[发明专利]一种轴承钢的超低温离子注入强化系统及方法

权利要求书

1.一种超低温离子注入强化系统，其特征在于：它包括一真空腔室、冷却工装系统、测温系统和智能控制系统；

所述真空腔室与抽真空系统相连通；

所述真空腔室的顶部设有金属离子源和气体离子源；

所述冷却工装系统包括液氮冷却系统和电制冷系统，所述液氮冷却系统包括设于所述真空腔室外的液氮冷却箱，所述电制冷系统包括设于所述真空腔室内的半导体电控冷却器；所述半导体电控冷却器设于冷却终端内，所述液氮冷却箱通过循环泵和管道循环，所述管道延伸至所述真空腔室内且与所述半导体电控冷却器相接触；

所述冷却终端上设有测温传感器；

所述测温系统设于所述真空腔室内；

所述智能控制系统控制所述冷却工装系统和所述测温系统。

2.根据权利要求1所述的超低温离子注入强化系统，其特征在于：所述真空腔室呈圆柱体形；

所述抽真空系统与所述真空腔室的侧壁相连通。

3.根据权利要求1或2所述的超低温离子注入强化系统，其特征在于：所述金属离子源的中心线和所述气体离子源的中心线与所述真空腔室的中心法线之间的夹角均为10°～20°。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的超低温离子注入强化系统，其特征在于：所述测温系统包括温度信号接收装置和朗缪尔探针；

所述温度信号接收装置设于所述真空腔室的底壁上；

所述朗缪尔探针设于真空腔室的侧壁上。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的超低温离子注入强化系统，其特征在于：所述冷却工装系统的温控范围为-220℃～-60℃。

6.权利要求1-5中任一项所述超低温离子注入强化系统在强化轴承钢中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：采用深冷强化处理方法和/或离子注入方法强化所述轴承钢。

8.一种轴承钢的超低温离子注入强化方法，包括如下步骤：

(1)将轴承钢置于权利要求1-5中任一项所述超低温离子注入强化系统中的所述真空腔室内的所述冷却终端上，并利用所述抽真空系统对所述真空腔室抽真空；

(2)采用所述气体离子源发射的气体离子束对所述轴承钢进行清洗；

(3)经下述步骤1)-2)或步骤a)-c)即实现对所述轴承钢的强化：

1)采用离子注入方法，通过所述气体离子源和所述金属离子源向经步骤(2)处理后的所述轴承钢的表面交替注入气体离子和金属离子；

2)采用所述冷却工装系统对经步骤1)处理的所述轴承钢进行深冷强化处理；

a)采用所述冷却工装系统对经步骤(2)处理的所述轴承钢进行深冷强化处理；

b)采用离子注入方法，通过所述气体离子源和所述金属离子源向经步骤a)处理后的所述轴承钢的表面交替注入气体离子和金属离子；

c)采用所述冷却工装系统对经步骤b)处理的所述轴承钢进行所述深冷强化处理。

9.根据权利要求8所述的超低温离子注入强化方法，其特征在于：步骤(1)中，抽真空至5.0×10^-4Pa～7.0×10^-4Pa；

步骤(2)中，所述气体离子束采用氩气源；

所述气体离子束的引出电压为1～3kV；

所述清洗的时间为10～30分钟。

10.根据权利要求8或9所述的超低温离子注入强化方法，其特征在于：步骤(3)2)或步骤(3)a)中，所述深冷强化处理的温度为-220℃～-60℃之间的恒定温度或变化温度，时间为10～20小时。