脉冲电源等离子体渗氮设备的特点与应用

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1、6王可男工程师曾在"武汉第三机床厂表面处理车间","武汉离子化学热处理研究所"."武汉市等离子体技术研究所"等单位从事辉光离子渗氮工艺研究及设备制造20多年.电话：027-82930191传真：027-82930191移动电话：13507123709E-mail：kwang0858@vip.163.com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

2、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

3、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。LDMC6王可男工程师曾在"武汉第三机床厂表面处理车间","武汉离子化学热处理研究所"."武汉市等离子体技术研究所"等单位从事辉光离子渗氮工艺研究及设备制造20多年.电话：027-82930191传真：027-8293

4、0191移动电话：13507123709E-mail：kwang0858@vip.163.com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

5、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

6、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6王可男工程师曾在"武汉第三机床厂表面处理车间","武汉离子化学热处理研究所"."武汉市等离子体技术研究所"等单位从事辉光离子渗氮工艺研究及设备制造20多年.电话：027-82930191传真：027-82930191移动电话：13507123709E-mail：kwang0858@vip.16

7、3.com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

8、，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