专利名称：一种压电式超声波盐浴加热渗氮装置的制作方法
技术领域：
本发明属于金属热处理技术领域，主要涉及一种用于渗氮的压电式超声波盐浴加热炉装置。
背景技术：
向金属零件的表层渗氮能提高表层氮浓度，其目的是提高零件表面的硬度、耐磨 性、抗蚀性及疲劳极限。金属渗氮品每年在百万吨以上，渗氮直接关系到产品的内在质量和 使用寿命，特别是机械产品的关键件。金属渗氮的主要手段为盐浴渗氮，具有许多独特的优 点，处于主导地位。目前盐浴渗氮装置可分内热式和外热式两大类，其主要结构由壳体、加热装置、保 温层、盐浴池(槽)构成，金属渗氮主要依靠单纯的热(温度)扩散进行激活，即采用高温、 长时间加热，但渗速一般速度只为0. OWh0致使该渗氮装置消耗能量大、用时长，且污染 环境严重，这与现代工业极不相适应，本项目研究的目的就是发明一种新的渗氮装置，改变 目前渗氮装置单纯依靠热(温度)扩散对金属表面进行渗氮。
发明内容
本发明的目的是克服以上所述现有技术的不足，提供和设计一种结构紧凑简单、 能够提高渗氮速度和渗氮效率、工作安全可靠，并且具有良好经济性的用于渗氮的压电式 超声波盐浴加热装置。为了实现上述目的本发明的技术方案是一种压电式超声波盐浴加热渗氮装置，包括带保温层的壳体、壳体内的盐浴池、力口 热板、接线支承柱、顶盖；其特征是在所述的壳体上对称装有两套压电式超声波装置；所 述的压电式超声波装置含有聚能杆、振动板、变幅杆、换能器与冷却箱；所述的振动板与聚 能杆是一个整体零件；其中 所述的振动板装于盐浴池内，并与变幅杆用螺纹连接，变幅杆的波节处与壳体 焊接安装； 所述的变幅杆与换能器用螺栓连接成一体，并在螺纹连接处设有绝缘套； 所述的冷却箱靠紧变幅杆安装。本发明与现有技术相比较，具有的突出的实质性特点和显著的有益效果是1、两个压电式超声波装置对称安装，其两振动板的相对间距为超声波1/2波长的 奇数倍，这样可使工作时超声波峰相互叠加，产生更强的空化效应，并提高氮离子的扩散能 力。2、振动板与聚能杆是制作成为一体零件，使其超声波在扩大作用面积时能量损耗最小。3、盐浴池外的壳体变幅杆在波节处焊接，可防止盐池发生振动，可以保证超声能 量的高效传递。
4、变幅杆处加载冷却装置，可保证变幅杆与换能器有正常工作温度。本发明压电式超声波盐浴加热渗氮装置具有结构紧凑简单、能够提高渗氮速度和 渗氮效率、工作安全可靠，并且具有良好经济性等优点，在渗氮工艺生产中，可对各种金属 材料进行高效化学热处理，可在机械制造领域中得到广泛的应用。
图1是本发明压电式超声波盐浴加热渗氮装置的结构示意图。其中盐浴池1、螺栓2、换能器3、变幅杆4、振动板5、冷却箱6、绝缘板7、带保温 层的壳体8、冷却液进口 9、冷却液出口 10、聚能杆11、绝缘套12、加热板13、接线支承柱14、 顶盖15。
具体实施例方式以下结合附图对本发明做详细说明。图1所示，压电式超声波盐浴加热渗氮装置的结构示意图。压电式超声波盐浴加 热渗氮装置包括带保温层的壳体8、壳体内的盐浴池(槽)1、加热板13、接线支承柱14、顶 盖15及压电式超声波装置，所述的加热板13在浴池1底部，与接线支承柱相连14，并与盐 浴池1的底部保持一定距离，防止加热时热量散失；接线支承柱14通到盐浴池1外部可与 电源相接。所述的盐浴池1上部设有顶盖15，以防止浴盐的挥发与热量的散失。在壳体8 上对称装有两套压电式超声波装置。压电式超声波装置有聚能杆11、振动板5、变幅杆4、换能器3和冷却箱6。所述的 变幅杆4的波节处与壳体8焊接安装，并保证浴盐不外漏；变幅杆4与换能器3用螺栓2连 接成一体，并在螺纹连接处设有绝缘套12，防止大量热量传递到换能器3上；所述的振动板 5与聚能杆11是一个整体零件，振动板装于盐浴池1内，并与变幅杆4用螺纹连接，两个相 对压电式超声波装置的振动板5的间距应当为超声波1/2波长的奇数倍，这样可使工作时 超声波峰相互叠加，会产生更强的空化效应，并提高氮离子的扩散能力。(根据超声波发生 器输入的频率以及声波的传播速度就能确定波长是多少，也就能确定1/2波长的间距为多 少，其中声波的传播速度与换能器、变幅杆的材料有关)由冷却箱6、冷却箱上的冷却液进口 9和冷却液出口 10构成一种冷却液循环的冷 却装置，冷却液进口 9、冷却液出口 10分别与冷却箱6焊接；其中冷却箱(6)靠紧变幅杆 (4)安装，冷却箱6与变幅杆4紧密靠近可增加散热效果，这样才可以有效保证换能器3的 正常工作和防止过热损伤。本发明压电式超声波盐浴加热渗氮装置的工作原理本发明主要应用了超声振动液体声空化效应以及氮离子在超声作用下强的扩散 能力。超声波发生器发出的高频振荡信号(20kHz以上)，通过压电式超声波装置的换能器 转换成高频机械振荡后传播到盐浴池1的液体介质中，超声波在液体介质中疏密相间的向 前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡，存在于液体中的微小气泡在超声波的声 场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增大，然后突然溃灭，在气泡溃灭时产生 冲击波可加速氮离子运动，并伴随着热效应，光效应，活化效应的作用促进了氮离子在所需 渗氮金属表面的活性。
液体声空化的过程是在极短的时间内，并在液体中的微小气泡的极小空间内将产 生瞬间的高温(> 5000K)、高压(> 20MPa)及超过1010K/S的冷却速度，并伴随有强烈的 微射流及放电发光。超声振动液体声空化的过程是一种集中声场能量并迅速释放的过程。并以超声波 高频振动波的方式作用于工件，使作用在零件金属表面的氮离子活性增强，有利于氮离子 渗入金属表面。
本发明是一种在现有普通盐浴加热渗氮装置基础上增加压电式超声波装置的盐 浴加热渗氮装置。其压电式超声波装置中换能器3是现有技术中的压电式换能器，由于压 电式超声波装置是应用于盐浴加热渗氮装置上，本发明根据盐浴加热渗氮装置的结构、工 作要求等特点进行了技术改进。经试验结果证明对渗氮处理的零件要求渗氮层为200 μ m 时，渗氮处理时间可缩短30%左右，所需加热温度还可降低40%左右。
权利要求
一种压电式超声波盐浴加热渗氮装置，包括带保温层的壳体(8)、壳体内的盐浴池(1)、加热板(13)、接线支承柱(14)、顶盖(15)；其特征是在所述的壳体上对称装有两套压电式超声波装置；所述的压电式超声波装置含有聚能杆(11)、振动板(5)、变幅杆(4)、换能器(3)与冷却箱(6)；所述的振动板与聚能杆是一个整体零件；其中●所述的振动板装于盐浴池(1)内，并与变幅杆(4)用螺纹连接，变幅杆的波节处与壳体(8)焊接安装；●所述的变幅杆(4)与换能器(3)用螺栓(2)连接成一体，并在螺纹连接处设有绝缘套(12)；●所述的冷却箱(6)靠紧变幅杆(4)安装。
2.根据权利要求1所述的一种压电式超声波盐浴加热渗氮装置，其特征是所述的两个 相对压电式超声波装置的振动板(5)的间距应当为超声波1/2波长的奇数倍。
全文摘要
本发明提供了一种压电式超声波盐浴加热渗氮装置，包括带保温层的壳体、壳体内的盐浴池、加热板、接线支承柱、顶盖；其特点是在所述的壳体上对称装有两套压电式超声波装置；所述的压电式超声波装置含有聚能杆、振动板、变幅杆、换能器与冷却箱；所述的振动板与聚能杆是一个整体零件；所述的振动板装于盐浴池内，并与变幅杆用螺纹连接，变幅杆的波节处与壳体焊接安装。它具有结构紧凑简单、能够提高渗氮速度和渗氮效率、工作安全可靠，并且具有良好经济性等优点，在渗氮工艺生产中，可对各种金属材料进行高效化学热处理，可在机械制造领域中得到广泛的应用。
文档编号C23C8/48GK101812661SQ20101013788
公开日2010年8月25日 申请日期2010年3月29日 优先权日2010年3月29日
发明者刘国东, 成全, 王建青, 王江慧, 祝锡晶 申请人:中北大学