[发明专利]一种消除小孔打弧风险的离子氮化方法

说明书

一种消除小孔打弧风险的离子氮化方法，属于热处理工艺技术领域，可解决小孔周围容易出现打弧现象而导致的工件产生弧光烧蚀而失效的问题，该工艺包括：先将有孔零部件预处理，将工件置于氮化炉，通入氮气和氢气，通过炉内气压、工件电压和温度协同调节来消除打弧风险，达到小孔离子氮化效果。氮化温度0.9~1.0 Tw，炉内压力300~6000Pa，电压0~‑1200 V，离子氮化2.0~10.0小时。与传统的离子氮化工艺相比，本发明在离子氮化工艺部分，创新性使用一种温度控制模式，升温过程采用低气压高电压模式，降温过程采用高气压低电压模式，通过调节气压和电压来控制温度，避免打弧，从而提高有孔工件的离子氮化效果。

技术领域

本发明属于热处理工艺技术领域，具体涉及一种消除小孔打弧风险的离子氮化方法。

背景技术

电渣熔铸过程是利用大电流通过渣阻区域而产生的高温将自耗电极逐渐熔化的过程，电极、渣池、金属熔池、钢锭、底水箱及短网和变压器构成了整个冶炼过程的主回路。当工艺参数在某一冶炼时刻不稳定，导致主回路电流导通不顺畅，在钢锭和结晶器之间产生分流。若出现较大波动时，某一处的分流过高，该处渣衣破裂，钢锭与结晶器之间导通产生弧光放电，就会导致钢锭表面形成孔洞，产生弧点。这种现象就是打弧。

孔分为盲孔和通孔。随着孔径的减小，当逐渐接近产生空心阴极效应尺寸时，极易产生打弧，从而使工件产生弧光烧蚀而失效。

小孔打弧主要由两方面引起，一方面是小孔周围产生油气发生场致发射打弧，这是不可避免的；另一方面与小孔的几何尺寸有关，随着孔径的减小，当逐渐接近产生空心阴极效应尺寸时，局部过热极易产生打弧。

发明内容

本发明针对小孔周围容易出现打弧现象而导致的工件产生弧光烧蚀而失效的问题，提供一种消除小孔打弧风险的离子氮化方法。该发明在离子氮化过程通过对气压和电压的调节控制小孔周围的温度，有效解决了小孔周围出现的打弧现象，避免了工件产生弧光烧蚀而失效。通过该发明的热处理工艺处理后的基材工件的使用寿命可以大幅提高。

本发明采用如下技术方案：

一种消除小孔打弧风险的离子氮化方法，包括如下步骤：

第一步，材料预处理，采用常规离子氮化工艺，对材料进行预处理；

第二步，氮化工艺：

在0.9~1.0Tw（Tw：最大渗氮温度）条件下，控制氮气和氢气稳定通入，炉内压力控制在300~6000Pa，BP单极脉冲偏压电源的输出电压为0~-1200V，频率范围为40~60kHz，离子氮化2.0~10.0h。

进一步地，所述氮化工艺参数调节过程如下：低气压时，电压升至最高点-1000~-1200 V，功率到达较高范围，工件温度逐渐升高，称为低气压升温阶段；

温度达到最高点Tw（最大渗氮温度）后，迅速降压至-100~-200 V，同时开始快速充气，是充气阶段；

气压至高点，充气完成，使电压调整至-350~-550 V，进入快速渗氮阶段；

由于电源供给功率降低，工件温度缓慢降低，温度降至0.8~0.9 Tw后，迅速降压至-100~-200 V，开始快速抽气，进入抽气阶段；

炉内气压抽到低气压，进入低气压升温阶段。

低气压升温阶段→充气阶段→快速渗氮阶段→抽气阶段→低气压升温阶段，如此周而复始，直至渗氮结束。

低气压升温阶段和快速渗氮阶段，气压不满足空心阴极效应的条件，小孔不会产生打弧现象；而充气阶段和抽气阶段，电压低于启辉电压，也不会产生打弧所以，在整个离子渗氮过程没有小孔打弧的问题。通过气压和电压的配合，使温度始终在一定范围内周期性上下变化，即避免了小孔由于空心阴极效应引起的打弧失效问题，又有效促进了小孔的离子渗氮。

基于所述氮化处理调控参数，通过下述公式调控渗氮气压参数的调节。

通过公式：