[发明专利]脉冲离子氮化阴极电弧大型弧源一体机

说明书

技术领域

本发明属于材料表面技术领域，涉及到脉冲离子渗氮及阴极电弧离子镀装置。

背景技术

目前脉冲离子渗氮及阴极电弧离子镀技术，是在两个装置分别完成工艺操作，阴极电弧大型弧源镀膜机可镀制金属间化合物如CrN、TiN、TiAlN等厚膜硬度均可达2000Hv，而工件3基材硬度为200～300Hv，由于二者硬度相差太大，工件3在服役中硬镀膜易脱落；而脉冲离子氮化炉可制备改性层，硬度为1200Hv，可做为工件3题与硬镀膜之间过渡层；目前为制备工件3表面耐磨层硬度呈缓和过渡厚膜层工艺操作是：工件3首先在脉冲离子渗氮炉渗氮加工制备改性层完成后，取出工件，再经清洗烘干，装进阴极电弧离子镀炉中进行离子镀硬膜工艺操作，主要缺点：镀膜质量受影响又其附着性，增加加工时间，生产成本提高；目前电镀硬铬膜层硬度为700～900Hv，电镀硬铬工艺缺点是：严重污染环境，六价铬对人体有害；本发明脉冲离子氮化阴极电弧大型弧源一体机可以解决上述问。

发明内容

本发明的目的是：提供一种脉冲离子氮化阴极电弧大型弧源一体机，在一体机可中同时完成脉冲离子渗氮及阴极电弧离子镀工艺操作，能制备工件3表层耐磨层硬度呈缓和过渡的厚膜层，防止硬镀膜层在服役中脱落，主要优点：设备投资减少，加工时间减少，镀膜质量好，服役时间增加,降低生产成本。

本发明的技术方案是：脉冲离子氮化阴极电弧大型弧源一体机，由真空室1、阴极电弧源电源2、工件3、抽真空系统4、脉冲负偏压电源5、脉冲离子渗氮电源6、通入Ar、N₂、H₂装置7、加热装置8、通入氨、丙酮或乙醇、或丙烷、或CO₂装置9组成；脉冲离子渗氮电源6主要参数是：最大输出峄值电流：200～300A，最大输出平均电流：100～150A，输出电压：0～1000V连续可调，频率：1000Hz，灭弧速度：小于15微秒(us)；阴极电弧大型弧源2主要参数是：弧电源：100～400A，阴极电弧源靶材尺寸：￠100～￠200mm，弧斑驱动磁场：双磁场。

本发明的效果和益处是：取代对环境污染对人体有害电镀硬铬工艺，脉冲离子氮化阴极电弧大型弧源一体机，能承担真空消除应力退火、脉冲离子氮化、脉冲离子软氮化及阴极电弧离子镀厚膜工艺操作；能制备工件3表面耐磨层硬度呈缓和过渡分布的厚膜层，耐磨层硬度及膜层厚度分布是：工件3基材硬度200～300Hv，脉冲离子氮化炉制备改性层硬度400～1200Hv,改性层厚度40～150μm,阴极电弧离子镀制备镀膜层硬度1300～2000Hv膜层厚度20～80μm；解决钛合金硬度太低耐磨性不足；材料可取碳钢、合金钢、不锈钢、球墨铸铁、钛合金；可用于、机床零部件、化工机械、农业机械、矿山机械、机车、轴类、杆件、缸套、活塞环、进排气伐、纺织机械、造纸机、航天器件模具、夹具等部件。

附图说明

附图是脉冲离子氮化阴极电弧大型弧源一体机示意图。

图中：1真空室；2阴极电弧源电源；3工件；4抽真空系统；5脉冲负偏压电源；6脉冲离子渗氮电源；7通入Ar、N₂、H₂装置；8加热装置；9通入氨、或丙酮、或乙醇、或丙烷、或CO₂装置。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

本发明脉冲离子氮化阴极电弧大型弧源一体机主要参数：

1.真空室1

立式园筒形，双开门，外冷板，内径￠1200mm，高1800mm，￠960mm公转盘

2.真空抽气系统4

粗抽机组：2X-70旋片泵3台，RTO-600罗茨1台，精抽主泵：F400/3500涡轮分子泵3台，配1台2X-70旋片泵作维持泵

3.脉冲离子渗氮电源6

最大输出峰值电流：200A，最大输出平均电流：100A，输出电压：0～1000V连续可调，频率：1000Hz，灭弧速度：≤15微秒(us)，控温方式：予置温度、4～20mA、PID连续调节，控温精度±1℃

4.阴极电弧大型弧源2

弧电源：250A，阴极电弧源靶材尺寸：￠155mm，数量：20套，弧斑驱动磁场：双磁场，电动屏蔽板20套当离子渗氮时阴极电弧源要屏蔽

5.工件脉冲偏压电源5

普斯特70KW脉冲偏压电源，0～1000V

6.工件烘烤加热系统8

42KW加热器,炉内温度550℃±5℃,不能超过650℃

7.操控糸统