[发明专利]用于通过等离子体反应器来处理金属零件的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于能够处理金属零件的设备和方法，特别是处理由粉末冶金获得的多孔金属零件，所述处理包括分离和除去存在于金属零件的表面上或孔中的油以及其它有机和无机污染物的清洁阶段，可选地还包括热化学处理所述金属零件的表面的阶段，这些操作在等离子体反应环境中进行，优选是在同一反应器的内部进行。

背景技术

在大部分情况下，通过粉末冶金产生的零件由于在烧结过程中产生的尺寸变化而需要在烧结步骤后进行标定。润滑油用于标定中，以便降低机床的摩擦和磨损，还方便零件从标定基体中取出。润滑油同样通常用于储存烧结零件和通过其它制造技术来生产的零件。例如，冷冻机油也用于机械加工金属零件。

为了提高最终零件的特性(例如耐磨性、抗腐蚀性和抗疲劳性)，通常使用表面热化学处理，例如渗氮、粘固、碳氮共渗等。为了实现这些热化学处理，在零件的表面上和孔中存在油将很不利，特别是当热化学处理通过等离子体来进行时。

在等离子体渗氮过程中，保留在零件的孔中和表面上的油产生放电不稳定、反应器污染、形成不充分的表面层(例如通过硝酸盐形成)以及由进行处理的材料的碳来污染(通过低效的清洁)。因此，在表面硬化的热化学处理之前，油必须完全除去。

在一些已知的处理方法中，表面的清洁和热化学处理的操作在不同设备中在两个分开的步骤中执行，这需要非常长的处理时间，通常20小时，从而导致低生产率和高成本。

为了从金属零件上完全除去油以及其它有机和无机污染物，还为了减小和简化所述零件在相同热循环中的随后表面热化学处理阶段，已经提出了相同申请人的巴西专利申请PI-0105593-3的表面清洁和处理物体的方法，根据该方法，要清洁的零件位于等离子体反应器内部，并与该等离子体反应器的阳极连接，所述反应器的阴极与负电势连接。零件由电离气体(所谓的等离子体)包围，该离子化气体通过放电来产生。电子引起在与反应器阳极连接的零件上的电子轰击。尽管由等离子体产生的热量(通过快离子和中性原子对阴极的碰撞)通常足以提供分子分离油的蒸发，而不需要等离子体参数相关变化成更足以催化在各清洁阶段的感兴趣反应，但是在很多情况下，由等离子体产生的热量并不足以保持用于在清洁后的零件上执行随后的表面处理所需的处理温度，因此需要在反应器外部提供电阻加热。而且，为了提供在随后表面处理阶段所需的温度水平而设置的放电强度可能在反应环境中引起电弧，从而引起零件的表面损坏以及由于碳沉积在零件的表面上而导致污染，从而进一步削弱了热化学处理。

如上面所述，还提出了专利申请PI0803774-4的方法和等离子体反应器，该专利申请PI0803774-4也为相同申请人，介绍和要求保护一种能够根据所希望的表面处理而在反应器内部获得均匀和平均升高温度的方案，与产生等离子体的放电的参数无关，该温度在各种情况下都更充分地催化目标反应，且不会导致在反应环境中形成电弧。

在专利申请PI0803774-4中提出的方法和反应器能够在相同反应器中进行零件的清洁和随后表面处理的操作，该反应器的温度优选是由外部电阻加热来控制，从而能够通过气体等离子体的分子分离以及分离污染物的蒸发和排出而进行清洁，等离子体反应器的内部保持在比所述污染物的冷凝温度更高的温度。

不过，加热和操作反应器的阶段(在清洁操作中和在表面处理操作中)存在时间间隔，这通常对于装载和卸载零件以及冷却反应器(用于取出或卸载零件)的阶段的总时间间隔相当不利。即使当在清洁阶段后执行表面处理阶段时，加热、清洁和表面处理的总时间间隔仍然将不利于装载、卸载和冷却阶段的总时间间隔，主要是由于在没有用于反应器和它的反应腔室的加速冷却系统的帮助下执行冷却阶段的冷却时间。当使用加速冷却系统时，可以使得装载、卸载和冷却的总时间近似等于加热和操作(包括至少一个清洁和表面处理的阶段)的总时间。

因此，用于供给离子化气体、真空产生和离子化的加热装置和系统在反应器的逐渐冷却的持续时间中保持不工作，增加了零件的装载和卸载阶段的总持续时间。当完成反应器中的新装载时(已经在前冷却和卸载)，加热装置重新起动，以便加热反应器的内部，从而使得该反应器的内部保持在合适的温度条件，同时还起动用于供给离子化气体、真空产生和离子化的系统，用于执行清洁和表面处理中的至少一个操作。

因此，用于各反应器的加热装置的使用有使得加热装置以及用于供给离子化气体、真空产生和离子化的系统保持不工作一段时间的缺点，该时间可以等于：反应器的总加热和操作时间的一部分；与反应器的总加热和操作时间近似相等的时间；或者所述总加热和操作时间的多倍。