[发明专利]离子氮碳硫多元共渗辅助设备、处理系统及方法

权利要求书

1.一种离子氮碳硫多元共渗辅助设备，所述离子氮碳硫多元共渗辅助设备适于放置于离子扩渗炉的炉体上，所述离子扩渗炉内具有用于放置金属工件的工件台，其特征在于，所述离子氮碳硫多元共渗辅助设备包括：

空心阴极离子源，所述空心阴极离子源适于放置在所述炉体的顶部，用于向所述金属工件附近射出等离子体电子束；和

磁场辅助单元，所述磁场辅助单元包括绝缘壳体和多个电磁铁；所述绝缘壳体适于放置于所述炉体的侧壁上；多个所述电磁铁同轴且由内至外依次间隔排布于所述绝缘壳体内，相邻两个所述电磁铁的绕线方式相反，多个所述电磁铁用于在所述离子扩渗炉内形成可控的磁场，以改变所述金属工件表面电子的运动轨迹和所述金属工件的磁畴；所述磁场辅助单元还包括位于所述炉体内且尽可能靠近所述绝缘壳体设置的金属盘，所述金属盘被所述电磁铁产生的磁感线包裹，所述金属盘的材质与所述金属工件的材质相同，所述金属盘与所述工件台共电源。

2.根据权利要求1所述的离子氮碳硫多元共渗辅助设备，其特征在于，向所述电磁铁通入的电流满足：使所述金属工件完全被所述电磁铁产生的磁场囊括且所述金属工件附近的磁场强度达到450 Gs ~550Gs。

3.根据权利要求1所述的离子氮碳硫多元共渗辅助设备，其特征在于，各所述电磁铁分别为环形电磁铁。

4.根据权利要求1所述的离子氮碳硫多元共渗辅助设备，其特征在于，各所述电磁铁的轴向与所述工件台的上平面平行。

5.一种离子氮碳硫多元共渗处理系统，其特征在于，包括：

离子扩渗炉，所述离子扩渗炉包括炉体、设置于所述炉体内用于放置金属工件的工件台；

离子氮碳硫多元共渗辅助设备，所述离子氮碳硫多元共渗磁场辅助设备为根据权利要求1~4中任一项所述的离子氮碳硫多元共渗辅助设备；

变压器，所述变压器与所述电磁铁、所述工件台和所述空心阴极离子源连接，用于使所述电磁铁产生磁场和向所述炉体内提供电离电压；

真空泵，所述真空泵与所述炉体连通，用于使所述炉体内处于真空状态；

供气瓶，与所述炉体连通，用于向所述炉体内提供惰性气体、含有氮元素的气体、含有氢元素的气体、含有碳元素的气体和含有硫元素的气体；和

电气控制柜，用于控制所述离子氮碳硫多元共渗辅助设备、所述离子扩渗炉、所述变压器、所述真空泵和所述供气瓶。

6.一种离子氮碳硫多元共渗处理方法，其特征在于，包括：

将金属工件放置在离子扩渗炉的炉体内，对所述炉体内抽真空，并向所述炉体内通入惰性气体；

对所述炉体内通入电压并升温，以保证所述炉体内进行稳定的辉光放电，开启所述空心阴极离子源；

待所述炉体内的温度达到第一温度时，向所述炉体内通入含有氮元素的气体和含有氢元素的气体，继续对所述炉体内升温；

待所述炉体内的温度达到第二温度时，停止通入惰性气体，并向所述炉体内通入含有碳元素的气体，利用根据权利要求1~4中任一项所述的离子氮碳硫多元共渗辅助设备向所述金属工件提供第一磁场强度的磁场；

待所述炉体内的温度达到共渗温度后，利用所述离子氮碳硫多元共渗辅助设备向所述金属工件提供第二磁场强度的磁场；

保温保压阶段，逐渐减小所述离子氮碳硫多元共渗辅助设备向所述金属工件提供的磁场的强度至第三磁场强度；

向所述炉体内通入含有硫元素的气体，并降低所述炉体内的温度；

待所述炉体内的温度降低至第三温度时，利用所述离子氮碳硫多元共场辅助设备向所述金属工件提供第四磁场强度的磁场；

待所述炉体内的温度降低至第四温度时，关闭所述离子氮碳硫多元共渗辅助设备，停止向所述炉体内通入含有氢元素的气体、含有氮元素的气体、含有碳元素的气体和含有硫元素的气体，向所述炉体内通入惰性气体，以对金属工件表面进行清洗；

待所述炉体内的温度降低至第五温度时，停止向所述炉体内通入惰性气体，取出所述金属工件。

7.根据权利要求6所述的离子氮碳硫多元共渗处理方法，其特征在于，所述第四磁场强度大于所述第二磁场强度。