[发明专利]一种适用于刀具刃口强化的离子渗氮装置及方法

说明书

本发明公开了一种适用于刀具刃口强化的离子渗氮装置及方法，其中，适用于刀具刃口强化的离子渗氮装置，包括至少两组刀具安装组件，所述刀具安装组件包括上下置放的交流阴极板和直流阴极板，所述交流阴极板和直流阴极板之间具有供工件置放的安放空间，所述直流阴极板用于安放工件；至少一根交流阴极导电杆，用于连接交流脉冲电源，所述交流阴极导电杆与所述交流阴极板电连接，以产生等离子体；以及至少一根直流阴极导电杆，用于连接直流脉冲电源，所述直流阴极导电杆与所述直流阴极板电连接，以形成指向直流阴极板方向的加速电场。本发明能加快低温下的渗氮速率，在不降低耐蚀性的前提下，提高刀刃处的硬度和耐磨性。

技术领域

本发明涉及刀具制造技术领域，特别涉及一种适用于刀具刃口强化的离子渗氮装置，还涉及一种适用于刀具刃口强化的离子渗氮方法。

背景技术

传统刀具大多以马氏体不锈钢（如3Cr13)为材料，通过淬火后刃磨抛光而成；但马氏体不锈钢淬火后硬度为42HRC左右，硬度偏低；并且防锈性能不足，使用过程中容易生锈。

为了改善刀具的综合性能，需要进一步提高刀刃部位的硬度、耐磨性及其耐蚀性能，可以对刀刃部位的渗氮处理。

然而，常规的离子氮化是在高于500℃的温度下进行的，一方面，氮在奥氏体相中的溶解度达到最大值，亚稳相分解，产生大量CrN析出，从而导致钢基质中的游离铬耗竭，降低不锈钢的耐蚀性，另一方面，在500℃以上对刀刃部位进行离子氮化，会引起刀刃的变形。

常规低温离子氮化能够在提高试样的表面硬度和耐磨性的同时，不显著影响其耐蚀性。但是，常规低温离子氮化的速率非常低，渗氮时间非常长，生产效率底，成本高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明实施例提供一种适用于刀具刃口强化的离子渗氮装置，加快低温下的渗氮速率，在不降低耐蚀性的前提下，提高刀刃处的硬度和耐磨性。

本发明实施例还提供一种适用于刀具刃口强化的离子渗氮方法。

根据本发明第一方面的实施例，提供一种适用于刀具刃口强化的离子渗氮装置，包括至少一组刀具安装组件，所述刀具安装组件包括上下置放的交流阴极板和直流阴极板，所述交流阴极板和直流阴极板之间具有供工件置放的安放空间，所述直流阴极板用于安放工件；至少一根交流阴极导电杆，用于连接交流脉冲电源，所述交流阴极导电杆与所述交流阴极板电连接，以产生等离子体；以及至少一根直流阴极导电杆，用于连接直流脉冲电源，所述直流阴极导电杆与所述直流阴极板电连接，以形成指向直流阴极板方向的加速电场。

上述适用于刀具刃口强化的离子渗氮装置，至少具有以下有益效果：

其一，采用两个电源同时对渗氮炉进行供电，交流脉冲电源用于产生高密度的等离子体，在直流阴极板上施加直流脉冲偏压能够形成指向直流阴极板方向的加速电场，使电子在加速偏压的作用下获得能量轰击工件，从工件晶格位置被敲除的原子数量增加，工件表面产生的结构缺陷有利于氮进入工件表面，提高了氮化速率。直流脉冲偏压的作用下直流阴极板附近会形成与偏压值相应的鞘层，通过调节偏压值可以改变鞘层的电压降，从而控制入射离子的能量。随着鞘层电压的增高，电子轰击直流阴极板的能量增加，从而产生更多的二次电子，其中一些二次电子被鞘层加速后可能进入等离子体中进一步离化和分解源气体，进一步提高了氮化速率。

其二，采用直流脉冲电源对直流阴极导电杆通电，由于脉冲作用的周期短，工件表面无法起弧，避免了工件灼伤。离子在直流偏压的作用下定向加速到直流阴极板并积累在直流阴极板上，改变表面电势，影响离子能量分布。直流脉冲偏压相对传统直流电压能够削弱由于电荷积累导致的不良影响，且具有更好的均匀性。

其三，本发明结构简单，综合效率高。