[发明专利]在处理室内对至少一个工件实施碳氮共渗的方法

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的方法，以及根据后续权利要求的处理室以及控制装置和/或调节装置。

背景技术

DE19909694A1、DE10118494A1和DE10322255A1公开了用于对金属件实施碳氮共渗的方法。金属工件的碳氮共渗是一种热化学方法，其中将碳和氮引入铁基材料的边缘层内。其是一种特殊类型的“表面硬化”。DE19909694A1描述了一种碳氮共渗方法，其中氮的渗入在整个过程中进行或者在使用氮气作为供体气体时优选在最后的工艺阶段中进行。DE10118494C2描述了一种低压碳氮共渗方法，其中首先对钢件实施渗碳，随后利用氮供体气体实施渗氮。DE10322255A1描述了一种用于对钢件实施渗碳的方法，其中在加热阶段以及在扩散阶段均添加释放氮的气体。在碳氮共渗时渗入的氮使得在边缘层内获得改善的摩擦磨损耐受性和改善的耐回火性。

在碳氮共渗时的工艺过程是在至少一个处理室内通过预先设定压力、温度、时间、工艺气体组成和工艺气体流量而进行的。在碳氮共渗期间，可以由碳供体气体和氮供体气体产生分子氢作为副产物。氢含量可以通过合适的传感器测定。所用的传感器必须被设计为可用于低压设备或真空设备中。

可商购的氢传感器允许在传统气体渗氮过程中借助渗氮参数调节工艺气体气氛。渗氮参数以如下方式定义：

k_N=P_NH3/(P_H2)^1.5

其中，

k_N=渗氮参数，

P_NH3=氨气压力，及

P_H2=氢气压力，

并且描述了氨气供应量与氨气转化量之间的比例，因此确定氨气的过量供应量。通过根据渗氮参数进行调节，可以在气体渗氮过程中与工件装料（Bauteil-Charge）的表面尺寸无关地在整个工艺过程中设定保持不变且可再现的渗氮条件。

在低压碳氮共渗过程中，无法根据渗氮参数进行调节，因为在该工艺过程中在工件表面上碳浓度和氮浓度持续改变，及因此碳吸收量和氮吸收量持续改变，因而在使渗氮参数保持恒定时无法设定保持不变且可再现的渗碳条件和渗氮条件。取决于压力、温度以及工件装料或炉衬料的反应性或催化活性的表面进行气体分解或开始反应。

因此，对于处理室内的气氛组成关键的是由流量决定的气体在该室内的停留时间。

因此，实际上通过一系列复杂的试验根据经验测定所述工艺过程的固体气体量（Festgasmengen），但是这仅仅适用于所检验的装料构成（Chargenaufbau）、处理室和金属工件所用的材料。无法直接地将固体气体量转换至其他的工艺过程、材料、装料构成、处理室，而是必须重新根据经验加以测定。DE10118494C2在一个实施例中描述了一种利用固体气体量的低压碳氮共渗。

发明内容

以本发明为基础的问题是通过根据权利要求1的方法，以及根据后续权利要求的处理室以及控制装置和/或调节装置解决的。有利的实施方案在从属权利要求中给出。此外，对于本发明重要的特征在后续的描述及附图中给出，其中单独的以及以不同方式组合的特征均可以是对于本发明重要的，而无需再次对此明确地加以说明。

根据本发明的方法的优点在于，可以通过检测处理室内的氢含量利用低压碳氮共渗法与装料尺寸或炉设备无关地在至少一个位于处理室内的工件处实施均匀且可再现的碳氮共渗。

根据本发明，在用于对工件实施低压碳氮共渗的处理室内借助氢传感器监测工艺气体气氛的氢含量，并由此利用预先给定的氢含量极限值设定或调节碳供体气体供应量或氮供体气体供应量。以此为基础考虑到，可以与工件装料的构成和/或处理室无关地利用氢含量的测量值得出工艺气体气氛中的碳供体气体供应量或氮供体气体供应量，从而以此为依据可以在时间点和/或时间段和/或量方面调节流入处理室内的工艺气体的量。该方法原则上可以用于不同种类的工件，并且特别良好地适合于金属工件，尤其是适合于铁基材料。因此，下面描述该方法对金属工件的应用。