[发明专利]一种球形零件批量等离子体基离子注入方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种球形零件等离子体基离子注入方法及其装置，属于等离子体基离子注入技术领域。

背景技术

等离子体基离子注入技术可以对精密零件实现低温表面改性，其特点是不改变被处理零件的尺寸精度，且温度可以控制在室温或略高于室温，并且可以对处于等离子体环境中的所有表面进行同时注入，因此，该技术可以实现批量处理。该技术的基本原理是在工件周围形成等离子体空间，当有负高压脉冲施加到工件后，等离子体受到工件上的电场作用，在工件周围形成一正离子鞘层，鞘层中的正离子受电场力的作用同时从各个方向注入到工件表面，形成所谓的全方位离子注入。但对于复杂形状零件来说，还不能形成完全均匀的等离子体基离子注入，其主要原因有两个：其一是等离子体在空间分布的不均匀性会造成对应于工件表面不同位置处的离子密度不同；其二是工件表面形状会引起周围电场分布的不均匀，特别是曲率半径变化。球形零件虽然表面曲率半径相同，但受到支撑体的影响，表面的电场也远离均匀分布。通常人们采用转动工件的等离子体基离子注入装置和方法解决离子注入不均匀的问题，上述所述装置和方法对有回转轴的零件比较有效，但对于球形零件来说，能够形成均匀离子注入的滚动方案十分复杂，且还存在注入均匀性问题。由于在等离子体基离子注入时采用的是脉冲电压，滚动过程中微小的跳动会造成工件与支撑体之间产生电弧，该电弧对于象轴承钢球一类的精密零件的损伤不容忽视，因此一边离子注入，一边转动的方案并不可行。此外，上述所述装置和方法无法实现同一批球形零件处理效果一致的目的。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的转动工件的等离子体基离子注入装置和方法对球形零件进行等离子体基离子注入存在注入不均匀，且无法实现同一批球形零件处理效果一致的问题。

本发明的一种球形零件批量等离子体基离子注入方法是这样完成的：将多个直径D相同的球形零件放置在倾斜圆盘的环槽内，所述倾斜圆盘的中心轴线与竖直方向之间的夹角α为5°-30°，倾斜圆盘的转动通过驱动电机和传动装置控制，所述驱动电机和高压脉冲电源的启停通过同步切换控制器控制，先对球形零件施加高压脉冲电压，对球形零件的表面进行等离子体基离子注入，注入时间为5-10min之后，停止施加高压脉冲电压，同时启动驱动电机，倾斜圆盘的转动使部分球形零件越过倾斜圆盘的环槽内的最高点后靠自重滚动至倾斜圆盘的环槽内的最低点，球形零件的滚动过程随机进行，倾斜圆盘的转速为1-10rpm/min、单次转动时间为3-30s，之后，停止驱动电机转动，同时开启高压脉冲电源，经高压脉冲电源延时5-10s后，开始对球形零件表面进行等离子体基离子注入，单次注入时间为5-10min，驱动电机和高压脉冲电源的启停保持同步切换，直至所有球形零件表面离子注入均匀为止。

本发明的一种球形零件批量等离子体基离子注入装置包括真空室、等离子体发生装置、高压脉冲电源、固定工作台、传动装置、驱动电机、垫块和电极；所述离子注入装置还包括一号电源、二号电源、同步切换控制器和倾斜圆盘，所述传动装置由主动齿轮、从动齿轮和推力轴承组成，所述同步切换控制器的一个控制输出端与一号电源的受控端相连接，同步切换控制器的另一个控制输出端与二号电源的受控端相连接，所述一号电源给驱动电机提供供电电源，二号电源给高压脉冲电源提供供电电源，所述驱动电机输出轴的上端穿过真空室的底端面装在真空室内，装在真空室内的驱动电机输出轴上固装有主动齿轮，所述主动齿轮与倾斜设置的从动齿轮啮合，所述从动齿轮的上端面上固装有与其倾斜方向相同的倾斜圆盘，从动齿轮的下端面与固定工作台之间设置有推力轴承，所述推力轴承通过从动齿轮的下端面和设置在固定工作台上的垫块限位，高压脉冲电源的输出电极给固定工作台通电，所述等离子体发生装置引入真空室部分设置在真空室内且位于倾斜圆盘的正上方。

本发明具有以下有益效果：一、本发明的方法是将球形零件放置在具有一定倾角的倾斜圆盘内，利用倾斜圆盘的间歇运动，调整球形零件的位置，使其随机分布，从而达到整个球形零件表面能均匀接收注入的离子。倾斜圆盘的间歇运动与高压脉冲电源启动实现同步，防止由于球形零件滚动造成打弧现象。二、本发明的装置可以对不同尺寸的球形工件实现均匀离子注入，并确保球形工件表面不因为瞬间电弧放电而烧蚀，保证精密球形零件的尺寸精度，大幅度提高零件的使用寿命。三、本发明的装置和方法可以对球形零件进行等离子体基离子均匀注入，且可实现同一批球形零件处理效果一致的目的。

附图说明