[发明专利]一种基于感应加热的双脉冲快速渗氮方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于感应加热的双脉冲快速渗氮方法及装置，属于金属快速渗氮表面强化技术领域。

背景技术

低碳钢、低合金钢、不锈钢以及钛合金等结构材料均不同程度地存在硬度低，耐磨性差等缺点。为扩大这些金属的应用范围，提高其表面性能，常常对其采用渗氮强化处理。目前常见的渗氮方法有气体渗氮、离子氮化、等离子氮化，激光气体渗氮等。但这些渗氮技术还存在诸如时间长、工件易氧化、操作复杂、实验设备昂贵、渗层薄、表面粗糙度高、均匀性差、组织缺陷多、结合强度低、难以对盲孔部分进行处理、对几何形状有一定要求等问题。目前虽然与出现了真空脉冲气体渗氮技术，但其仍然存在效率低、渗层薄的问题。

传统的气体渗氮设备的热源大都采用电阻丝加热的方式，其升温速度和降温速度均比较慢，不仅增加了渗氮过程中能耗，也延长了渗氮时间，不利于气体渗氮的批量化生产。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种简单便捷、质量稳定、成本低、周期短的基于感应加热的双脉冲快速渗氮方法及装置，以克服传统气体渗氮的缺陷，从而克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的一种基于感应加热的双脉冲快速渗氮方法为，该方法通过高频电源对石英真空管中的工件进行快速加热氮化，采用红外测温仪和压力传感器分别对石英真空管内工件的表面温度和真空管中渗氮气体的压力进行监测，控制系统通过温度信号控制工件在设定温度区间脉冲循环或稳定于设定温度，通过压力信号控制管内压力呈矩形脉冲式变化；具体操作步骤如下：

步骤一、先将需要进行渗氮处理的工件表面清洗后放入双脉冲感应渗氮装置的石英真空管中，然后密封、检漏后反复抽真空并通入高纯氮气或氩气排除石英真空管内空气；

步骤二、对石英真空管抽真空，达到真空度要求后，开启高频机对石英真空管中的工件进行加热，同时采用红外测温仪和压力传感器分别对工件的表面温度和石英真空管中渗氮气体的压力进行监测；

步骤三、将温度信号和压力信号反馈给控制系统，控制系统通过控制高频机的加热电流使石英真空管中的工件在设定温度区间脉冲循环或稳定于设定温度，氮化温度范围是400℃～1200℃；

步骤四、工件达到预定温度或温度区间后，控制系统通过控制电磁阀向石英真空管中通入设定压力的渗氮气体介质，渗氮介质为高纯氨气、氮气或其他含氮气体，气体压力范围为-90 kPa～+100 kPa；

步骤五、采用脉冲加气的方式反复周期性的充入渗氮介质，相邻加气间隙进行抽真空处理，使石英真空管中的气体压力呈矩形脉冲式变化，该矩形脉冲的周期范围为1min～30min；

步骤六、渗氮处理时间控制在1 min～120 min，渗氮完成后关闭高频机停止对工件进行加热；

步骤七、保持石英真空管中的渗氮介质在一定压力或抽真空状态下，将工件温度降到300℃以下，取出工件，完成氮化处理。

前述方法中，所述需要进行渗氮处理的工件材质包括且不限于低碳钢、低合金钢、不锈钢和钛合金。

前述方法中，所述高频机通过感应线圈对石英真空管内的工件进行加热，通过调整高频机的电流大小实现工件的升温、降温与保温。

前述方法中，所述控制系统通过处理和分析压力传感器和红外测温仪传递信号，并与设定的压力、温度工艺参数进行比较，在线调整高频机的电流大小使工件温度达到工艺设定温度，在线调整石英真空管两端的电磁阀的通断控制进气与抽气，使石英真空管内的气体压力达到工艺设定压力。

根据上述方法构建并用于上述方法的本发明的一种基于感应加热的双脉冲快速渗氮装置，包括高纯氨气或氮气瓶和高纯氩气瓶；高纯氨气或氮气瓶和高纯氩气瓶经气体瓶阀门与不锈钢管路连接，不锈钢管路经电磁阀与石英真空管入口连接，石英真空管出口经电磁阀和不锈钢管路与真空系统连接；石英真空管上缠绕有感应线圈，感应线圈两端与高频机连接；石英真空管出口端设有压力传感器，石英真空管一侧设有红外测温仪；电磁阀、高频机、压力传感器和红外测温仪均与控制系统电气连接。

前述装置中，所述气体瓶阀门为手动控制阀门或为电控阀门。

前述装置中，所述红外测温仪的光电探头位于感应线圈相邻两匝之间的缝隙，并对准石英真空管内工件。