脉冲电源等离子体渗氮设备的特点与应用.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：等离子体渗氮（辉光离子氮化）工艺作为一种有效的钢铁及合金表面强化技术在工业上已得到广泛的应用与其他渗氮相比离子渗氮具有渗速快、渗层脆性疏松理想、零件变形小、有利于不锈钢、铸铁渗氮、节能、无污染等特点。七十至八十年代以直流电源（即LD系列）设备进行离子渗氮问题明显突出装炉要求严格。以曲轴为例：曲轴渗氮前必须对其油孔、平衡孔进行封堵其中若有一孔未堵或封堵件在渗氮过程中有一件掉落渗氮将无法进行（尤其在渗氮保温时）甚至会出现弧光损伤曲轴的现象。比表面较大的零件表面渗氮电流密度往往不足以保证离子渗氮所必须的下限值如有些小规格的气门杆在满装炉渗氮时气门杆渗氮表面会出现点蚀另外因为表面电流的原因辅助加热渗氮设备应用也受到限制弧点能量过大一些比较光亮的零件在渗氮时表面往往会出现弧光斑点直流电源渗氮电源限流电阻过大尤其在大功率设备电源发热严重。对于深孔、深槽处理困难等等。这些问题直接影响了离子渗氮工艺在生产的应用。八十年代末国外开展了脉冲电源等离子体渗氮设备工艺的研究对此《国外金属热处理》曾作了大量报道引起了国内同行和专家的极大关注。九十年代初国内开始研制脉冲电源。以IGBT作为开关器件最大输出功率300kVA的大功率脉冲离子渗氮电源。经过几年的推广表明脉冲电源为离子渗氮工艺的发展提供有力的支持。LDMC系列大功率脉冲电源等离子体渗氮设备广泛应用于机械、石油化工、航空航天、军工兵器、汽车发动机等行业。对挤压机螺杆、精密丝杠和主轴、发动机曲轴、钛和钛合金零件、工模具、气门杆和缸套、活塞环等的渗氮处理。从一九九五年投放市场以来已在广西玉柴机器股份公司、东风汽车公司发动机厂、文登天润曲轴有限公司、仪征双环活塞环有限公司、东风朝阳柴油机公司、丹东五一八内燃机配件厂、本溪曲轴厂、大连海事大学等国内几十家大、中型企业提供了近百台大功率脉冲电源等离子体渗氮设备。深受用户好评。1998年该设备由国家经济贸易委员会认定为“国家级新产品”。一、脉冲电源等离子体渗氮设备的特点（LDMC系列）①工艺参数独立可调脉冲电源的优点之一是工艺参数与物理参数独立可调。在直流电源条件下既要满足零件表面的电流密度要求又要满足零件保温电流的要求两者相互影响而无法达到理想的参数。在脉冲电源条件下电流密度由峰值电流满足保温电流由平均电流（峰值电流×占空比）满足两个独立参数可分别加以调节因此工艺参数可在较大范围内变动。②打弧速度快脉冲电源的输出特性自身就有抑制弧迅速发展的特点由于IGBT开关响应速度极快一旦发现弧光放电关断并重新点燃电源在几十微秒内就能完成。由于脉冲电源对弧光放电的抑制作用因此对于很多零件无需因担心弧光而堵孔这样给操作带来了很大的便利。例如处理曲轴时的油孔、平衡孔而当曲轴上存有一些为提高零件性能的工艺孔时这种优点就体现得更为突出。③有利于深孔、深槽的渗氮进行离子渗氮时零件的孔、槽常会出现空心阴极效应脉冲电源可使载流子的聚集快速中断以抑制空心阴极效应避免零件的局部高温这一点在实际应用中已得到证实。脉冲电源可在较高的气压下起辉对小而深的孔、槽渗氮时辉光不会因气压高而熄灭从而保证孔槽的均匀渗氮。④节能由于可控硅器件特性在设计直流电源时不得不设计一个限流电阻以限制电流的迅速增长这个电阻阻值最小也在2Ω左右（因为限流电阻过小会造成LC灭弧电路无法振荡以至弧光放电无法控制）在150A满载输出的条件下电能损耗能是可想而知的。而脉冲电源这个电阻阻值在0.1Ω左右提高了综合效能节电≥30％。⑤处理质量好变形小利于提高层深由于脉冲电源对弧光放电的抑制作用弧光在零件表面作用时间极短可获得高质量的表面；由于脉冲电源提高了温度均匀性零件不易变形；由于可调参数的增加在相同的时间内或者不利于渗氨的条件下渗氮层质量深度均有提高。二、脉冲电源等离子体渗氮设备的应用介绍LDMC系列脉冲离子渗氮设备有：LDMC-30A；LDMC-50A；LDMC-75A；LDMC-100A；LDMC-100B；LDMC-150A；LDMC-150B；LDMC-200A；LDMC-300A。其中LDMC-150A（B）脉冲电源离子渗氮设备广泛应用在柴油机曲轴上（如：山东天润曲轴有限公司6105（QT90-2）；东风朝阳柴油机公司的6105（42CrMo）；玉柴机器股份有限公司的6105（QT90-2）。设备有效尺寸Φ1600×1100功率150kVA最高直流电压1000V峰值电流240A。东风朝阳柴油机公司目前的装炉量为60支/炉；玉柴机器股份有限公司设备的装炉量为45支/炉；山东天润曲轴有限公司目前的装炉量45支/炉。在使用中发现曲轴装炉密度有较大的提高油孔、平衡孔均不需封堵；与直流电源等离子体渗氮设备相比脉冲电源