专利名称：一种用于金属表面渗氮的氮离子产生装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属表面强化处理技术领域，特别涉及一种用于金属表面渗氮的氮离子产生装置。
背景技术：
离子渗氮是强化金属表面的一种化学热处理方法，广泛应用于铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢及钛合金等。现有的离子渗氮是利用辉光放电原理进行的，其通常包括以下步骤向负压真空容器，即渗氮炉中通入含氮气体，该含氮气体通常为氨气，把金属工件作为阴极放入渗氮炉中，通电后含氮气体中的氮原子被电离，在阴阳极之间形成等离子区。在等离子区强电场作用下，电离后的氮离子高速轰击工件表面，在工件表面产生原子溅射，从而净化工件表面， 同时由于吸附和扩散作用，氮被渗入工件表面。发明人在实现本实用新型的过程中，发现现有技术存在以下缺点现有的离子渗氮方法将氨气通过减压阀减压后，通入离子渗氮炉中，需要将氨气在渗氮炉中热分解为氮气和氢气，然后再将氮气和氢气电离为氮离子和氢离子，进行渗氮处理。由于氨气的热分解为吸热反应，会使接触氨气的渗氮零件部分温度降低，造成零件温度不均勻，因而影响离子渗氮质量，并且氨气的热分解反应需要大量的热，能耗较大。
实用新型内容为了克服现有技术中的渗氮炉设备耗能大、且渗氮层质量受限的缺点，本实用新型实施例提供了一种用于金属表面渗氮的氮离子产生装置。所述技术方案如下一种用于金属表面渗氮的氮离子产生装置，包括金属真空容器、电极、含氮气体进口、氮离子气体出口、电源，所述含氮气体进口和氮离子气体出口设置在所述金属真空容器上，所述电极的一端安装在所述金属真空容器上且与所述金属真空容器绝缘、所述电极的另一端位于所述金属真空容器内，所述电源的负极与所述电极电连接，所述电源的正极与所述金属真空容器电连接。优选地，还包括设置在所述含氮气体进口处的流量计。优选地，还包括设置在所述金属真空容器上的温度检测口。优选地，还包括设置在所述金属真空容器上的压力检测口和与所述压力检测口连接的真空计。可选地，还包括设置在所述氮离子气体出口处的增压泵。 优选地，还包括设置在所述金属真空容器上的真空抽气口。优选地，所述含氮气体进口为氨气进口。可选地，所述电源为直流电源或脉冲电源，所述电源在所述金属真空容器和所述电极之间施加的电压为300 1000V。进一步地，所述金属真空容器内的气体压力为20 lOOOI^a。[0015]优选地，所述电极和所述含氮气体进口设置在所述金属真空容器的同一侧壁上。本实用新型实施例提供的用于金属表面渗氮的氮离子产生装置在含氮气体进入渗氮炉之前将含氮气体电离成含氮离子的离子气体，然后将离子气体通入渗氮炉，直接用活性氮离子进行渗氮，提高了渗氮零件金属表面渗氮层的质量。此外，本实用新型实施例提供的用于金属表面渗氮的氮离子产生装置可以直接将含氮气体电离，能耗较低。
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本实用新型实施例1提供的一种用于金属表面渗氮的氮离子产生装置的结构示意图；图2是本实用新型实施例2提供的一种用于金属表面渗氮的氮离子产生装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。实施例1本实用新型实施例提供了一种用于金属表面渗氮的氮离子产生装置，可用于金属表面的离子渗氮。如图1所示，该用于金属表面渗氮的氮离子产生装置包括金属真空容器 1、电极2、含氮气体进口 3、氮离子气体出口 4、电源5，其中，含氮气体进口和3氮离子气体出口 4设置在金属真空容器1上，电极2的一端安装在金属真空容器1上且与金属真空容器1绝缘、电极2的另一端位于金属真空容器1内，电源5的负极与电极2电连接，电源5 的正极与金属真空容器1电连接。优选地，所述含氮气体进口 3为氨气进口。将从氨气进口进入的氨气直接电离分解为含氮离子和氢离子的离子气体后，通入渗氮炉中，活性氮离子可以保证渗氮层的质量。此外，与现有技术中向渗氮炉中通入氨的热分解气相比，采用本实施例的氮离子产生装置可以省略了氨的热分解过程中需要的氨分解催化剂和加热装置， 有效降低了能耗和成本，还避免了将氨气热分解不完全直接进入渗氮炉后对金属表面渗氮层的影响。容易知道，也可以采用其它的含氮气体，如氮气和氩气的混合气、氮气和氢气的混
口 3寸ο优选地，在含氮气体进口 3处设置流量计6以检测及调节含氮气体流量。优选地，金属真空容器上还设置有温度检测口 7。由于电离后产生的离子气体中的氮离子和氢离子会轰击阴极，产生热量，设置温度检测口 7便于测量温度，当温度过高时， 可以先停止设备，等温度降低后再运行，从而保证设备运行安全。优选地，在金属真空容器1上设置压力检测口 8和与压力检测口 8连接的真空计 9，用于检测金属真空容器1内的气压，根据金属真空容器1内的气压调节氨气流量，进而调节氨气的分解比例。进一步地，所述金属真空容器内的气体压力为20 lOOOI^a。优选地，在金属真空容器1上设置真空抽气口 10，来保证电离反应前金属真空容器1内为真空。优选地，电极2和含氮气体进口 3设置在金属真空容器1的同一侧壁上，使得气流方向基本上与电极2的延伸方向保持一致，从而提高含氮气体的电离效率。可选地，电源5为直流电源或脉冲电源，所述电源5在所述金属真空容器和所述电极之间施加的电压为300 1000V。通过调节电源5可以调节氨气的分解比例(氨分解率)。具体地，对于直流电源，可以在规定幅度范围内调节其电压，对于脉冲电源，可调节其占空比。本实用新型实施例提供的用于金属表面渗氮的氮离子产生装置，可以在含氮气体进入渗氮炉之前将含氮气体电离成含氮离子的离子气体，然后将离子气体通入渗氮炉，直接用活性氮离子进行离子渗氮，可以提高金属表面渗氮层的质量。实施例2本实用新型实施例2提供了一种用于金属表面渗氮的氮离子产生装置，可用于金属表面的气体渗氮。如图2所示，实施例2提供了一种用于金属表面渗氮的氮离子产生装置，其结构与实施例1的结构基本相同，差别仅在于实施例2的氮离子气体出口 4处设置有增压泵11。 该增压泵11可以将气体压力增加到15001 0. IMPa之间。在实际运用中，将实施例2的金属表面渗氮的氮离子产生装置的氮离子气体出口 4通过增压泵11与气体渗氮设备流量计连接，将含氮气体电离后产生的含氮离子气体通入气体渗氮炉，可以实现在常压下进行气体渗氮，并且活性氮离子有利于提高气体渗氮的后金属表面渗层质量。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种用于金属表面渗氮的氮离子产生装置，其特征在于，包括金属真空容器、电极、 含氮气体进口、氮离子气体出口、电源，所述含氮气体进口和氮离子气体出口设置在所述金属真空容器上，所述电极的一端安装在所述金属真空容器上且与所述金属真空容器绝缘、 所述电极的另一端位于所述金属真空容器内，所述电源的负极与所述电极电连接，所述电源的正极与所述金属真空容器电连接。
2.根据权利要求1所述的氮离子产生装置，其特征在于，还包括设置在所述含氮气体进口处的流量计。
3.根据权利要求1所述的氮离子产生装置，其特征在于，还包括设置在所述金属真空容器上的温度检测口。
4.根据权利要求1所述的氮离子产生装置，其特征在于，还包括设置在所述金属真空容器上的压力检测口和与所述压力检测口连接的真空计。
5.根据权利要求1所述的氮离子产生装置，其特征在于，还包括设置在所述氮离子气体出口处的增压泵。
6.根据权利要求1所述的氮离子产生装置，其特征在于，还包括设置在所述金属真空容器上的真空抽气口。
7.根据权利要求1-6任一项所述的氮离子产生装置，其特征在于，所述含氮气体进口为氨气进口。
8.根据权利要求7所述的氮离子产生装置，其特征在于，所述电源为直流电源或脉冲电源，所述电源在所述金属真空容器和所述电极之间施加的电压为300 1000V。
9.根据权利要求7所述的氮离子产生装置，其特征在于，所述金属真空容器内的气体压力为20 IOOOPa0
10.根据权利要求7所述的氮离子产生装置，其特征在于，所述电极和所述氨气进口设置在所述金属真空容器的同一侧壁上。
专利摘要本实用新型公开了一种用于金属表面渗氮的氮离子产生装置，包括金属真空容器、电极、含氮气体进口、氮离子气体出口、电源，所述含氮气体进口和氮离子气体出口设置在所述金属真空容器上，所述电极的一端安装在所述金属真空容器上且与所述金属真空容器绝缘、所述电极的另一端位于所述金属真空容器内，所述电源的负极与所述电极电连接，所述电源的正极与所述金属真空容器电连接。本实用新型通过将含氮气体电离分解为氮离子后，将离子气体通入渗氮炉，可以有效提高金属表面渗氮层的质量，且本实用新型的用于金属表面渗氮的氮离子产生装置结构简单、耗能低、生产成本低，操作简单。
文档编号C23C8/36GK202148344SQ20112025463
公开日2012年2月22日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者傅乐荣, 左治江, 李尧 申请人:江汉大学