使用辅助设备的工件，(b)是使用辅助设备的工件。具体实施方式本技术提出的一种提高低合金结构钢表面离子渗氮效率的辅助设备结合附图及实施例详细说明如下：本技术的的辅助设备结构如图1所示，包括绝缘底座2.1，该底座内外半径和高度可以根据所处理的工件大小和所用材料调整；绝缘底座2.1上插入由多个阴极圆管2.2和阳极棒2.3围成的半径为40-200mm的圆筒结构，该圆筒结构的高度可根据所处理的工件调整；阴极圆管2.2为中空的圆筒，内半径4-8mm，壁厚3-6mm，圆筒壁上设有均布的通孔2.4，通孔大小和间距可根据阴极圆管直径调整；阳极棒2.3为实心棒材半径5-8mm；每两个阳极棒2.3中间放置两个阴极圆管2.2，紧邻的两个阴极圆管2.2之间的间距7-10mm，相邻的阴极圆管2.2和阳极棒2.3之间的间距10-15mm；阳极棒2.3通过导线与电源正极相连，阴极圆管通过导线与电源负极相连。进一步地，本技术辅助设备还包括一个置于圆筒结构顶部的圆形顶盖，此时，阴极圆管2.2比阳极棒2.3高出30-50mm，圆盖放置于阴极圆管之上，与电源阴极相连接。(如果阴极圆管和阳极棒等长，会使电源短路，导致阴阳极相连接)。圆形顶盖尺寸与圆筒结构尺寸相匹配，通过设置该圆形顶盖，使得热量不易向上方流失，可提高设备中待氮化工件的加热温度。实施例参见图2，使用本实施例辅助设备1.2时，将其固定在脉冲辉光离子氮化炉1.1内底部，在脉冲辉光离子氮化炉1.1的上部和底部分别设有进气孔1.5和出气孔1.6，在辅助设备1.2的圆筒结构内部中心处放置工件台1.3，该工件台上放置待氮化工件1.4，且保证工件尽量高出辅助设备的绝缘底座高度。本实施例中，电源采用常规中频脉冲电源，以保证不同真空度条件下产生空心阴极放电，阳极棒2.3通过导线1.7与电源正极相连，阴极圆管2.2通过导线1.7与电源负极相连。本实施例中使用的辅助设备的圆盘状绝缘底座2.1材料为云母，外半径170mm，内半径130mm，高30mm；阴极圆管2.2和阳极棒2.3均采用不锈钢制成，两者半径为150mm的圆筒结构，阴极圆管2.2高300mm、内半径5mm(即阴极圆管中心通孔2.5的半径)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高低合金结构钢表面离子渗氮效率的辅助设备，其特征在于，该辅助设备包括绝缘底座，该绝缘底座上插入由多个阴极圆管和阳极棒围成的圆筒结构；所述阴极圆管为中空的圆筒，各圆筒壁上设有均布的通孔；所述阳极棒为实心棒材，且每两个阳极棒中间放置两个阴极圆管；所述阳极棒通过导线与电源正极相连，所述阴极圆管通过导线与电源负极相连。

【技术特征摘要】
1.一种提高低合金结构钢表面离子渗氮效率的辅助设备，其特征在于，该辅助设备包括绝缘底座，该绝缘底座上插入由多个阴极圆管和阳极棒围成的圆筒结构；所述阴极圆管为中空的圆筒，各圆筒壁上设有均布的通孔；所述阳极棒为实心棒材，且每两个阳极棒中间放置两个阴极圆管；所述阳极棒通过导线与电源正极相连，所述阴极圆管通过导线与电源负极相连。2.如权利要求1所述的辅助设备，其特征在于，该辅助设备还包括一顶盖，该顶盖置于所述阴极圆管之上并与电源阴极相连，且所述阴极圆管比...

【专利技术属性】
技术研发人员：何霞文，李杨，
申请(专利权)人：深圳市奥美特纳米科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44