[实用新型]一种低气压等离子体增强渗氮的设备

说明书

技术领域

本发明属于材料表面改性技术领域，特别涉及一种渗氮的表面改性设备。

背景技术

钢铁渗氮的研究始于20世纪初，20年代以后获得工业应用。最初的气体渗氮，仅限于含铬、铝的钢，后来才扩大到其他钢种。从70年代开始，渗氮从理论到工艺都得到迅速发展并日趋完善，适用的材料和工件也日益扩大，成为重要的化学热处理工艺之一。

渗氮，是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。常用的是气体渗氮和离子渗氮。

离子渗氮又称辉光渗氮，是利用辉光放电原理进行的。把金属工件作为阴极放入通有含氮介质的负压容器中，通电后介质中的氮氢原子被电离，在阴阳极之间形成等离子区。在等离子区强电场作用下，氮和氢的正离子以高速向工件表面轰击。离子的高动能转变为热能，加热工件表面至所需温度。由于离子的轰击，工件表面产生原子溅射，因而得到净化，同时由于吸附和扩散作用，氮遂渗入工件表面。

与一般的气体渗氮相比，离子渗氮的特点是：①可适当缩短渗氮周期；②渗氮层脆性小；③可节约能源和氨的消耗量；④对不需要渗氮的部分可屏蔽起来，实现局部渗氮；⑤离子轰击有净化表面作用，能去除工件表面钝化膜，可使不锈钢、耐热钢工件直接渗氮；⑥渗层厚度和组织可以控制。

但是，普通离子渗氮的工作气压为133Pa～1330Pa，在气压低于100Pa的条件下，渗氮时间长，能耗大，这主要是因为在气压较低的条件下，气体稀薄，离子激发速率较慢，气体中氮离子含量低，渗氮效率大大降低，目前还没有用于在低气压条件下完成高效渗氮的设备及其匹配的渗氮方法。

实用新型内容

本发明的目的是提供一种低气压等离子体增强渗氮的设备，该设备通过热丝装置增加放电空间的电子数目及电子与气体分子的碰撞几率，促进气体的离化和活性基团的产生，使得气体能在0.1-100Pa的数量级上维持稳定的辉光放电，将N₂高效电离并沉积于工件之上，获得均匀的渗氮层。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种低气压等离子体增强渗氮的设备，包括氮化炉腔体，氮化炉盖盖合于氮化炉腔体上部开口之上，其特征在于，所述氮化炉腔体底部安装有支撑平台，支撑平台上放置工件，支撑平台与工件偏压电源负极相连，支撑平台与氮化炉腔体绝缘，偏压电源正极与氮化炉腔体相连；所述氮化炉腔体内壁上固定安装有热丝装置，热丝装置的负极与热丝偏压电源负极相连，热丝偏压电源正极与氮化炉腔体相连，热丝装置与氮化炉腔体绝缘；所述氮化炉腔体壁上安装有真空系统，所述氮化炉腔体壁上还设置有腔室进气孔。

所述热丝装置采用热丝连接于直流电源两端电极之上，热丝装置的电路中设置有热丝装置开关，所述热丝为直径0.5-1.5mm的钨、钼或钽丝。

所述支撑平台与氮化炉腔体之间安装有支撑平台绝缘套，所述热丝装置与氮化炉腔体之间安装有热丝装置绝缘套。

所述氮化炉腔体内壁上还安装有加热器。

本发明装置具有如下的有益效果：

(1)本发明的一种低气压等离子体增强渗氮的设备是在传统设备上增加了热丝装置，该热丝装置在通电发热的情况下激发出大量的电子，大量的电子与氮气分子碰撞，激发氮气的电离，提高渗氮空间中氮离子的浓度，提高渗氮的效率，使得气压在0.1-100Pa的条件下仍然可以实现高效的渗氮过程，解决了低压条件下离子渗氮的技术问题；

(2)本发明所提供的离子渗氮及电弧离子镀膜的表面复合改性的方法，在离子渗氮阶段，通入N₂电离的同时加入了一定量的H₂，H₂的加入可以降低产生活性氮原子的激活能，增加活性氮原子的数量，提高渗氮的效率。

附图说明

图1是一种低气压等离子体增强渗氮的设备的结构示意图。

图中：1氮化炉盖，2热丝偏压电源，3热丝装置绝缘套，4热丝装置开关，5热丝装置，6真空系统，7工件偏压电源，8偏压电源开关，9支撑平台绝缘套，10支撑平台，11腔室进气孔，12工件，13加热器，14氮化炉腔体

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于具体实施例。

实施例1