一种离子氮化旋转炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种离子氮化旋转炉，包括炉体、基座、循环水系统、电极系统、炉体旋转系统和氨气进排系统；所述炉体为圆筒形，顶部为半球状封头；底部设置有多个滚轮并与基座尺寸匹配，基座上设置有圆环形轨道；所述的炉体在外电机驱动下，可以沿环形轨道做旋转运动；其运行方向双向可控，旋转速度可以调节；所述的基座固定不动；所述炉体与基座构成渗氮区，所述阴极多孔板通过阴极座连接到基座上，阴极多孔板上设置有多个均布的阴极架；所述阴极多孔板中心位置设置有排气组管；所述基座上设置有氨气进口、排气组管和传感器；本新型炉内温度均匀，氮化效果好，渗氮层均匀。零部件或模具表面的硬度、耐磨性等各项性能均符合要求。
【专利说明】一种离子氮化旋转炉
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种金属零部件热处理技术与设备领域，具体涉及一种金属表面渗氮设备，特别涉及一种离子氮化旋转炉。
【背景技术】
[0002]氮化处理可显著提高金属零部件及模具表面的硬度、耐磨性、抗咬合性、抗腐蚀性能和抗疲劳性能。由于渗氮温度较低，一般在500-650°C范围内进行，渗氮时零件或模具芯部没有发生相变，因此模具渗氮后变形较小；实践证明，经氮化处理后的零件或模具使用寿命显著提高，因此氮化处理已经在生产中得到广泛应用。
[0003]渗氮分为普通渗氮和离子渗氮，离子渗氮是在充以含氮气体的低真空炉体内把金属工件作为阴极，炉体为阳极，通电后介质中的氮氢原子在高压直流电场下被电离，在阴阳极之间形成等离子区。在等离子区强电场作用下，氮和氢的正离子以高速向工件表面轰击；离子的高动能转变为热能，加热工件表面至所需温度。由于离子的轰击，工件表面产生原子溅射，因而得到净化，同时由于吸附和扩散作用，氮遂渗入工件表面。与普通渗氮相比，离子渗氮可缩短渗氮周期，节约能源。而现有离子氮化炉存在的问题在于:氮化炉内温差大，金属零件或模具氮化效果不均匀，两端氮化质量低于中间，外圈氮化质量低于里圈，氮化质量相差很大，对于高精度零部件或模具来说，氮化不均匀会大大降低了零部件或模具的使用寿命。为解决这一问题，过去大多是提高保温温度来补偿的，但结果并不理想，且易出现变形、膨胀。
[0004]专利号CN1789477A公开了一种节能离子氮化炉，炉体设有保温屏和外冷却罩，保温屏为双层不锈钢密封绝热保温层，炉底盘上设有炉底隔热屏，渗氮气体进入管道沿保温屏外侧，由保温屏顶部进入炉体内的气体分散环。专利号CN202265601U公开了一种真空氮化炉，由炉体、底座和阴极盘构成，炉体活动安装在底座上，底座的中心部位装有阴极盘，阴极盘下方的底座上设置有抽真空装置，炉体内设置有隔热屏，炉体底部分别设置有氨气进口和冷却循环水出口，炉体下端设置有冷却循环水进口。上述专利在一定程度上提高了保温效果，增强了保温温度的补偿效果，但并未从根本上解决氮化炉氮化温差大、氮化效果不均的问题。
实用新型内容
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种离子氮化旋转炉，针对氮化过程中，零部件或模具表面温度不均匀、氮化效果不均匀的缺陷，设计合理的旋转氮化炉结构，在空间上提供旋转的炉体，这样就会产生旋转的电场，而渗氮的零部件或模具固定不动，因此使氮化炉内的温度与电场分布均一化，从而确保氮化过程的工艺要求，达到温度均匀和氮化效果均匀的目标。
[0006]为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下:一种离子氮化旋转炉，包括炉体、吊环、循环水A、水胆夹层、阴极架、渗氮区、阳极接线、环形集水槽、循环水B、滚轮、阴极接线、阴极座、氨气进口、传感器、基座、溢流口、节流阀、护套管、排气组管和阴极多孔板，其特征在于:
[0007]所述的离子氮化旋转炉设计炉体为圆筒形，顶部为半球状封头；底部设置有多个滚轮并与基座尺寸匹配，基座上设置有圆环形轨道；所述的炉体在外电机驱动下，可以沿环形轨道做旋转运动；其运行方向双向可控，旋转速度可以调节；所述的基座固定不动。
[0008]所述炉体与基座构成渗氮区，所述渗氮区内设置阴极多孔板、阴极架、阴极座、氨气进口、温度传感器和排气组管；阴极多孔板通过阴极座连接到基座上，阴极多孔板上设置有多个均布的阴极架，用于放置待渗氮的零部件或模具；所述阴极多孔板中心位置设置有排气组管，所述排气组管上端水平设置有六角方向分布的排气支管；所述基座上设置有二个以上的氨气进口，均匀分布在中心排气组管的四周；所述基座上设置有温度传感器，其外面由护套管保护；所述的阴极座内部为阴极接线，炉体外部设置有阳极接线。
[0009]所述炉体底边设置有多只滚轮，所述基座上设置有轨道，所述炉体与所述基座的轨道匹配，在驱动电机带动下，炉体可在基座的轨道内旋转，其旋转速度可调节，旋转方向可控；在等离子放电渗氮过程中，炉体做旋转运动，使炉内渗氮区的电场随着炉体的旋转而发生变化，从而提高渗氮区域内的温度均匀性和电场变化的均匀性，改善零部件或模具的渗氣效果。
[0010]冷却循环系统由冷却水胆夹层、环形集水槽、冷却塔构成；冷却水源从循环水A进入炉体的水胆夹层中实施冷却，经过水胆夹层后，自炉体下边的溢流口流入环形集水槽内，所述溢流口设置有节流阀可以调控溢流速度确保炉体水胆夹层的冷却效果；环形集水槽经过循环水B导入到冷却塔形成冷却水循环系统；所述的循环水系统可以依据实际工艺要求，调控循环水的速度或流量，以便适应渗氮不同工艺条件的要求；所述的基座单独设置有冷却水循环进行冷却，是整体冷却循环系统的一个小循环。
[0011]所述氨气进口设置在基座上，并有多个氨气进口均匀环状分布，氨气进入渗氮区后，在多孔阴极板的分布下，均匀分布到渗氮区域内，渗氮过程中产生的废气和多余气体，则从设置于炉体上部的多个排气组管抽吸出炉体。
[0012]所述的离子氮化旋转炉的炉腔内将保持一定的真空度，氮化前通过排气组管连接的真空泵对炉腔内进行抽真空，再通过进气口通入离子氮化的气源即氨气，氨气从基座通入有利于氨气的充分反应，并与待渗氮零部件进行离子渗透作用，也确保减少抽排出的气体含有过量氨气，对车间造成很大污染，严重影响职工身体健康。
[0013]所述的多孔阴极板上设置的阴极架，用于渗氮加工时吊挂或装置待渗氮零部件或模具，其结构与形状可以有多种，阴极架与多孔阴极板通过卡接方式连接，不同形状的阴极架具有相同的卡接接口，可按照工艺要求随时更换不同的阴极架。
[0014]所述的基座上设置温度传感器，其外部用护套管加以保护，传感器深入到炉腔渗氮区中心部位，置于待渗氮零部件的中部区域，可以有效监测工件整体温度参数，便于调整控制。
[0015]离子氮化旋转炉运行时，通入氨气后，被加速的带电离子碰撞含氮的气体的分子，使其电离和分解产生氮化所需的氮元素，辉光放电中不断产生新的带电粒子，带负电荷的电子向阳极运动，带正电荷的氮离子和氢离子向阴极运动，高速运动并撞击阴极工件表面，产生热量，把工件加热到所需要的氮化温度；在驱动电机带动下，炉体沿环形轨道以一定速度旋转，使炉内渗氮区也随之发生旋转变化，造成炉内温度梯度区域和电场梯度区域也随之变化，从而使整个渗氮过程中，炉内的温度与电场处于均匀混合变化之中，辉光层沿工件的轮廓而形成，不同的零部件边角棱均会得到有效的、均匀的渗氮加工处理，使其表面受到均匀的氮化。
[0016]所述的渗氮区工作温度为≤650°C ;
[0017]所述的渗氮区有效工作尺寸为Φ 600*8001600*2000 ；
[0018]所述的零部件表面积为3m220m2 ；
[0019]所述的离子氮化旋转炉装炉量为300kg4000kg ；
[0020]所述的传感器精度为± 1°C。
[0021]所述炉体采用轻质金属内衬作为阳极，所述阳极采用条状结构，均匀布置于氮化炉体内侧，以便通过旋转改变电磁场的结构，从而影响到零部件或模具表面的渗氮工艺效果;
[0022]采用炉顶中心水冷却循环控制系统，炉顶中心设置有循环水入口，通过导入冷却水,冷却炉体内壁,控制渗氮区温度；冷却水在炉体周边通过溢流口流出来，经过炉体外侧的循环集水槽收集，并流入集水箱，经冷却塔循环使用。
[0023]通过上述技术方案，本实用新型技术方案的有益效果是:通过氮化炉体的旋转，使整体电场分布在变化之中，相对于零部件而言，作用于其表面的电磁场分布也会随着移动变化，因此，通过旋转氮化炉渗氮的零部件或模具，其表面氮化质量高，效果好，渗氮层均匀；零部件或模具表面的硬度、耐磨性、抗咬合性、抗腐蚀性能和抗疲劳性能均符合要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0025]图1为本实用新型实施例所公开的一种离子氮化旋转炉结构示意图。
[0026]图中数字和字母所表示的相应部件名称:
[0027]
1.炉体2.吊环3.循环水A 4.7jc胆夹层
5.阴极架 6.渗氮区 λ阳极接线 8.环形集水槽
9.循环水B10.滚轮11.阴极接线12.阴极座
[0028]
13.氨气进口 14.温度传感器15.基座16.溢流口
17.节流阀18.护套管19.排气组管20.阴极多孔板
【具体实施方式】
[0029]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0030]根据图1，本实用新型提供了一种离子氮化旋转炉，包括炉体1、吊环2、循环水A3、水胆夹层4、阴极架5、渗氮区6、阳极接线7、环形集水槽8、循环水B9、滚轮10、阴极接线11、阴极座12、氨气进口 13、传感器14、基座15、溢流口 16、节流阀17、护套管18、排气组管19和阴极多孔板20，其特征在于:
[0031]所述的离子氮化旋转炉设计炉体I为圆筒形，顶部为半球状封头；底部设置有多个滚轮10并与基座15尺寸匹配，基座15上设置有圆环形轨道；所述的炉体I在外电机驱动下，可以沿环形轨道做旋转运动；其运行方向双向可控，旋转速度可以调节；所述的基座15固定不动。
[0032]所述炉体I与基座15构成渗氮区6，所述渗氮区6内设置阴极多孔板20、阴极架
5、阴极座12、氨气进口 13、温度传感器14和排气组管19 ;阴极多孔板20通过阴极座12连接到基座15上，阴极多孔板20上设置有多个均布的阴极架5，用于放置待渗氮的零部件或模具；所述阴极多孔板20中心位置设置有排气组管19，所述排气组管19上端水平设置有六角方向分布的排气支管；所述基座15上设置有二个以上的氨气进口 13，均匀分布在中心排气组管19的四周；所述基座15上设置有温度传感器14，其外面由护套管18保护；所述的阴极座12内部为阴极接线11，炉体I外部设置有阳极接线7。
[0033]优选的，所述炉体I底边设置有八只滚轮10，所述基座15上设置有轨道，所述炉体I与所述基座15的轨道尺寸和宽度相匹配，在驱动电机带动下，炉体I可在基座的轨道内旋转，其旋转速度可调节，旋转方向可控；在等离子放电渗氮过程中，炉体I做旋转运动，使炉内渗氮区6的电场随 着炉体I的旋转而发生变化，从而提高渗氮区6域内的温度均匀性和电场变化的均匀性，改善零部件或模具的渗氮效果。
[0034]优选的，所述的渗氮区工作温度为≤650°C ；
[0035]优选的，所述的渗氮区有效工作尺寸为Φ 1200*1800;
[0036]优选的,所述的零部件表面积为IOm2 ;
[0037]优选的，所述的离子氮化旋转炉装炉量为2800kg ；
[0038]优选的，所述的传感器精度为±1°C。
[0039]冷却循环系统由冷却水胆夹层4、环形集水槽8、冷却塔构成；冷却水源从循环水A3进入炉体I的水胆夹层4中实施冷却，经过水胆夹层4后，自炉体I下边的溢流口 16流入环形集水槽8内，所述溢流口 16设置有节流阀17可以调控溢流速度确保炉体I的水胆夹层4的冷却效果；环形集水槽8经过循环水B9导入到冷却塔形成冷却水循环系统；所述的循环水系统可以依据实际工艺要求，调控循环水的速度或流量，以便适应渗氮不同工艺条件的要求；所述的基座15单独设置有冷却水循环进行冷却，是整体冷却循环系统的一个小循环。
[0040]所述的氨气进口设置在基座15上，优选的，所述的氨气进口 13设置有三个，并均匀环状分布，氨气进入渗氮区6后，在多孔阴极板20的均布下，均匀分布到渗氮区6域内，渗氮过程中产生的废气和多余气体，则从设置于炉体I上部的排气组管19抽吸出炉体I。
[0041]所述的离子氮化旋转炉的炉腔内将保持一定的真空度，氮化前通过排气组管19连接的真空泵对炉体I内进行抽真空，再通过氨气进口 13通入离子氮化的气源即氨气，氨气从基座15通入有利于氨气的充分反应，并与待渗氮零部件进行离子渗透作用，也确保减少抽排出的气体含有过量氨气，对车间造成很大污染，严重影响职工身体健康。
[0042]所述的多孔阴极板20上设置的阴极架5，优选的，所述的阴极架为立柱型，设置有六个；用于渗氮加工时吊挂或装置待渗氮零部件或模具，其结构与形状可以有多种，阴极架5与多孔阴极板20通过卡接方式连接，不同形状的阴极架5具有相同的卡接接口，可按照工艺要求随时更换不同的阴极架5。
[0043]所述的基座15上设置温度传感器14，其外部用护套管18加以保护，传感器14深入到炉腔渗氮区6中心部位，置于待渗氮零部件的中部区域，可以有效监测工件整体温度参数，便于调整控制。
[0044]离子氮化旋转炉运行时，通入氨气后，被加速的带电离子碰撞含氮的气体的分子，使其电离和分解产生氮化所需的氮元素，辉光放电中不断产生新的带电粒子，带负电荷的电子向阳极运动，带正电荷的氮离子和氢离子向阴极运动，高速运动并撞击阴极的工件表面，产生热量，把工件加热到所需要的氮化温度；在驱动电机带动下，炉体I沿基座15上的环形轨道以一定速度旋转，使炉内渗氮区6也随之发生旋转变化，造成炉内温度梯度区域和电场梯度区域也随之变化，从而使整个渗氮过程中，炉内的温度与电场处于均匀混合变化之中，辉光层沿工件的轮廓而形成，不同零部件边角棱均会得到有效的、均匀的渗氮加工处理，使其表面受到均匀的氮化。
[0045]所述炉体I采用轻质金属内衬作为阳极，优选的，所述的轻制裁合金为铝合金材质；所述阳极采用条状结构，均匀竖向布置于氮化炉体I内侧，以便旋转改变电磁场结构，从而影响到零部件或模具表面的渗氮工艺效果。
[0046]采用炉顶中心水冷却循环系统，炉顶中心设置有循环水入口，通过导入冷却水,冷却炉体内壁，控制渗氮区6温度；冷却水在炉体周边通过溢流口 16流出来，优选的，所述的溢流口设置有四个，均匀分布于炉体周围；经过炉体I外侧的循环集水槽8收集，并流入集水箱，经冷却塔循环使用。
[0047]通过实施本新型，设计氮化炉体的旋转模式，使整体电场分布在变化之中，相对于零部件而言，作用于其表面的电磁场分布也会随着移动变化，因此，通过旋转氮化炉渗氮的零部件或模具，其表面氮化质量高，效果好，渗氮层均匀；零部件或模具表面的硬度、耐磨性、抗咬合性、抗腐蚀性能和抗疲劳性能均符合要求。
[0048]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种离子氮化旋转炉，其特征在于，包括炉体、吊环、循环水A、水胆夹层、阴极架、渗氮区、阳极接线、环形集水槽、循环水B、滚轮、阴极接线、阴极座、氨气进口、传感器、基座、溢流口、节流阀、护套管、排气组管和阴极多孔板；所述的离子氮化旋转炉设计炉体为圆筒形，顶部为半球状封头；底部设置有多个滚轮并与基座尺寸匹配，基座上设置有圆环形轨道；所述的炉体在外电机驱动下，可以沿环形轨道做旋转运动；其运行方向双向可控，旋转速度可以调节；所述的基座固定不动；所述炉体与基座构成渗氮区，所述阴极多孔板通过阴极座连接到基座上，阴极多孔板上设置有多个均布的阴极架；所述阴极多孔板中心位置设置有排气组管，所述排气组管上端水平设置有六角方向分布的排气支管；所述基座上设置有二个以上的氨气进口，均匀分布在中心排气组管的四周；所述基座上设置有温度传感器，其外面由护套管保护；所述的阴极座内部为阴极接线，炉体外部设置有阳极接线。
2.根据权利要求1所述的一种离子氮化旋转炉，其特征在于，所述炉体内设置有冷却水胆夹层，炉体外边环绕炉体基座设置有环形集水槽；冷却水从循环水A进入炉体的水胆夹层中实施冷却，经过水胆夹层后，自炉体下边的溢流口流入环形集水槽内，所述溢流口设置有节流阀；所述基座单独设置有冷却水循环进行冷却，是整体冷却循环系统的一个小循环。
3.根据权利要求1所述的一种离子氮化旋转炉，其特征在于，所述氨气进口设置在基座上，至少设置有二个氮气进口均匀环状分布。
4.根据权利要求1所述的一种离子氮化旋转炉，其特征在于，所述多孔阴极板上设置的阴极架，其结构与形状可以有多种，阴极架与多孔阴极板通过卡接方式连接，不同形状的阴极架具有相同的卡接接口。
5.根据权利要求1所述的一种离子氮化旋转炉，其特征在于，所述的基座上设置温度传感器，其外部用护套管加以保护，传感器深入到炉腔渗氮区中心部位，置于待渗氮零部件的中部区域。
6.根据权利要求1所述的一种离子氮化旋转炉，其特征在于，所述炉体采用轻质金属内衬作为阳极，所述阳极采用条状结构，均匀布置于离子氮化旋转炉体内侧。
【文档编号】C23C8/24GK203754793SQ201420006253
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月6日 优先权日:2014年1月6日
【发明者】沈业清, 沈业录, 金伟才 申请人:昆山尤特威热处理有限公司