氮化炉的改造及效果分析

2020-04-16尹国武

机械管理开发 2020年2期

尹国武

（中国重汽集团大同齿轮有限公司，山西大同 037005）

引言

氮化炉被广泛应用于金属热处理的工艺环节中，其主要任务是强化金属表面的热处理效果。经氮化炉处理后的工件具有变形小、氮化层脆性低，且氮化处理后工件的耐磨性、抗腐蚀性以及抗疲劳强度特性均得到了显著的提升。当前，应用于金属件热处理工艺效果最好的氮化炉类型为离子氮化炉[1]。鉴于离子氮化炉独特的工作特性，在实际运行过程中

由于其阴极的结构存在缺陷导致打弧现象的发生，从而影响金属件最终的热处理效果。经调研可知，传统离子氮化炉的阴极及测温偶普遍被安装于氮化炉的底盘上且氮化炉的均匀性较差，这是导致氮化炉工作受阻及工件返工率高的关键原因。据此，对氮化炉进行改造。

1 离子氮化炉的工作原理

离子氮化炉的主要任务是完成对金属件的热处理，以提升金属件的耐腐蚀、耐磨性等性能。离子氮化系统的组成如图1 所示。

图1 离子氮化系统结构组成示意图

离子氮化炉是基于气体导电性的原理研制而的。在实际应用中，将需热处理的金属件置于存在高压直流电源的真空室中，并将带热处理的工件与直流电源负极的阴极盘相连，与此同时将工件的外圈与直流电源的阳极相连[2]。当真空室内的真空度满足要求时向其中注入一定的氨气。氨气在高压的作用下分解为氨气正离子和氨气负离子，在“异性相吸”的作用下，氨气正离子流向工件的阴极，并在高温的作用下，氨气正离子还原为氨原子覆盖于工件表面形成一层耐腐蚀性、耐磨以及耐疲劳的膜。

2 离子氮化炉阴极盘的改造

2.1 离子氮化炉阴极盘现状

1）离子氮化炉阴极盘结构不合理。离子氮化炉的阴极盘由三个小盘状阴极组成。在实际氮化处理工艺过程中，三个小阴极盘会同时与阳极起作用从而达到起辉的目的[3]。三个小阴极盘同时动作很大程度上增加了打弧现象发生的可能性。热处理过程中的打弧现象不仅会对工件造成损伤，还会加速灭弧装置被损坏。此外，三个阴极盘之间的间隙防辉存在极大的不可靠性，导致在阴极盘和防辉盘之间可能出现打弧现象。

2）离子氮化炉密封性能存在缺陷。由于离子氮化炉的阴极盘和测温偶均安装于设备的底盘上，导致设备的密封点较多，一定程度上增加了氮化炉泄露的影响，进而影响炉内的真空度。若离子氮化炉内的真空度不达要求将会直接金属工件的热处理效果。

2.2 离子氮化炉阴极盘的改造

根据2.1 中的对当前氮化炉阴极盘结构不合理所导致各类问题的原因分析，对其阴极盘结构做出如下页图2 所示的改造。

如图2 所示，离子氮化炉的阴极盘仍然安装于设备的底盘上，为解决其密封效果不佳的问题，将阴极盘供电系统更改为中间引电柱，并在离子氮化炉和引电柱之间加设水冷却装置和多道密封；为解决阴极盘与防辉盘产生打弧现象的问题，将三个小阴极盘由均匀布置的阴极作为阴极盘的支撑。

图2 改造后阴极盘的结构

2.3 改造效果

将以往三个小阴极盘设计为一个整体阴极盘，并将其供电由以往的三路供电更改为一路供电，从而从结构上对阴极盘的打弧现象进行了一定的改善；将测温偶安装于阴极的引电柱内，此举将测温偶和导电柱合为一体不仅能够提升对离子氮化炉内温度的测量精确度的提升，而且还从一定程度上减少了密封点，从而提升了设备的密封性能；对设备各个部件的引电柱增设了防辉帽[4]。