[实用新型]双面等离子表面冶金金属板材的立式生产装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种双面等离子表面冶金金属板材的立式生产装置，属于金属板材表面冶金领域。

背景技术

金属腐蚀是金属和周围环境发生化学或电化学反应而被破坏的现象。金属材料腐蚀会造成设备重大故障，往往使生产中断，发生停电、停水、停气，严重影响人们的正常生产和生活；设备和管道腐蚀破裂，使有毒物质向外泄漏，造成对大气、土壤、江河、湖泊的严重污染；由腐蚀引起的工程事故，造成巨大的经济损失并且会危及人身安全，全球每年由腐蚀造成的损失达7000亿美元，占各国国民经济生产总值(GNP)的2％-4％，是综合自然灾害损失，即地震、台风、水灾等损失总和的6倍。

解决金属材料的腐蚀问题的一种方法是采用整体耐蚀材料，例如不锈钢，但是不锈钢生产需要消耗大量的镍、铬等贵重金属，而这些合金元素资源目前已日益枯竭，导致不锈钢材料的价格不断上涨。

腐蚀是材料表面的问题，提高材料表面耐蚀性就成为解决金属材料腐蚀问题的另一个有效途径。目前，涂层技术的应用为钢铁表面防护发挥了很大作用，如电镀、热浸镀、涂敷等，但镀层或涂层与基体不是冶金结合，层间结合不牢固，在承受载荷时常常出现涂层剥落现象，涂镀合金元素的使用受到一定的限制，影响了此类技术的应用。

利用渗碳、氮化、激光以及等离子处理等表面冶金技术对金属材料表面直接进行处理，改变金属材料表面的成分、组织或者结构来提高金属材料的性能，已经成为目前比较常用的金属材料表面处理技术。

美国专利US Patent 4520268和4731539中公开了一种双层辉光等离子表面冶金技术，其基本原理是在离子氮化装置中增加一个欲渗合金元素构成的源极，该源极和阳极以及工件和阳极之间各设置一个直流可调压电源。当真空室抽真空并充以氩气达到一定工作气压后，接通两个直流电源，使工件和源极分别产生辉光放电，此即所谓双层辉光放电现象。辉光放电所产生的氩离子轰击，使源极溅射出合金元素并奔向工件，而工件经离子轰击被加热到高温。合金元素借助于轰击、沉积和扩散而渗入工件表面，从而形成含有欲渗合金元素的合金层。该合金层中的合金元素含量和合金层厚度可以通过调节工作气压、源极和工件电压及电流以及温度和渗入时间等工艺参数加以控制。这两篇美国专利首先提出了采用双层辉光等离子表面冶金技术进行金属材料表面冶金的思路，随后出现了尝试将该技术有效应用到工业生产或工业产品的一些研究报道。

中国专利87104626.1公开了一种双层辉光离子渗金属炉，该设备可用于小型零部件的生产，最大可处理的工件表面积为1m×1m，为双层辉光离子渗金属技术的实际应用提供了保证。但使用该设备工作效率低，无法实现对于表面积大于2m²的工件的处理，限制了双辉技术的大规模工业应用。

中国专利申请200710023604.8公开了一种半连续式等离子表面冶金板材批量生产方法及装备，该装备由预真空室-表面冶金室-冷却室组成，钢板在表面冶金室水平往复运动，可实现钢板的单面大面积表面合金化处理，完成这种等离子表面冶金板材的半连续式生产。根据该专利申请公开的内容(参见该专利申请文本的图2和图3)可知，在处理过程中，金属板材始终处于卧式状态(即金属板材水平放置在处理炉内，其面积最大的两面，一面向下，另一面向上；而源极悬挂在待处理的金属板材的上方并面向待处理的一面；具体可参考该发明申请公开的附图)，要实现对金属板材的两面冶金处理，必须先处理一面，然后将板材翻转后再处理另一面。由于金属板材是以卧式的方式放置在冶金室内，具有较大的水平表面，溅射过程中来自于源极等的自由固体颗粒也会落到金属板材表面并沉积，在高温下会影响处理之后的金属板材的板形和表面质量。

目前有关利用等离子表面冶金技术进行板材表面处理的方法均采用卧式处理方式，即金属板材以水平方式进入冶金室进行表面冶金处理，在工业化生产中存在的问题是，需要二面分别进行处理，不能实现金属板材双面的同步等离子表面合金化处理，而且处理之后的金属板材表面存在自由固体颗粒沉积，并容易产生金属板材在高温时的变形和表面质量问题。因此，虽然已经存在大量针对双层辉光等离子表面冶金技术的专利申请以及研究报道，但是，目前的技术发展和实施现状离将等离子表面冶金技术应用于实际生产并达到一定产业化的成果仍有很大距离。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种双面等离子表面冶金金属板材的生产装置，采用立式生产方法实现大面积金属板材表面冶金的工业化生产。