等离子体化学热处理设备优化改良方案

按离子热处理设备所适用的工艺温度范围，可以将其分为两类：一类是低温离子热处理设备，如离子渗氮和以渗氮为基础的多元共渗设备等；另一类是高温离子热处理设备，如离子渗碳、碳氮共渗设备等。

低温等离子体热处理设备一般都是以辉光放电等离子体作为唯一热源的单室式周期作业炉，根据需要可以设计成如图11-7或如图11-10～图11-13等所示的各种形式。高温等离子体热处理设备由于工作温度高，一般配有辅助加热设施。

图11-10 离子渗氮炉简图

1—炉体 2—工件 3—气体流量计 4—直流电源 5—真空系统

图11-11 带辅助加热的等离子体热处理炉

1—电阻加热炉电源 2—可控规直流电源 3—气体供应系统 4—炉盖 5—真空系统 6—真空室 7—电阻加热炉 8—工件

等离子体化学热处理设备一般由真空系统、真空室、气体供给控制系统、气压测量系统、温度测量系统和电源系统构成。对于高温处理设备，还配有辅助加热系统、辅助加热电源。对于双室渗碳炉还配有淬火室和相应的运动执行机构。

等离子体化学热处理工作的真空度一般为100～1000Pa，真空系统不需要高真空机组，一般采用一级机械真空泵即可满足系统真空度和排气的要求。

真空室的大小根据工件的尺寸、形状和装炉量等设计，室壁为双层带冷却水的结构。一般阴极摆放工件，与供电电源的负极相连接，阳极可以直接采用炉壁，也可以设置阳极筒作为单独电极接地。

气体供给装置根据需要安装合适的流量计和控制系统，如果气体含有水分，在进气管路上需要有气体干燥装置。(www.xing528.com)

气压检测系统根据工作量程选择合适的真空规管和配套的真空计。

图11-12 钟罩式等离子体渗氮炉

1—炉体 2—真空系统 3—炉壁 4—工件 5—控制柜

图11-13 等离子体渗碳炉

1—油冷却室 2—试料移动机构 3—气体冷却用风扇 4—闸门阀 5—发热体及阳极 6—加热室 7—绝热材料 8—试样台（阳极） 9—油冷却用换热器 10—油加热器 11—搅拌叶片

温度测量系统是热处理的关键。离子炉的测温、控温效果及温度均匀性，对热处理质量是至关重要的。由于工件的温度，来源于等离子体中高能粒子对工件表面的碰撞，工件表面与其附近空间温差很大。炉里没有一般热处理那样的均温区，又加上工件带有负高压电位，更给测控温度带来了困难。受几何因素、散热、生热条件不一的影响，工件彼此之间、一个工件不同部位间温度不均，尤其在工艺过程初期，甚至可能相差近百摄氏度。测温的方法主要有热电偶测温和光学温度计测温。热电偶测温是要考虑如何能快速反映炉温的变化，并能代表工件的温度。另外，由于工件带有负高压，应考虑如何避免将高压传递给仪表。光电温度计测温可以消除高压漏电的隐患，但由于炉内的等离子体气氛和观察窗玻璃对光的吸收和影响，需进行标定。在温度均匀性方面，主要靠工件的摆放和或附加辐射屏的方法改进。

等离子体化学热处理的供电系统早期为直流电源，工作电压一般在0～1000V，电流根据负载的大小设计。一般是晶闸管整流电源。由于直流辉光放电容易产生起弧而形成弧光放电，烧伤工件，对大功率的电源灭弧难度很大，后来大多采用直流脉冲电源。采用脉冲电源后，由于电源自动过零，不仅减小了灭弧的难度，而且对深孔和狭缝的处理变得容易。另外，脉冲电源更易实现计算机控制。

辅助加热系统是为保持高温化学热处理的温度，弥补辉光放电功率不足而增加的，一般直接在真空室内部安装辅助加热器。但由于真空中等离子体的存在或较高电压引起辉光放电，辅助加热器的工作模式一般为大电流、低电压。