脈沖離子氮化陰極電弧大型弧源一體機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料表面技術(shù)領(lǐng)域，涉及到脈沖離子滲氮及陰極電弧離子鍍裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前脈沖離子滲氮及陰極電弧離子鍍技術(shù)，是在兩個(gè)裝置分別完成工藝操作，陰極電弧大型弧源鍍膜機(jī)可鍍制金屬間化合物如CrN、TiN、TiAlN等厚膜硬度均可達(dá)2000Hv，而工件3基材硬度為200?300Hv，由于二者硬度相差太大，工件3在服役中硬鍍膜易脫落；而脈沖離子氮化爐可制備改性層，硬度為1200HV，可做為工件3題與硬鍍膜之間過(guò)渡層；目前為制備工件3表面耐磨層硬度呈緩和過(guò)渡厚膜層工藝操作是:工件3首先在脈沖離子滲氮爐滲氮加工制備改性層完成后，取出工件，再經(jīng)清洗烘干，裝進(jìn)陰極電弧離子鍍爐中進(jìn)行離子鍍硬膜工藝操作，主要缺點(diǎn):鍍膜質(zhì)量受影響又其附著性，增加加工時(shí)間，生產(chǎn)成本提高；目前電鍍硬鉻膜層硬度為700?900Hv，電鍍硬鉻工藝缺點(diǎn)是:嚴(yán)重污染環(huán)境，六價(jià)鉻對(duì)人體有害；本發(fā)明脈沖離子氮化陰極電弧大型弧源一體機(jī)可以解決上述問(wèn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是:提供一種脈沖離子氮化陰極電弧大型弧源一體機(jī)，在一體機(jī)可中同時(shí)完成脈沖離子滲氮及陰極電弧離子鍍工藝操作，能制備工件3表層耐磨層硬度呈緩和過(guò)渡的厚膜層，防止硬鍍膜層在服役中脫落，主要優(yōu)點(diǎn):設(shè)備投資減少，加工時(shí)間減少，鍍膜質(zhì)量好，服役時(shí)間增加，降低生產(chǎn)成本。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:脈沖離子氮化陰極電弧大型弧源一體機(jī)，由真空室1、陰極電弧源電源2、工件3、抽真空系統(tǒng)4、脈沖負(fù)偏壓電源5、脈沖離子滲氮電源6、通入Ar、N2,H2裝置7、加熱裝置8、通入氨、丙酮或乙醇、或丙烷、或CO 2裝置9組成；脈沖離子滲氮電源6主要參數(shù)是:最大輸出嶧值電流:200?300A，最大輸出平均電流:100?150A，輸出電壓:O?1000V連續(xù)可調(diào)，頻率:1000Hz，滅弧速度:小于15微秒(us);陰極電弧大型弧源2主要參數(shù)是:弧電源:100?400A，陰極電弧源靶材尺寸:<2 100200mm，弧斑驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng):雙磁場(chǎng)。
[0005]本發(fā)明的效果和益處是:取代對(duì)環(huán)境污染對(duì)人體有害電鍍硬鉻工藝，脈沖離子氮化陰極電弧大型弧源一體機(jī)，能承擔(dān)真空消除應(yīng)力退火、脈沖離子氮化、脈沖離子軟氮化及陰極電弧離子鍍厚膜工藝操作；能制備工件3表面耐磨層硬度呈緩和過(guò)渡分布的厚膜層，耐磨層硬度及膜層厚度分布是:工件3基材硬度200?300Hv，脈沖離子氮化爐制備改性層硬度400?1200Hv，改性層厚度40?150 μ m，陰極電弧離子鍍制備鍍膜層硬度1300?2000Hv膜層厚度20?80 μ m ;解決鈦合金硬度太低耐磨性不足；材料可取碳鋼、合金鋼、不銹鋼、球墨鑄鐵、鈦合金；可用于、機(jī)床零部件、化工機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、機(jī)車(chē)、軸類(lèi)、桿件、缸套、活塞環(huán)、進(jìn)排氣伐、紡織機(jī)械、造紙機(jī)、航天器件模具、夾具等部件。
【附圖說(shuō)明】
[0006]附圖是脈沖離子氮化陰極電弧大型弧源一體機(jī)示意圖。
[0007]圖中:1真空室；2陰極電弧源電源；3工件；4抽真空系統(tǒng)；5脈沖負(fù)偏壓電源；6脈沖離子滲氮電源；7通入Ar、N2, H2裝置；8加熱裝置；9通入氨、或丙酮、或乙醇、或丙烷、或
CO2裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0008]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0009]本發(fā)明脈沖離子氮化陰極電弧大型弧源一體機(jī)主要參數(shù):
[0010]1.真空室I
[0011]立式園筒形，雙開(kāi)門(mén)，外冷板，內(nèi)徑C 1200mm，高1800mm，C 960mm公轉(zhuǎn)盤(pán)
[0012]2.真空抽氣系統(tǒng)4
[0013]粗抽機(jī)組:2X-70旋片泵3臺(tái)，RT0-600羅茨I臺(tái)，精抽主泵:F400/3500渦輪分子泵3臺(tái)，配I臺(tái)2X-70旋片泵作維持泵
[0014]3.脈沖離子滲氮電源6
[0015]最大輸出峰值電流:200A，最大輸出平均電流:100A，輸出電壓:0?1000V連續(xù)可調(diào)，頻率:1000Hz，滅弧速度:彡15微秒(us)，控溫方式:予置溫度、4?20mA、PID連續(xù)調(diào)節(jié)，控溫精度±1°C
[0016]4.陰極電弧大型弧源2
[0017]弧電源:250A，陰極電弧源靶材尺寸:Φ 155mm，數(shù)量:20套，弧斑驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng):雙磁場(chǎng)，電動(dòng)屏蔽板20套當(dāng)離子滲氮時(shí)陰極電弧源要屏蔽
[0018]5.工件脈沖偏壓電源5
[0019]普斯特70KW脈沖偏壓電源，O?1000V
[0020]6.工件烘烤加熱系統(tǒng)8
[0021]42KW加熱器，爐內(nèi)溫度550°C ±5°C，不能超過(guò)650°C
[0022]7.操控糸統(tǒng)
[0023]三菱Q系PLC、研華一體工控機(jī)，17in觸摸顯示屏
[0024]8.氣路系統(tǒng)7，9
[0025]6路七星華創(chuàng)數(shù)字質(zhì)量流量計(jì)，分別輸入Ar、NH3, N2, H2, CO2,前置有電磁保護(hù)閥，混氣罐，復(fù)合充氣管，每路充氣管雙層微孔結(jié)構(gòu)?；鞖饩鶆?br>[0026]9.工件3驅(qū)動(dòng)
[0027]變頻器控制交流電機(jī)，主軸磁流體密封，轉(zhuǎn)架公轉(zhuǎn)速I(mǎi)?18轉(zhuǎn)/轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)min,無(wú)級(jí)調(diào)速，在離子滲氮時(shí)工件不轉(zhuǎn)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種脈沖離子氮化陰極電弧大型弧源一體機(jī)，包括真空室(I)、陰極電弧源電源(2)、工件(3)、抽真空系統(tǒng)(4)、脈沖負(fù)偏壓電源(5)、脈沖離子滲氮電源(6)、通入41.、^、H2裝置(7)、加熱裝置(8)、通入氨、丙酮、或乙醇、或丙烷、或C02裝置(9)組成；其特征是:脈沖離子滲氮電源(6)主要參數(shù)是:最大輸出嶧值電流:200?300A，最大輸出平均電流:100?150A，輸出電壓:0?1000V連續(xù)可調(diào)，頻率:1000Hz，滅弧速度:彡15微秒(us);陰極電弧大型弧源(2)主要參數(shù)是:弧電源:100?400A，陰極電弧源靶材尺寸:<2 100?200_，弧斑驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng):雙磁場(chǎng):脈沖離子氮化陰極電弧大型弧源一體機(jī)能承擔(dān)真空消除應(yīng)力退火、脈沖離子氮化、脈沖離子軟氮化及陰極電弧離子鍍厚膜工藝操作；能制備工件(3)表層耐磨層硬度呈緩和過(guò)渡分布厚膜層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖離子氮化陰極電弧大型弧源一體機(jī)，其特征是:在一體機(jī)同時(shí)完成脈沖離子滲氮及陰極電弧離子鍍工藝操作，能制備工件(3)表層耐磨層硬度呈緩和過(guò)渡的厚膜層，工件(3)基材硬度200?300Hv，脈沖離子氮化爐制備改性層硬度400?1200Hv，改性層厚度40?150 μ m,陰極電弧離子鍍制備鍍膜層硬1300?2000Hv膜層厚度20?80 μ m。
【專(zhuān)利摘要】一種脈沖離子氮化陰極電弧大型弧源一體機(jī)，屬于材料表面技術(shù)領(lǐng)域。其特征是：包括真空室1、陰極電弧源電源2、工件3、抽真空系統(tǒng)4、脈沖負(fù)偏壓電源5、脈沖離子滲氮電源6、通入Ar、N2、H2裝置7、加熱裝置8、通入氨、丙酮或乙醇、或丙烷、或CO2裝置9；能承擔(dān)真空消除應(yīng)力退火，脈沖離子氮化、脈沖離子軟氮化及陰極電弧離子鍍厚膜；能制備工件3表層耐磨層硬度呈緩和過(guò)渡分布,防止鍍膜脫落的鍍膜。本發(fā)明的效果和益處是：可代替現(xiàn)行電鍍硬鉻，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染,對(duì)人體無(wú)害；解決鈦合金耐磨性不足；應(yīng)用廣泛如模具、機(jī)床零部件、機(jī)車(chē)、軸類(lèi)、缸套、活塞環(huán)、進(jìn)排氣伐、航天器件等部件。
【IPC分類(lèi)】C23C8/36
【公開(kāi)號(hào)】CN104911534
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510206421
【發(fā)明人】董闖, 陳寶清, 陳大民, 張吉祥, 谷偉, 張慶祥, 胡小剛
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年4月27日