[发明专利]一种用于对多种材料进行深冷处理的装置和方法

说明书

本发明涉及一种通过低温处理来改善多种材料的性能的装置和方法，特别是涉及一种通过深冷处理来改善包括金属、合金、碳化物、塑料及陶瓷等材料在内的多种材料的抗磨料磨损、抗腐蚀磨损、抗烧蚀磨损性能以及有关物理特性即应力消除和稳定化的装置和方法。

人们已经认识到，金属的超低温处理（-185℃～-195℃〔-300°F～-320°F〕）或深冷处理，特别是切削工具类金属的深冷处理，能使金属工具在抗磨料磨损、抗腐蚀磨损、减少内应力以及提高材料的稳定性等方面都显示出一定程度的改善。因此可以说，金属工具的超低温处理可以导致工具耐磨损性能的改善（提高工具寿命），而金属工具的热处理则是用来使金属获得所要求的硬度、韧性和延伸性等综合性能。在深冷处理中被处理的零件或构件不存在尺寸和体积的变化，零件的硬度也不发生变化。

深冷处理已用于改善下述工具、模具及其它零件的耐磨性，这些零件包括：工业用切削刀具（冲模、锤锻模、钻头、端铣刀、丝錐、铰刀、滚铣刀、齿轮铣刀、拉刀等）;手工工具（刮刀、凿子、刨刀、锯、冲头、锉刀等）;涡轮叶片;旋转的和滑动的机器零件（滚珠和滚柱轴承、活塞环、衬套等）;弹簧;电阻焊电极，铸件和锻件等。所处理的材料包括：钢和金属钢、鈦和鈦合金、高镍合金、铜和黄铜、铝和铝合金;金属碳化物和金属氮化物;陶瓷材料及种类繁多的塑料包括尼龙和聚四氟乙稀。

超低温处理主要使用液氮作为冷却介质，在大家熟知的深冷处理过程中，从室温降到-185℃～-195℃（-300°F～-320°F）的深冷温度大约需要8小时。在处理过程中，零件或组件在超低温度下保持10-20小时。然后再在长达30小时的时间内恢复到室温。处理的结果常常是无法预测的。

对于用钢和合金钢所制造的工业零件来说，深冷处理似乎是去掉构成这些零件的原子的动能。原子之间存在有正常的吸引力，但是它们运动的能量总是试图把它们分离，除非这种能量通过例如低温处理的方法把它去掉。在低于-185℃（-300°F）下进行处理，钢中软的残留奥氏体（钢的一种结晶形式）就会转变成较稳定的硬的马氏体。在这种转变过程中，一些细小的碳化物质粒子从钢中析出，并均匀地在材料基体上分布，这些细小的碳化物质粒子进一步支持了马氏体基体。在切削刀具中，它可以减少聚集在刀具刀刃处的热量从而提高工具的耐磨性。提高刀具耐磨性可以降低机械加工产品的成本，这是因为此时工具寿命较长，切屑较少、几乎无废品以及较少的加工时间等等。据报道，合金工具钢经深冷处理可使耐磨性提高2至6倍。

本发明一方面是涉及一种改进了的独特的处理容器，该容器用于对金属、碳化物、陶瓷和塑料零件和构件进行深冷处理，以显著地提高它们的耐磨性、改善它们的切削加工性能、消除其内应力和使其稳定化。本发明所涉及的另一方面是用于对金属、碳化物、陶瓷或塑料零件（或构件）进行深冷处理的一种改进的方法。