用于通過等離子體反應(yīng)器來處理金屬零件的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于能夠處理金屬零件的設(shè)備和方法，特別是處理由粉末冶金獲得的多孔金屬零件，所述處理包括分離和除去存在于金屬零件的表面上或孔中的油以及其它有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物的清潔階段，可選地還包括熱化學(xué)處理所述金屬零件的表面的階段，這些操作在等離子體反應(yīng)環(huán)境中進(jìn)行，優(yōu)選是在同一反應(yīng)器的內(nèi)部進(jìn)行。
【背景技術(shù)】
[0002]在大部分情況下，通過粉末冶金產(chǎn)生的零件由于在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的尺寸變化而需要在燒結(jié)步驟后進(jìn)行標(biāo)定。潤(rùn)滑油用于標(biāo)定中，以便降低機(jī)床的摩擦和磨損，還方便零件從標(biāo)定基體中取出。潤(rùn)滑油同樣通常用于儲(chǔ)存燒結(jié)零件和通過其它制造技術(shù)來生產(chǎn)的零件。例如，冷凍機(jī)油也用于機(jī)械加工金屬零件。
[0003]為了提高最終零件的特性(例如耐磨性、抗腐蝕性和抗疲勞性)，通常使用表面熱化學(xué)處理，例如滲氮、粘固、碳氮共滲等。為了實(shí)現(xiàn)這些熱化學(xué)處理，在零件的表面上和孔中存在油將很不利，特別是當(dāng)熱化學(xué)處理通過等離子體來進(jìn)行時(shí)。
[0004]在等離子體滲氮過程中，保留在零件的孔中和表面上的油產(chǎn)生放電不穩(wěn)定、反應(yīng)器污染、形成不充分的表面層(例如通過硝酸鹽形成)以及由進(jìn)行處理的材料的碳來污染(通過低效的清潔)。因此，在表面硬化的熱化學(xué)處理之前，油必須完全除去。
[0005]在一些已知的處理方法中，表面的清潔和熱化學(xué)處理的操作在不同設(shè)備中在兩個(gè)分開的步驟中執(zhí)行，這需要非常長(zhǎng)的處理時(shí)間，通常20小時(shí)，從而導(dǎo)致低生產(chǎn)率和高成本。
[0006]為了從金屬零件上完全除去油以及其它有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物，還為了減小和簡(jiǎn)化所述零件在相同熱循環(huán)中的隨后表面熱化學(xué)處理階段，已經(jīng)提出了相同申請(qǐng)人的巴西專利申請(qǐng)P1-0105593-3的表面清潔和處理物體的方法，根據(jù)該方法，要清潔的零件位于等離子體反應(yīng)器內(nèi)部，并與該等離子體反應(yīng)器的陽(yáng)極連接，所述反應(yīng)器的陰極與負(fù)電勢(shì)連接。零件由電離氣體(所謂的等離子體)包圍，該離子化氣體通過放電來產(chǎn)生。電子引起在與反應(yīng)器陽(yáng)極連接的零件上的電子轟擊。盡管由等離子體產(chǎn)生的熱量(通過快離子和中性原子對(duì)陰極的碰撞)通常足以提供分子分離油的蒸發(fā)，而不需要等離子體參數(shù)相關(guān)變化成更足以催化在各清潔階段的感興趣反應(yīng)，但是在很多情況下，由等離子體產(chǎn)生的熱量并不足以保持用于在清潔后的零件上執(zhí)行隨后的表面處理所需的處理溫度，因此需要在反應(yīng)器外部提供電阻加熱。而且，為了提供在隨后表面處理階段所需的溫度水平而設(shè)置的放電強(qiáng)度可能在反應(yīng)環(huán)境中引起電弧，從而引起零件的表面損壞以及由于碳沉積在零件的表面上而導(dǎo)致污染，從而進(jìn)一步削弱了熱化學(xué)處理。
[0007]如上面所述，還提出了專利申請(qǐng)P10803774-4的方法和等離子體反應(yīng)器，該專利申請(qǐng)P10803774-4也為相同申請(qǐng)人，介紹和要求保護(hù)一種能夠根據(jù)所希望的表面處理而在反應(yīng)器內(nèi)部獲得均勻和平均升高溫度的方案，與產(chǎn)生等離子體的放電的參數(shù)無(wú)關(guān)，該溫度在各種情況下都更充分地催化目標(biāo)反應(yīng)，且不會(huì)導(dǎo)致在反應(yīng)環(huán)境中形成電弧。
[0008]在專利申請(qǐng)P10803774-4中提出的方法和反應(yīng)器能夠在相同反應(yīng)器中進(jìn)行零件的清潔和隨后表面處理的操作，該反應(yīng)器的溫度優(yōu)選是由外部電阻加熱來控制，從而能夠通過氣體等離子體的分子分離以及分離污染物的蒸發(fā)和排出而進(jìn)行清潔，等離子體反應(yīng)器的內(nèi)部保持在比所述污染物的冷凝溫度更高的溫度。
[0009]不過，加熱和操作反應(yīng)器的階段(在清潔操作中和在表面處理操作中)存在時(shí)間間隔，這通常對(duì)于裝載和卸載零件以及冷卻反應(yīng)器(用于取出或卸載零件)的階段的總時(shí)間間隔相當(dāng)不利。即使當(dāng)在清潔階段后執(zhí)行表面處理階段時(shí)，加熱、清潔和表面處理的總時(shí)間間隔仍然將不利于裝載、卸載和冷卻階段的總時(shí)間間隔，主要是由于在沒有用于反應(yīng)器和它的反應(yīng)腔室的加速冷卻系統(tǒng)的幫助下執(zhí)行冷卻階段的冷卻時(shí)間。當(dāng)使用加速冷卻系統(tǒng)時(shí)，可以使得裝載、卸載和冷卻的總時(shí)間近似等于加熱和操作(包括至少一個(gè)清潔和表面處理的階段)的總時(shí)間。
[0010]因此，用于供給離子化氣體、真空產(chǎn)生和離子化的加熱裝置和系統(tǒng)在反應(yīng)器的逐漸冷卻的持續(xù)時(shí)間中保持不工作，增加了零件的裝載和卸載階段的總持續(xù)時(shí)間。當(dāng)完成反應(yīng)器中的新裝載時(shí)(已經(jīng)在前冷卻和卸載)，加熱裝置重新起動(dòng)，以便加熱反應(yīng)器的內(nèi)部，從而使得該反應(yīng)器的內(nèi)部保持在合適的溫度條件，同時(shí)還起動(dòng)用于供給離子化氣體、真空產(chǎn)生和離子化的系統(tǒng)，用于執(zhí)行清潔和表面處理中的至少一個(gè)操作。
[0011]因此，用于各反應(yīng)器的加熱裝置的使用有使得加熱裝置以及用于供給離子化氣體、真空產(chǎn)生和離子化的系統(tǒng)保持不工作一段時(shí)間的缺點(diǎn)，該時(shí)間可以等于:反應(yīng)器的總加熱和操作時(shí)間的一部分；與反應(yīng)器的總加熱和操作時(shí)間近似相等的時(shí)間；或者所述總加熱和操作時(shí)間的多倍。
[0012]除了生產(chǎn)率損失之外(由裝載和卸載零件以及冷卻反應(yīng)器的時(shí)間表示)，加熱裝置保持停用和在它停用的時(shí)間中冷卻，等待反應(yīng)器的冷卻和將零件裝入反應(yīng)器中的新裝載，然后再次驅(qū)動(dòng)，以便開始反應(yīng)器的新加熱階段。如上所述，反應(yīng)器的停用時(shí)間可以稍微低于、近似等于或者大于反應(yīng)器的加熱和操作的總時(shí)間(為了執(zhí)行清潔、表面處理或者依次進(jìn)行的兩個(gè)操作)。
[0013]應(yīng)當(dāng)知道，在加熱裝置保持不工作的時(shí)間中，用于供給離子化氣體、用于真空產(chǎn)生和用于離子化的系統(tǒng)也保持不工作，從而并不執(zhí)行能夠認(rèn)為是為了執(zhí)行金屬零件的清潔和/或表面處理操作的任何生產(chǎn)性事情(它們使得設(shè)備成本高)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]由于上述關(guān)于生產(chǎn)率限制(由于加熱裝置以及用于供給離子化氣體、真空產(chǎn)生和離子化的系統(tǒng)在反應(yīng)器的每個(gè)完整操作循環(huán)中的無(wú)效時(shí)間)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是在等離子體產(chǎn)生參數(shù)完全獨(dú)立的方式下產(chǎn)生和控制的溫度下提供一種用于通過氣體等離子體來處理金屬零件的設(shè)備和方法，不會(huì)導(dǎo)致在反應(yīng)環(huán)境中形成電弧，并進(jìn)一步降低或消除了加熱裝置以及用于供給離子化氣體、真空產(chǎn)生和離子化的系統(tǒng)在反應(yīng)器的整個(gè)操作循環(huán)中保持無(wú)效的時(shí)間。
[0015]這些和其它目的通過一種用于由等離子體反應(yīng)器來處理金屬零件的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，該等離子體反應(yīng)器的類型為包括金屬殼體，該金屬殼體在內(nèi)部確定了反應(yīng)腔室，該反應(yīng)腔室設(shè)有:支承件；陽(yáng)極-陰極系統(tǒng)，該陽(yáng)極-陰極系統(tǒng)可與電能量源連接；進(jìn)口，該進(jìn)口能夠與可離子化氣體源連接；氣體裝料排出的出口，該出口可與真空源連接；以及加熱裝置，以便加熱反應(yīng)腔室，所述反應(yīng)器進(jìn)行加熱階段、清潔階段和/或表面處理階段、冷卻階段、以及金屬零件的卸載階段和裝載階段。
[0016]設(shè)備包括:至少兩個(gè)反應(yīng)器，各反應(yīng)器可選擇地和交替地具有:進(jìn)口，它們的進(jìn)口與相同的可離子化氣體源連接；出口，它們的出口與相同的真空源連接；以及陽(yáng)極-陰極系統(tǒng)，該陽(yáng)極-陰極系統(tǒng)與相同電能量源連接，加熱裝置可在操作位置之間移動(dòng)，在各操作位置中，它在側(cè)部和上部包圍設(shè)備的相應(yīng)反應(yīng)器，同時(shí)該反應(yīng)器保持在加熱階段以及金屬零件的清潔和/或表面處理的階段中。
[0017]本發(fā)明的方法使用如上面對(duì)于設(shè)備來確定的等離子體反應(yīng)器，并包括以下步驟:執(zhí)行將金屬零件裝載至第一反應(yīng)器內(nèi)的階段；通過加熱裝置使得第一反應(yīng)器進(jìn)行加熱階段，該加熱裝置選擇地定位在第一反應(yīng)器周圍，同時(shí)向它的反應(yīng)腔室供給由離子化氣體源提供的離子化氣體裝料，進(jìn)行氣體裝料通過真空源的排出，并進(jìn)行由電能量源提供的放電，以便在操作時(shí)間中執(zhí)行金屬零件的清潔和表面處理操作中的至少一個(gè)；使得加熱裝置移動(dòng)離開第一反應(yīng)器，然后將所述加熱裝置定位在已經(jīng)進(jìn)行了裝載新金屬零件的階段的其它反應(yīng)器上面，并通過加熱裝置來使得所述其它反應(yīng)器進(jìn)行加熱階段，同時(shí)向它的反應(yīng)腔室供給由離子化氣體源提供的離子化氣體裝料，并通過真空源來進(jìn)行氣體裝料的排出，進(jìn)行由電能量源提供的放電；以及使得第一反應(yīng)器在非操作時(shí)間中進(jìn)行冷卻、卸載和裝載的階段，從而使得所述第一反應(yīng)器準(zhǔn)備在完成其它反應(yīng)器中的清潔和/或表面處理操作之后再次接收加熱裝置。
[0018]冷卻系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成提供冷卻時(shí)間，該冷卻時(shí)間加上反應(yīng)器的卸載和裝載時(shí)間而獲得總持續(xù)時(shí)間，該總持續(xù)時(shí)間等于反應(yīng)器的供給和操作的總時(shí)間的至少大約一半、相同值、或者甚至是多倍，從而使得加熱裝置、用于供給離子化氣體、用于真空產(chǎn)生和用于離子化的系統(tǒng)能夠用于至少一個(gè)其它反應(yīng)器，同時(shí)第一反應(yīng)器處于冷卻、卸載和裝載階段中的至少一個(gè)中。
【附圖說明】
[0019]下面將參考附圖介紹本發(fā)明，該附圖通過本發(fā)明一個(gè)實(shí)