[发明专利]离散多阳极钟罩式离子氮化炉

说明书

技术领域

本发明涉及钟罩式离子氮化炉，尤其是涉及离散多阳极钟罩式离子氮化炉。

背景技术

辉光离子氮化由于渗氮速度快、表面硬度高、脆性小、抗疲劳、变形小、节能环保等优势被广泛地应用于精密关键构件表面硬化，如齿轮、轴、螺杆、机床零件、模具、冶金机械等。

离子氮化过程中，工件表面辉光放电的电流密度是不均匀的，一般为0.5~5 mA/cm²，电流密度分布特点是：靠近阴极盘的下部电流密度大而上部较小。辉光放电的电流密度与气体压力、气体成份、温度、表面导电性、阴阳极距离等多种因素有关。

离子渗氮时温度不均匀是由离子渗氮零件的加热和散热特点所决定的。当零件在单位时间内获得的热量和散失的热量在某一温度下恰好相等时，该温度就为平衡温度；而温度不均匀就在于零件各处的平衡温度不同。

辉光放电加热包含三种能量变换，电能→离子、中性原子的动能→零件的热能。因此电流密度的大小是零件获得热量多少的主要标志。放电主要由阴极位降区所决定，但还受制于以下因素的影响：

1、阴阳极距离：当阴极电压一定时，阴极位降较低，离子和中性气体粒子的能量较小，零件的温度偏低。阴阳极距离不同，零件表面各处的电流密度也是有差异的，这种差别随着炉压的增加而增大；当阴阳极距离比较悬殊时，或炉压较高时，这种影响因素常常是导致温度不均匀的主要原因。

2、气体成分不均匀：直接用氨气作气源时，由于氨气在炉内流动过程中逐步电离分解，所以在炉内由上而下的气相组成是逐渐变化的。

3、气体流动不均匀：气体流经零件表面的流速不同会引起局部气压和气体密度的波动，这就会造成电流密度的波动。

4、零件上的沟槽、小孔由于辉光重叠，电流密度增大，造成所谓的辉光集中，这些地方升温很快，温度将高于辉光正常的地方。

5、零件的“形状效应”对温度的影响：在辉光均匀分布的零件上，不同零件或一个零件的不同部位的表面积与重量之比是不同的。表面积与重量之比大，意味着其得到的加热能量多，这些地方升温较快，最后稳定的平衡温度也比表面积与重量之比小的零件高。

综上所述，影响离子氮化炉温度均匀度的因素很多，相互作用，错综复杂。而渗氮时零件表面各处的温度均匀一致是保证渗氮层质量和减小变形的重要因素，对于长轴类零件渗氮，严重时温度高低能相差几十度甚至上百度，致使长轴类零件上、下硬度有高有低，渗氮层深浅不一，变形超差。

发明内容

本发明目的在于提供一种离散多阳极钟罩式离子氮化炉，以改善现有的长轴类零件离子氮化过程中产生的上、下温度不均匀性，解决长轴类氮化件的氮化层硬度、深度相差较大问题。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述离散多阳极钟罩式离子氮化炉，包括设有进气口和出气口的钟罩式炉体和离子脉冲电源；所述钟罩式炉体由炉体底座、设置在所述炉体底座上的炉筒、炉罩、通过绝缘支座设置在炉体底部的阴极盘组成；所述炉体由炉罩和多节炉筒组合而构成；所述炉罩和每节炉筒的炉壁自外向内依次由水冷夹层结构的外壁、内壁、隔热屏和辉光放电阳极组成；炉罩和每节炉筒的所述辉光放电阳极相互独立，各个辉光放电阳极分别与所述离子脉冲电源对应的一个正极输出端连接，所述炉体阴极与离子脉冲电源的负极输出端连接，炉罩和每节炉筒的所述外壁电气接地；炉罩和每节炉筒的炉壁上均设置有热电偶。

所述离子脉冲电源包括三相整流变压器、由移相触发电路控制触发角度的两个三相半控桥式电路、LC滤波储能电路、斩波器单元；所述三相整流变压器的原边绕组与三相交流电源连接，副边为两组三相绕组，分别按Yny0/y6接法连接，每组所述的副边绕组分别与对应的一个所述三相半控桥式整流电路输入端连接，两个所述的三相半控桥式整流电路串联后与所述LC滤波储能电路输入端连接，LC滤波储能电路的输出端与多个相互并联的所述斩波器单元输入端连接，每个斩波器单元的正极输出端分别与对应的一个所述辉光放电阳极连接；所述移相触发电路的输入控制端与PI调节器的输出控制端连接，所述PI调节器的信号输入端与电压给定信号及电压传感器的信号输出端连接，所述电压传感器的信号输入端与LC滤波储能电路的输出端连接。