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        氮化后氧化
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        氮化后氧化
        發布日期:2020-12-08 瀏覽次數:總瀏覽:

        金屬材料的離子滲氮是在低氣壓氣體放電環境中進行的。氣體放電伏安特性曲線(圖1)并不是線性的,金屬材料離子滲氮一般工作在伏安特性曲線的“反常放電”段,這個區間的上限點G 是一個危險的轉折點。


        氣體放電作為電源的負載具有負阻性,工件作為電源的陰極,其表面形狀和鄰近環境(工件堆放)都影響表面的電流密度。

        由于氣體放電的這些特殊性,離子電源必須有利于對付以下困難:

        1.1 弧光放電

        工件表面不干凈易形成不導電的油膜,電荷在其表面上積累到一定程度后擊穿形成瞬間大電流放電,可見高能量火花,若不迅速切斷會造成電源故障和工件損傷。

        1.2 空心陰極效應

        這是輝光重迭臨界狀態所造成的放電增強現象。造成這種現象的原因有:工件有孔槽、工件擺放之間的間隙、不平直的工件拐彎處等,當氣壓到達某個值時,就會出現空心陰極現象。直觀的表現就是輝光在工件表面各處亮度不均勻,對應的表面電流密度不均勻,因而造成工件各處溫度不均勻。

        1.3 電流密度

        除電壓影響電流密度外,氣壓影響輝光厚度,也影響電流密度。氣壓高時輝光薄,有利于溫度均勻;同時氣壓高到滿足溝槽、孔洞內表面各處都均勻覆蓋時,電流會大大超過工件保溫所需功率。

        1.4 加熱平均功率決定工件的處理溫度

        另一方面,工件表面附近的溫度、成分等的均勻性決定整個工件表面產生均勻電流密度的條件,進入異常輝光范圍在0.1-5mA /Cm2。也就是說,離子滲氮有一個小閾值條件。

            對某些(如薄而輕)工件,當工作電流滿足工件各處輝光均勻覆蓋狀態時,所施加的總加熱功率可能超過了保持工件處理溫度所需要的電功率。

        離子源采用直流電源的缺點是顯然的,于是發展了第二代——直流脈沖(低頻)電源。

        低頻脈沖電源引入占空比D(可調)后較好地解決了加熱平均功率與工件處理所需閾值條件之間的矛盾,同時也提高了電源的效率(我們的脈沖電源省去了限流電阻)。但仍有改進空間:對某些條件下的打弧現象,狀態變化急劇時,響應還跟不上,對形狀不規則、堆放雜亂的工件,空心陰極效應發展增殖太快,低頻時的一個脈寬(1ms量級)時間顯得太長;低頻脈沖的電流每個脈沖前沿爬坡時間相對較長,增加了從正常輝光到反常輝光的過渡期,對溫度均勻性仍有一定影響。

            鑒于上述原因,我們研制發展了第三代離子滲氮電源——高頻脈沖電源。

        1.5電源應用特點

        1.5.1 離化率高。這是因為高頻脈沖的toff絕對時間較短。電源關斷后,帶電

        粒子的濃度并非立即降到零,而是緩慢下降,還未顯著降低之前,下一個脈沖

        又到來,這樣使得電子濃度平均值較高。

        1.5.2滅弧快。在高頻放電回路上運用電磁感應原理,快速檢測到打弧信號

        (幾乎沒有延遲時間),并利用高速數字邏輯器件,立即控制主電流回路的高速

        電子開關,可在3-5μs內熄滅弧光。

        1.5.3空心陰極效應抑制效果好??招年帢O效應是電子被限制在狹小區間內來

        回振蕩,新產生的電子比擴散離開這個空間或以其他方式消亡的電子數要多,終止在什么值,取決于過程經歷的時間長短,高頻脈沖每個脈寬在20μs左右,與低頻相比,效應積累高度要低得多。另外,使用高頻電源時,可以讓爐內氣壓值增至較大而使輝光變薄,避開空心陰極內的輝光重迭,在一定程度上減輕空心陰極效應。此時可能電源工作在極小的占空比,對于低頻而言,由于“爬坡”過程的限制,占空比不可能太小。而我們設計的高頻電源可以轉換工作模式。對小孔徑長管進行了內孔滲氮實驗,已證明高頻電源的這一優勢。

        1.5.4溫度均勻性有提高。因為使用高頻脈沖后,氮化處理工藝參數的調節范圍變寬,獨立可控性好,可以超越低頻時的極限。進行工藝參數組合,各參數獨立可調,可以改善表面形狀復雜工件的輝光覆蓋均勻性。

        1.5.5滲層質量、表面光潔度有改善。


        2.3設備參數

        2.3.1裝載抽氣時間(滿裝爐抽至工作壓強50Pa):≤30min;

        2.3.2極限真空度:6.7 Pa;

        2.3.3壓升率:≤1.3×10-1Pa/分鐘(7.8Pa/h,以12小時計算);

        2.3.4有效加工尺寸(mm):Ф500×H700;

        2.3.5設備允許使用溫度:650℃;

        2.3.6工作電壓:300—800V連續可調;

        2.3.7平均電流:0—30A連續可調;

        2.3.8輸出峰值電流:45A;

        2.3.9輸出波形:近矩形方波;

        2.3.10輸出頻率:50000HZ;

        2.3.11占空比:15-85%連續可調;

        2.3.12滅弧時間:≤2μs;

        2.3.13滅弧可靠,不出現弧光損壞工件現象;

        2.3.14自動控制參數:溫度、壓強、氣體流量、電源電壓、電流、時間等;

        2.3.15 工作氣體:氨氣;

        2.3.16保溫溫度控制精度±1℃;

        2.3.17保壓壓力控制精度±1Pa。



        標簽: 氮化后氧化、 離子氮化、
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