专利名称：保温式多功能离子热处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用直流辉光放电产生的等离子体对黑色金属材料表面进行改性处理的装置。
背景技术：
目前国内外的直流离子热处理装置的真空反应室主要采用水冷式、辅助外加热式和辅助内加热式三种结构。
水冷式炉体结构是采用夹层式炉体，冷却水在夹层中流动，工件是靠离子轰击加热。这种炉体结构不但要消耗大量的冷却水，而且冷却水还要带走大量的热能，造成能源浪费。由于炉体的温度低，工件的温度高，使炉内空间径向温度梯度很大，造成径向工件温度很不均匀，工件的装载量也受到限制。另外，受这种炉体结构的限制，有些离子热处理技术，如离子氮碳共渗+离子氧化复合处理技术也无法在水冷式离子热处理装置中实现。
辅助外加热式炉体结构是利用真空反应室外的电阻炉加热，通过热炉壁辐射加热工件。辅助外加热式离子热处理装置的反应室的直径不能太大，加热效率比较低，而且靠近炉壁的工件温度偏高，反应室中间的工件温度偏低，同样造成径向工件温度不均匀。另外，为了避免离子轰击工件造成工件温度升高，应尽量减少等离子体的能量，这就不利于等离子体化学反应的进行。
辅助内加热式炉体结构的加热元件和保温材料都放在反应室内，所以辅助内加热式离子热处理装置的反应室内工作空间的利用率比较低，炉内的保温材料吸附了大量的气体，大大延长了预抽真空的时间。另外，若用辅助外加热式离子热处理装置进行某些有腐蚀性气体的离子热处理时，腐蚀性气体将大大降低反应室内加热元件和保温材料的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是要提供一种结构简单合理的保温式炉体结构，它既能节省能源，又能改善炉内工件的温度均匀性，提高反应室内的有效工作空间，而且还可以满足不同离子热处理工艺的要求。
本发明的目的是这样实现的在真空反应室的外壁包覆一层保温材料，工件仍采用加热效率高的离子轰击加热方式。为了防止反应室内的高温引起真空密封胶圈或电绝缘材料等失效破坏，可在这些部位通水进行局部冷却。在工件处理结束后，可以在保温层和反应室外壁之间强迫通风冷却，以加快工件的冷却速度。
本发明因为只是在反应室的外壁上包覆一层保温材料，就可以大幅度地减少反应室内热量的散失，节能效果十分显著。由于工件仍采用加热效率比较高的离子轰击加热，所以炉体结构比较简单。反应室包覆保温材料后也提高了反应室内部的空间温度，改善了工件的温度均匀性，增加了反应室内的有效工作空间，炉体直径的大小也不再受到限制。
由于保温式多功能离子热处理装置的真空反应室是采用不锈钢制造，具有较高耐蚀性，可以满足各种离子热处理技术的要求，反应室的使用寿命也比较长。
附图是根据本发明提出的保温式多功能离子热处理装置的示意图。
下面结合附图详细说明依据本发明提出的具体装置细节及工作情况。
该装置包括一个真空反应室(1)，反应室的外壁包覆一层保温材料(2)。被处理的工件(4)放置在反应室内的阴极底盘(5)上，阴极底盘与直流高压电源(9)的负极相连，直流高压电源的正极接在反应室的外壳上并接地保护。各反应气体通过供气系统(7)按一定比例混合后，经输气管道(6)送入反应室内。真空抽气系统(10)和真空测量控制系统(11)可以保证反应是在一定的真空度下进行的。在处理过程中，工件的温度由温度测量控制系统(8)控制。处理结束后，向保温层和反应室壁之间的冷却夹层(3)中通风，以加快工件的冷却速度。
具体实施例方式
实施例本发明的真空反应室尺寸为φ650×1200毫米，反应室内装入100公斤的钢制工件，工件总表面积为2.2平方米。用氢气和氮气作为反应气体对工件进行离子渗氮处理，氢气和氮气的比例为4∶1。直流辉光放电电压为800V，反应室内的工作真空度为400Pa，工件处理温度为540℃。工件达到处理温度并保温1小时后，炉壁实测温度为500℃，工件之间的温差为±3℃。与同样反应室尺寸的水冷式炉体相比，保温式炉体可节电48％、节水80％，反应室内的有效工作空间增加30％，并且可以实现大小工件混装。
权利要求
1 一种保温式多功能离子热处理装置，其特征在于离子热处理装置的真空反应室的外壁包覆一层保温材料，反应室内的工件在直流300～1500V，工件温度在200～800℃，工作真空度在10～1000Pa下进行离子轰击热处理。
2 根据权利要求1所述的保温式多功能离子热处理装置，其特征为在有真空密封橡胶圈和电极绝缘材料需要冷却的部位进行局部通水冷却。
3 根据权利要求1所述的保温式多功能离子热处理装置，其特征为在保温层和反应室外壁之间有风冷通道，以便使处理后的工件在冷却过程中加快冷却速度。
全文摘要
本发明属于一种利用直流辉光放电产生的等离子体对黑色金属材料表面进行改性处理的保温式多功能离子热处理装置。本装置采用保温式真空反应室结构，反应室内的工件采用离子轰击加热，反应室外壁用保温材料覆盖，反应室仅在密封胶圈、电极绝缘材料等必须冷却的部位采取局部通水冷却。反应室经保温处理后，大幅度减少了反应室内热量的散失，除了起到节能作用外，还可以改善工件的温度均匀性，提高反应室内空间温度，扩大反应室内有效工作空间。为了使处理后的工件能够快速冷却，在保温材料和反应室之间有强迫风冷通道。由于真空反应室是采用不锈钢制造，具有较高耐蚀性，可以满足各种离子热处理技术的要求，反应室的使用寿命也比较长。
文档编号C21D1/34GK1944688SQ200610082220
公开日2007年4月11日 申请日期2006年5月10日 优先权日2006年5月10日
发明者赵程, 王礼银 申请人:青岛科技大学