專利名稱：一種壓電式超聲波鹽浴加熱滲氮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬熱處理技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種用于滲氮的壓電式超聲波鹽浴加熱爐裝置。
背景技術(shù)：
向金屬零件的表層滲氮能提高表層氮濃度，其目的是提高零件表面的硬度、耐磨 性、抗蝕性及疲勞極限。金屬滲氮品每年在百萬噸以上，滲氮直接關(guān)系到產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和 使用壽命，特別是機(jī)械產(chǎn)品的關(guān)鍵件。金屬滲氮的主要手段為鹽浴滲氮，具有許多獨(dú)特的優(yōu) 點(diǎn)，處于主導(dǎo)地位。目前鹽浴滲氮裝置可分內(nèi)熱式和外熱式兩大類，其主要結(jié)構(gòu)由殼體、加熱裝置、保 溫層、鹽浴池(槽)構(gòu)成，金屬滲氮主要依靠單純的熱(溫度)擴(kuò)散進(jìn)行激活，即采用高溫、 長時(shí)間加熱，但滲速一般速度只為0. OWh0致使該滲氮裝置消耗能量大、用時(shí)長，且污染 環(huán)境嚴(yán)重，這與現(xiàn)代工業(yè)極不相適應(yīng)，本項(xiàng)目研究的目的就是發(fā)明一種新的滲氮裝置，改變 目前滲氮裝置單純依靠熱(溫度)擴(kuò)散對金屬表面進(jìn)行滲氮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服以上所述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供和設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)緊湊簡單、 能夠提高滲氮速度和滲氮效率、工作安全可靠，并且具有良好經(jīng)濟(jì)性的用于滲氮的壓電式 超聲波鹽浴加熱裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明的技術(shù)方案是一種壓電式超聲波鹽浴加熱滲氮裝置，包括帶保溫層的殼體、殼體內(nèi)的鹽浴池、力口 熱板、接線支承柱、頂蓋；其特征是在所述的殼體上對稱裝有兩套壓電式超聲波裝置；所 述的壓電式超聲波裝置含有聚能桿、振動(dòng)板、變幅桿、換能器與冷卻箱；所述的振動(dòng)板與聚 能桿是一個(gè)整體零件；其中 所述的振動(dòng)板裝于鹽浴池內(nèi)，并與變幅桿用螺紋連接，變幅桿的波節(jié)處與殼體 焊接安裝； 所述的變幅桿與換能器用螺栓連接成一體，并在螺紋連接處設(shè)有絕緣套； 所述的冷卻箱靠緊變幅桿安裝。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的有益效果是1、兩個(gè)壓電式超聲波裝置對稱安裝，其兩振動(dòng)板的相對間距為超聲波1/2波長的 奇數(shù)倍，這樣可使工作時(shí)超聲波峰相互疊加，產(chǎn)生更強(qiáng)的空化效應(yīng)，并提高氮離子的擴(kuò)散能 力。2、振動(dòng)板與聚能桿是制作成為一體零件，使其超聲波在擴(kuò)大作用面積時(shí)能量損耗最小。3、鹽浴池外的殼體變幅桿在波節(jié)處焊接，可防止鹽池發(fā)生振動(dòng)，可以保證超聲能 量的高效傳遞。
4、變幅桿處加載冷卻裝置，可保證變幅桿與換能器有正常工作溫度。本發(fā)明壓電式超聲波鹽浴加熱滲氮裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊簡單、能夠提高滲氮速度和 滲氮效率、工作安全可靠，并且具有良好經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，在滲氮工藝生產(chǎn)中，可對各種金屬 材料進(jìn)行高效化學(xué)熱處理，可在機(jī)械制造領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明壓電式超聲波鹽浴加熱滲氮裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中鹽浴池1、螺栓2、換能器3、變幅桿4、振動(dòng)板5、冷卻箱6、絕緣板7、帶保溫 層的殼體8、冷卻液進(jìn)口 9、冷卻液出口 10、聚能桿11、絕緣套12、加熱板13、接線支承柱14、 頂蓋15。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明。圖1所示，壓電式超聲波鹽浴加熱滲氮裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。壓電式超聲波鹽浴加 熱滲氮裝置包括帶保溫層的殼體8、殼體內(nèi)的鹽浴池(槽)1、加熱板13、接線支承柱14、頂 蓋15及壓電式超聲波裝置，所述的加熱板13在浴池1底部，與接線支承柱相連14，并與鹽 浴池1的底部保持一定距離，防止加熱時(shí)熱量散失；接線支承柱14通到鹽浴池1外部可與 電源相接。所述的鹽浴池1上部設(shè)有頂蓋15，以防止浴鹽的揮發(fā)與熱量的散失。在殼體8 上對稱裝有兩套壓電式超聲波裝置。壓電式超聲波裝置有聚能桿11、振動(dòng)板5、變幅桿4、換能器3和冷卻箱6。所述的 變幅桿4的波節(jié)處與殼體8焊接安裝，并保證浴鹽不外漏；變幅桿4與換能器3用螺栓2連 接成一體，并在螺紋連接處設(shè)有絕緣套12，防止大量熱量傳遞到換能器3上；所述的振動(dòng)板 5與聚能桿11是一個(gè)整體零件，振動(dòng)板裝于鹽浴池1內(nèi)，并與變幅桿4用螺紋連接，兩個(gè)相 對壓電式超聲波裝置的振動(dòng)板5的間距應(yīng)當(dāng)為超聲波1/2波長的奇數(shù)倍，這樣可使工作時(shí) 超聲波峰相互疊加，會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的空化效應(yīng)，并提高氮離子的擴(kuò)散能力。(根據(jù)超聲波發(fā)生 器輸入的頻率以及聲波的傳播速度就能確定波長是多少，也就能確定1/2波長的間距為多 少，其中聲波的傳播速度與換能器、變幅桿的材料有關(guān))由冷卻箱6、冷卻箱上的冷卻液進(jìn)口 9和冷卻液出口 10構(gòu)成一種冷卻液循環(huán)的冷 卻裝置，冷卻液進(jìn)口 9、冷卻液出口 10分別與冷卻箱6焊接；其中冷卻箱(6)靠緊變幅桿 (4)安裝，冷卻箱6與變幅桿4緊密靠近可增加散熱效果，這樣才可以有效保證換能器3的 正常工作和防止過熱損傷。本發(fā)明壓電式超聲波鹽浴加熱滲氮裝置的工作原理本發(fā)明主要應(yīng)用了超聲振動(dòng)液體聲空化效應(yīng)以及氮離子在超聲作用下強(qiáng)的擴(kuò)散 能力。超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號(20kHz以上)，通過壓電式超聲波裝置的換能器 轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩后傳播到鹽浴池1的液體介質(zhì)中，超聲波在液體介質(zhì)中疏密相間的向 前輻射，使液體流動(dòng)而產(chǎn)生數(shù)以萬計(jì)的微小氣泡，存在于液體中的微小氣泡在超聲波的聲 場的作用下振動(dòng)，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)，氣泡迅速增大，然后突然潰滅，在氣泡潰滅時(shí)產(chǎn)生 沖擊波可加速氮離子運(yùn)動(dòng)，并伴隨著熱效應(yīng)，光效應(yīng)，活化效應(yīng)的作用促進(jìn)了氮離子在所需 滲氮金屬表面的活性。
液體聲空化的過程是在極短的時(shí)間內(nèi)，并在液體中的微小氣泡的極小空間內(nèi)將產(chǎn) 生瞬間的高溫(> 5000K)、高壓(> 20MPa)及超過1010K/S的冷卻速度，并伴隨有強(qiáng)烈的 微射流及放電發(fā)光。超聲振動(dòng)液體聲空化的過程是一種集中聲場能量并迅速釋放的過程。并以超聲波 高頻振動(dòng)波的方式作用于工件，使作用在零件金屬表面的氮離子活性增強(qiáng)，有利于氮離子 滲入金屬表面。
本發(fā)明是一種在現(xiàn)有普通鹽浴加熱滲氮裝置基礎(chǔ)上增加壓電式超聲波裝置的鹽 浴加熱滲氮裝置。其壓電式超聲波裝置中換能器3是現(xiàn)有技術(shù)中的壓電式換能器，由于壓 電式超聲波裝置是應(yīng)用于鹽浴加熱滲氮裝置上，本發(fā)明根據(jù)鹽浴加熱滲氮裝置的結(jié)構(gòu)、工 作要求等特點(diǎn)進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果證明對滲氮處理的零件要求滲氮層為200 μ m 時(shí)，滲氮處理時(shí)間可縮短30%左右，所需加熱溫度還可降低40%左右。
權(quán)利要求
一種壓電式超聲波鹽浴加熱滲氮裝置，包括帶保溫層的殼體(8)、殼體內(nèi)的鹽浴池(1)、加熱板(13)、接線支承柱(14)、頂蓋(15)；其特征是在所述的殼體上對稱裝有兩套壓電式超聲波裝置；所述的壓電式超聲波裝置含有聚能桿(11)、振動(dòng)板(5)、變幅桿(4)、換能器(3)與冷卻箱(6)；所述的振動(dòng)板與聚能桿是一個(gè)整體零件；其中●所述的振動(dòng)板裝于鹽浴池(1)內(nèi)，并與變幅桿(4)用螺紋連接，變幅桿的波節(jié)處與殼體(8)焊接安裝；●所述的變幅桿(4)與換能器(3)用螺栓(2)連接成一體，并在螺紋連接處設(shè)有絕緣套(12)；●所述的冷卻箱(6)靠緊變幅桿(4)安裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電式超聲波鹽浴加熱滲氮裝置，其特征是所述的兩個(gè) 相對壓電式超聲波裝置的振動(dòng)板(5)的間距應(yīng)當(dāng)為超聲波1/2波長的奇數(shù)倍。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種壓電式超聲波鹽浴加熱滲氮裝置，包括帶保溫層的殼體、殼體內(nèi)的鹽浴池、加熱板、接線支承柱、頂蓋；其特點(diǎn)是在所述的殼體上對稱裝有兩套壓電式超聲波裝置；所述的壓電式超聲波裝置含有聚能桿、振動(dòng)板、變幅桿、換能器與冷卻箱；所述的振動(dòng)板與聚能桿是一個(gè)整體零件；所述的振動(dòng)板裝于鹽浴池內(nèi)，并與變幅桿用螺紋連接，變幅桿的波節(jié)處與殼體焊接安裝。它具有結(jié)構(gòu)緊湊簡單、能夠提高滲氮速度和滲氮效率、工作安全可靠，并且具有良好經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，在滲氮工藝生產(chǎn)中，可對各種金屬材料進(jìn)行高效化學(xué)熱處理，可在機(jī)械制造領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。
文檔編號C23C8/48GK101812661SQ20101013788
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者劉國東, 成全, 王建青, 王江慧, 祝錫晶 申請人:中北大學(xué)