一种节能离子渗氮炉的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种节能离子渗氮炉，包括带冷却水夹层的上炉体筒体、圆形底座、阴极盘、阴极盘下的真空抽气管道、固定在阴极盘上的测温装置，在上炉体筒体的内侧及圆形底座上面设有保温层，10-500kw炉子的保温层厚度为2-28cm，上炉体筒体内侧的保温层包括不流动的炉气、耐火材料和钢筒体，圆形底座上面的保温层包括不流动的炉气、耐火材料和钢板。钢筒体和钢板将保温层内不流动的炉气与炉内流动气体相隔。保温层内的气体进入管从炉体底部伸到顶部，在炉体顶部穿过保温层通过均匀布气管进入炉内。本发明同时还解决了炉内温度不均、耗电多、测温不准的难题，使渗氮层均匀一致，渗氮质量大大提高。
【专利说明】一种节能离子渗氮炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种热处理设备，特别涉及一种节能离子渗氮炉，属于材料表面处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]离子渗氮炉的工作原理为真空炉内通入含氮、氢的气体，工作压力在133Pa~1330Pa之间，属超低真空炉。被处理工件置于阴极盘上或吊装在阴极上，接通电源，使电压逐渐升高，当电压超过气体着火电压后，两极间的稀薄气体电离，并在工件表面产生辉光放电，工作时辉光层一般控制在3~5_。被电离的氮、氢等正离子以极大动能冲击工件表面，把工件加热到所需温度，同时氮离子在工件表面产生复合、化学反应和吸附、扩散的物理化学过程，比较快的形成渗氮层。离子渗氮比气体渗氮有明显的优点:生产周期短，渗层性能优良(硬度高、耐磨、耐蚀)，环保节能，工件表面银光闪闪，工件变形小。
[0003]现有的离子渗氮炉多是由真空放电炉体和电控系统组成的先进热处理设备。真空放电炉体由圆形底座和钟罩式上炉体两大部分组成。底座上的圆盘有双层钢板焊成密封式，中间通冷却水。圆盘边缘车有凹槽，槽中放硅橡胶密封圈如图1示。圆盘上放3个绝缘柱，3个绝缘柱支撑圆环钢板加工成的阴极盘，工件放置于阴极盘上。电源的阴极通过底座上的绝缘柱用螺杆固定在阴极盘上。热电偶通过绝缘的石英管固定在阴极盘上，头部再套一个钢制测温头。上炉体为阳极，由双层钢板焊在圆环上，双层板间通冷却水。上炉体上设有上、中、下3个观察孔，功率小的炉体设两个，观察孔中间有两层耐热的钢化玻璃，加聚四氟乙烯密封圈密封，头部用带丝扣的环状螺圈拧紧固定。炉体底部有真空管道阀门和二台真空泵连接。炉体顶部或底部有进气管道。这种炉体结构炉内无任何保温措施，能耗太大，为解决这一问题电炉生产厂家在炉体内又加了一层或二层隔热屏，隔热屏上也有相同数目观察孔，气体可在隔热屏和钟罩间流动。
[0004]这种结构目前存在的主要技术问题是:其一，上部进气管与下部的抽真空管同处于真空炉体内，气体流动明显，使对流传热增强，因此炉属低温炉，又是超低真空炉，炉内应以对流传热为主，因此隔热屏的作用不大，耗电量大。其二，测温主要靠人目测(因工件温度在550~560°C在暗处观看时刚由黑发暗红色)，仪表温度仅作参考，测温不准。其三，此炉属超低真空炉且是动平衡下的真空，炉内75%是导热能力极强的氢气，虽加隔热屏，但炉内温差仍然很大，炉温不均，通过金相分析发现，被处理的长杆件上、中、下各部，较小工件的上、下、左、右渗氮层厚度很不均匀。
[0005]发明人从事热处理设备教学多年，革新、改造多台实验室、大型企业用离子渗氮炉并进行大量试验。此炉是集多学科于一体的综合炉体，有两大特征:其一，工件表面积起电热元件作用，且保温时需连续供电，工件表面功率> 0.2~0.3W/cm2，表面电流密度≤0.3mA/cm2。其二，炉内有75 %以上的导热能力极强的氢气，炉内气体由流量计不停地输入，又被真空泵不停地排出，是属动平衡下的超低真空体。以上两点证明此炉必须加保温层，且要精确计算出保温层的厚度。电阻炉保温层越厚，温度场越均匀、节电，一般厚在300mm~500mm。而离子渗氮炉不但要有保温层,而且还要满足工件保温时的表面功率和表面电流密度的最低要求。若保温层过厚，离子轰击的能量不够，影响渗氮质量。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服上述不足，提供一种节能离子渗氮炉。
[0007]本发明采取的技术方案为:
[0008]一种节能离子渗氮炉，包括带冷却水夹层的上炉体筒体、圆形底座、阴极盘、阴极盘下的真空抽气管道、固定在阴极盘的测温装置，在上炉体筒体的内侧及圆形底座上面设有保温层，上炉体筒体内侧的保温层包括不流动的炉气、耐火材料和钢筒体，保温层中耐火材料缠在钢筒体外侧，钢筒体内侧为阳极，圆形底座上面的保温层包括不流动的炉气、耐火材料和钢板，钢筒体和钢板将保温层内不流动的炉气与炉内气体相隔，保温层内的气体进入管从炉体底部伸到顶部，在炉体顶部穿过保温层通过均匀布气管进入炉内，10-500kw的炉子保温层厚2-28cm。
[0009]炉子的测温装置包括凯装热电偶，热电偶外部套着石英管，石英管的外部套有测温头，测温头中心顶部有盲孔(没钻透的孔)，石英管与热电偶顶部融为一体，并与测温头顶部孔部位紧密贴在一起，无气体隔断，测温头厚度与工件的有效厚度一致，测温头高度与工件一致或成比例，保证与工件同温。均匀布气管包括与气体进入管顶端连接的三通管，三通管连接两直管，每个直管连着一个弧形管，两个弧形管围成近圆形，弧形管上布有向炉内中心方向的出气孔。
[0010]上炉体的保温层上设有观察孔和观察孔密封装置，防止炉内流动的气体进入保温层内。 [0011]上炉体的观察孔与保温层的观察孔相对应。圆形底座上的保温层由圆形钢板和保温材料、不流动的气体组成，也与炉内流动气体隔断。
[0012]本发明依据传热学公式
【权利要求】
1.一种节能离子渗氮炉，包括带冷却水夹层的上炉体筒体、圆形底座、阴极盘、阴极盘下的真空抽气管道、固定在阴极盘的测温装置，其特征是，在上炉体筒体的内侧及圆形底座上面设有保温层，上炉体筒体内侧的保温层包括不流动的炉气、耐火材料和钢筒体，保温层中耐火材料缠在钢筒体外侧，钢筒体内侧为阳极，圆形底座上面的保温层包括不流动的炉气、耐火材料和钢板，钢筒体和钢板将保温层内不流动的炉气与炉内气体相隔，保温层内的气体进入管从炉体底部伸到顶部，在炉体顶部穿过保温层通过均匀布气管进入炉内，10-500kw的炉子保温层厚2-28cm。
2.根据权利要求1所述的一种节能离子渗氮炉，其特征是，测温装置包括热电偶，热电偶外部套着石英管，石英管的外部套有测温头，测温头顶部中心设有盲孔，石英管与热电偶顶部融为一体，并与测温头顶部中心孔紧密贴在一起，无气体隔断。
3.根据权利要求2所述的一种节能离子渗氮炉，其特征是，测温头厚度与工件有效厚度一致、与工件高度一致或与工件高度成比例，保证与工件同温。
4.根据权利要求1所述的一种节能离子渗氮炉，其特征是，所述均匀布气管包括与气体进入管顶端连接的三通管，三通管连接两直管，每个直管连着一个弧形管，两个弧形管围成近圆形，弧形管上布有向炉内中心方向的出气孔。
5.根据权利要求1所述的一种节能离子渗氮炉，其特征是，保温层上设有观察孔，此孔与炉体的观察孔相对应， 用耐热玻璃和耐热密封垫固定在钢筒体上，保证上炉体保温层与炉内流动气体隔断。
【文档编号】C23C8/36GK103614689SQ201310697318
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】高春英, 高蕊, 庄光山, 孙玉璞 申请人:高春英, 高蕊, 庄光山