渗氮可控的零污染离子氮化装置的制作方法

本发明涉及一种离子氮化装置，尤其涉及一种渗氮可控的零污染离子氮化装置，属于化学热处理技术领域。

背景技术：

离子氮化是一种强化表面的化学热处理方法，也是一种利用含氮气体辉光放电形成活性氮离子，在电场作用下渗入工件表面的表面改性技术。其产生的渗氮层具有高硬度、高耐磨性和良好的耐腐蚀性能，故适用于不锈钢、碳钢、合金钢及钛合金等金属的表面强化。然而，传统离子氮化装置存在结构不合理，升温与降温速度慢且不可控；阴阳极间距不可调，导致渗层厚度及性能不均；废气处理问题；这些问题都严重阻碍着离子氮化技术的发展。

在渗氮过程中，当渗氮温度较低时，渗层厚度较薄，渗层硬度较低；当渗氮温度过低时，气体不能电离，渗氮不能进行；同时，当渗氮温度较高时，渗层组织发生改变，渗层硬度降低；当渗氮温度过高时，工件腐蚀甚至熔化，所以需要控制渗氮温度来控制渗层硬度及组织。离子渗氮时，渗氮温度通过辉光产生及离子轰击提高，需要较长一段时间，很难快速升至所需渗氮温度，且升温速度不可控。渗氮结束后，由于渗氮室温度较高，降至室温也需要很长一段时间，并且不可控制；此问题极大的降低了离子渗氮的速度，延长了生产周期。

当阴阳极间距较大时，阴极位降较低，离子所带能量较低，电流密度较小，离子轰击强度较低，故工件表层温度较低；当阴阳极间距较小时，阴极位降较高，离子所带能量较高，电流密度较大，离子轰击强度较高，此时工件表层温度较高，故阴阳极间距对离子渗氮也具有较大的影响，但传统的离子氮化装置结构不合理，阴阳极间距不可调，从而导致渗层厚度及性能的不均一。

气体渗氮与盐浴渗氮均会产生有害的物质，污染空气。相比之下，离子渗氮虽可减轻污染，但仍存在污染问题。离子渗氮所用的氨气能干扰脑细胞能量代谢和改变神经递质，对细胞有抑制作用，若空气中含有一定浓度的氨气便会引起急性中毒或导致恶性疾病，如喉水肿、肺水肿、白内障、结膜炎、甚至失明。因此，离子渗氮的氨气污染问题需要彻底解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种渗氮可控的零污染离子氮化装置，这种渗氮可控的零污染离子氮化装不但能够实现快速升温与降温，而且能实现阴阳极间距可调、渗氮可控，还能实现零污染的离子渗氮，以解决传统离子氮化装置的升温慢与降温慢，阴阳极间距不可调，渗氮不可控及氨气污染的技术问题。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

一种渗氮可控的零污染离子氮化装置，包括炉体、炉底盘、传动系统、可调阴极系统、快速冷却系统、可调阳极系统、零污染气体循环系统；炉体置于炉底盘正上方形成渗氮室，渗氮室底部设置进气口与出气口；传动系统固定于炉底盘中部；可调阴极系统、快速冷却系统和可调阳极系统置于渗氮室中部；零污染气体循环系统置于炉底盘外下部。

所述传动系统包括逆时电机、阴极支柱、工件，逆时电机与阴极支柱通过键连接，工件固定于阴极支柱，逆时电极通过阴极支柱带动工件逆时针转动。

所述可调阴极系统包括辅助阴极、绝缘陶瓷衬、阴极把手，辅助阴极为扇环状，辅助阴极置于绝缘陶瓷衬正上方，阴极把手为圆柱形，阴极把手一端固定连接辅助阴极侧壁中部，阴极把手另一端置于炉体外部，用于前后移动辅助阴极，阴极把手中部与炉体侧壁中部连接。

所述快速冷却系统包括冷却板、绝缘陶瓷衬、冷却把手、进液管、出液管，冷却板为扇环状，冷却板内部为空心结构，冷却板下部设置进液孔，进液孔与冷却板空心结构相通，冷却板上部设置出液孔，出液孔与冷却板空心结构相通，冷却板置于绝缘陶瓷衬正上方；冷却把手为圆柱形，冷却把手内部设置“l型”进液孔和“l型”出液孔，冷却把手一端固定连接冷却板侧壁中部，冷却把手另一端置于炉体外部，用于前后移动冷却板，冷却把手中部与炉体侧壁中部连接；进液管材质为不锈钢，进液管下端焊接固定于冷却板的进液孔，进液管上端焊接固定于冷却把手的进液孔；出液管材质为不锈钢，出液管上端焊接固定于冷却板的出液孔，出液管下端焊接固定于冷却把手的出液孔。

所述可调阳极系统包括辅助阳极、阳极把手，辅助阳极为扇环状，辅助阳极置于炉底盘上方，阳极把手为圆柱形，阳极把手一端固定连接辅助阳极侧壁中部，阳极把手另一端置于炉体外部，用于前后移动辅助阳极，阳极把手中部与炉体侧壁中部连接。

所述零污染气体循环系统包括储气瓶、补氮瓶、循环泵、真空泵；储气瓶用于向渗氮室提供渗氮气体，储气瓶与进气管通过第二管道相连接；补氮瓶用于向渗氮室补充氮气；补氮瓶与进气管通过第一管道相连接；循环泵设置在进气管与出气管之间，其包括进气口和出气口，循环泵进气口与渗氮室出气口通过出气管连接，出气管通过焊接固定于渗氮室底部出气孔，循环泵出气口与渗氮室进气口通过进气管连接，进气管通过焊接连接固定于渗氮室底部进气孔；真空泵设置在第四管道上，其包括进气口与出气口，真空泵进气口与渗氮室出气口通过出气管连接。

所述零污染气体循环系统还包括：

第一两通开关，所述第一两通开关设置在第一管道上；

第二两通开关，所述第二两通开关设置在进气管上，且处于第一三通阀与第二三通阀之间；

第三两通开关，所述第三两通开关设置在第二管道上；

第四两通开关，所述第四两通开关设置在第三管道上；

第五两通开关，所述第五两通开关设置在第四管道上，且处于真空泵与第四三通阀之间；

第一三通阀，所述第一三通阀设置在第一管道与进气管交汇处；

第二三通阀，所述第二三通阀设置在第二管道与进气管交汇处；

第三三通阀，所述第三三通阀设置在第三管道与出气管交汇处；

第四三通阀，所述第四三通阀设置在第四管道与出气管交汇处。

所述循环泵为耐腐蚀循环泵。

所述真空泵为耐腐蚀真空泵。

本发明所具有的有益效果是：本发明有效的提升了升温与降温的速度，解决了阴阳极间距不可调及氨气的污染问题，实现渗氮可控的零污染离子氮化。设置加热可调阴极，利用辉光叠加效应，当其距离工件近时，实现快速升温，有效提升了升温速度；当其距离工件远时，实现缓慢升温，合理的控制渗氮温度，从而实现渗氮可控；设置快速冷却系统，实现快速降温，提高生产效率，缩短生产周期；设置可调阳极，实现阴阳极间距可调，从而实现渗氮可控；设置零污染气体循环系统，有效解决了氨气的污染问题，实现零污染离子氮化。

附图说明

图1为具体实施方式中所述的渗氮可控的零污染离子氮化装置的结构主视示意图。

图2为具体实施方式中所述的渗氮可控的零污染离子氮化装置的结构俯视示意图。

图中，1.炉体；2.冷却板的出液孔；3.出液管；4.冷却把手的出液孔；5.冷却把手的进液孔；6.冷却板；7.进液管；8.冷却板的进液孔；9.绝缘陶瓷衬；101.第三管道；102.第四管道；103.出气管；104.进气管；105.第二管道；106.第一管道；111.第四两通开关；112.第五两通开关；113.第三两通开关；114.第二两通开关；115.第一两通阀；121.第三三通阀；122.第四三通阀；123.第二三通阀；124.第一三通阀；13.真空泵；14.循环泵15.储气瓶；16.补氮瓶；17.逆时电机；18.炉底盘；19.辅助阴极；20.阴极支柱；21.阴极把手；22.工件；23.辅助阳极；24.阳极把手；25.冷却把手。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种渗氮可控的零污染离子氮化装置，包括炉体1、炉底盘18、传动系统、可调阴极系统、快速冷却系统、可调阳极系统、零污染气体循环系统。炉体1置于炉底盘18正上方形成渗氮室，渗氮室底部设置进气口与出气口；传动系统固定于炉底盘18中部；可调阴极系统、快速冷却系统和可调阳极系统置于渗氮室中部；零污染气体循环系统置于炉底盘18外下部。

传动系统包括逆时电机17、阴极支柱20、工件22，逆时电机17与阴极支柱20通过键连接，工件22固定于阴极支柱20，逆时电极17通过阴极支柱20带动工件22逆时针转动。

可调阴极系统包括辅助阴极18、绝缘陶瓷衬9、阴极把手21，辅助阴极18为扇环状，辅助阴极18置于绝缘陶瓷衬9正上方，阴极把手21为圆柱形，阴极把手21一端固定连接辅助阴极18侧壁中部，阴极把手21另一端置于炉体1外部，用于前后移动辅助阴极18，阴极把手21中部与炉体1侧壁中部连接。

快速冷却系统包括冷却板6、绝缘陶瓷衬9、冷却把手25、进液管7、出液管3，冷却板6为扇环状，冷却板6内部为空心结构，冷却板6下部设置进液孔8，进液孔8与冷却板6空心结构相通，冷却板6上部设置出液孔2，出液孔2与冷却板6空心结构相通，冷却板6置于绝缘陶瓷衬9正上方；冷却把手25为圆柱形，冷却把手25内部设置“l型”进液孔5和“l型”出液孔4，冷却把手25一端固定连接冷却板6侧壁中部，冷却把手25另一端置于炉体1外部，用于前后移动冷却板6，冷却把手25中部与炉体1侧壁中部连接；进液管7材质为不锈钢，进液管7下端焊接固定于冷却板6的进液孔8，进液管7上端焊接固定于冷却把手25的进液孔5；出液管3材质为不锈钢，出液管3上端焊接固定于冷却板6的出液孔2，出液管3下端焊接固定于冷却把手25的出液孔4。

可调阳极系统包括辅助阳极23、阳极把手24，辅助阳极23为扇环状，辅助阳极23置于炉底盘18上方，阳极把手24为圆柱形，阳极把手24一端固定连接辅助阳极23侧壁中部，阳极把手24另一端置于炉体1外部，用于前后移动辅助阳极23，阳极把手24中部与炉体1侧壁中部连接。

零污染气体循环系统包括储气瓶15、补氮瓶16、循环泵14、真空泵13、第一两通开关115、第二两通开关114、第三两通开关113、第四两通开关112、第五两通开关111、第一三通阀124、第二三通阀123、第三三通阀121、第四三通阀122、第一管道106、第二管道105、第三管道101、第四管道102、进气管104、出气管103。储气瓶15用于向渗氮室提供渗氮气体，储气瓶15与进气管104通过第二管道105相连接；补氮瓶16用于向渗氮室补充氮气；补氮瓶16与进气管104通过第一管道106相连接；循环泵14设置在进气管104与出气管103之间，其包括进气口和出气口，循环泵14进气口与渗氮室出气口通过出气管103连接，出气管103通过焊接固定于渗氮室底部出气孔，循环泵14出气口与渗氮室进气口通过进气管104连接，进气管104通过焊接固定于渗氮室底部进气孔；真空泵13设置在第四管道102上，其包括进气口与出气口，真空泵13的进气口与渗氮室出气口通过出气管103连接。第一两通开关115设置在第一管道106上，第二两通开关114设置在进气管104上，且处于第一三通阀124与第二三通阀123之间；第三两通开关113设置在第二管道105上；第四两通开关112设置在第三管道101上；第五两通开关111设置在第四管道102上，且处于真空泵13与第四三通阀122之间；第一三通阀124设置在第一管道106与进气管104交汇处；第二三通阀123设置在第二管道105与进气管104交汇处；第三三通阀121设置在第三管道101与出气管103交汇处；第四三通阀122设置在第四管道102与出气管103交汇处；循环泵14为耐腐蚀循环泵，真空泵13为耐腐蚀真空泵。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。