[发明专利]离子氮碳共渗磁场辅助设备、处理系统及方法

说明书

本公开提出了一种离子氮碳共渗磁场辅助设备、处理系统及方法，设备包括：绝缘壳体，适于放置于离子扩渗炉内且位于工件台的下方，绝缘壳体为密闭壳体，用于屏蔽离子扩渗炉内的高压电场；和多个绕线方式相同且沿所述绝缘壳体的周向均布于绝缘壳体内的电磁铁，通过多个电磁铁在离子扩渗炉内形成可控的磁场，以改变金属工件表面电子的运动轨迹和金属工件的磁畴。系统包括：离子扩渗炉、离子氮碳共渗磁场辅助设备、变压器、真空泵、供气瓶和电气控制柜。方法包括控制向炉体内通入含有氮、碳元素的气体，并控制向金属工件提供间断的磁场。本公开可提高离子扩渗炉内的离子体密度，有效增加扩渗层厚度，以此提高扩渗质量。

技术领域

本公开涉及金属材料表面离子渗氮处理技术领域，特别涉及一种离子氮碳共渗磁场辅助设备、处理系统及方法。

背景技术

不锈钢具有优异的耐腐蚀性，因此被广泛使用在化学和食品加工业等不同领域，但不锈钢的低硬度和较差的耐磨性严重限制在其他领域的应用。低温等离子氮碳共渗(Plasma Nitrocarburizing，PNC)工艺可以在不损失耐腐蚀性的条件下，改善金属的机械性能和摩擦学性能。

具体地，在金属(如奥氏不锈钢和马氏不锈钢)的PNC处理过程中，需将等离子体的产生与工件独立，并在炉内单独配制一个等离子体发生器，离化氨气和二氧化碳气体，使氮和碳均扩渗到金属表面，形成了一个近表面双相层，该双相层由一个碳富集层和位于该碳富集层顶部的氮富集层组成，被称为“膨胀奥氏体”。这样的双相层结合兼具渗氮层的高硬度和渗碳层硬度梯度平滑的优点。PNC方式利用高电压电离气体，利用离子态气体对样品的轰击溅射进行扩渗，炉内升温较快，渗层厚度均匀，气体电离率较好，但是PNC方式的耗电量较大。

另一方面，溅射镀膜是用荷能粒子轰击固体靶材，使靶材原子溅射出来并沉积到基体表面形成薄膜的镀膜技术。近年来，对磁控溅射技术及有关磁控溅射各个过程的物理机制的研究有了长足的进展，其靶材温升慢、沉积速率高两大显著特点被广泛应用于各种材料薄膜的制备。磁控溅射的原理是利用均匀正交电磁场中电子的长幅摆线运动，使电子的空间运动轨迹大大延长，从而增加了气体的电离几率。电子每经过一次碰撞损失一部分能量，经多次碰撞后，丧失了能量，进入离阴极靶面较远的弱电场区，最后到达阳极时已是能量消耗殆尽的低能电子，也就不会使基片过热，因此基片温度可大大降低。

相关技术一般将气体渗氮、盐浴渗氮等技术与磁控溅射技术进行组合，实现磁控渗氮复合处理。复合处理可以制备更深的扩渗层，提高生产效率，但气体渗氮存在工艺周期长，氨气消耗量大，污染严重等缺点，而盐浴处理对几何形状复杂的工件覆盖性较差。

发明内容

本公开旨在解决上述问题之一。

为此，本公开的实施例提出了一种可提高离子扩渗炉内的离子体密度，有效增加扩渗层厚度，以此提高扩渗质量的离子氮碳共渗磁场辅助设备。

本公开实施例的离子氮碳共渗磁场辅助设备适于放置于离子扩渗炉内，所述离子扩渗炉内具有放置金属工件的工件台，所述离子氮碳共渗磁场辅助设备包括：

绝缘壳体，所述绝缘壳体适于放置于所述离子扩渗炉内且位于所述工件台的下方，所述绝缘壳体为密闭壳体，用于屏蔽所述离子扩渗炉内的高压电场；和

多个电磁铁，多个所述电磁铁的绕线方式相同且沿所述绝缘壳体的周向均布于所述绝缘壳体内，多个所述电磁铁用于在所述离子扩渗炉内形成可控的磁场，以改变所述金属工件表面电子的运动轨迹和金属工件的磁畴。

本公开实施例提供的离子氮碳共渗磁场辅助设备具有如下特点及有益效果：