[实用新型]辉光放电辅助加热离子化学热处理炉

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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℃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℃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。

发明内容

本实用新型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。

本实用新型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，改善工件的温度均匀性。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，降低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。