辉光离子氮化.doc

一、辉光离子氮化的原理离子氮化作为一种热处理的工艺方法,在工业生产中具有广泛的应用。它的基本原理如图1、图2所示。在抽真空并充有微量气体(如氨气)的密封容器内,放置两个电极,阳接连在外壳并接地,阴极设在炉内,工件放置在阴极上,电极经限流电阻R与可调直流电源E相连。当逐渐增加电压到图2中A点时,阴阳极间稀薄气体被击穿,阴阳极间突然出现电流。极间电压突降至B点,阴极及工件部分表面出现辉光,电流增加,电压基本不变,见图2中BC段。继续提高电压,工件表面完全被辉光覆盖。气体原子或分子由于电场作用被游离出大量的电子和正离子(氨气NH3分解为N+、H+)。电子奔向阳极,正离子N+、H+奔向阴极上的工件。工件在N离子的持续轰击下,被加热至氮化所需的温度(470℃~700℃),并产生二次电子发射。而N+在阴极得到电子后还原成氮原子,~。这样便可极大地提高零件使用寿命。图2中的CD段,称为异常辉光放电区,辉光离子氮化主要工作在这一段。图2中的D段,辉光放电转变为强烈的弧光放电,将损伤工件及电源。二、辉光离子氮化电源的工作原理辉光离子氮化电源是一个三相桥式半控整流电路,它能输出稳定的、连续可调的、最高为1000V的直流电压。为避免强烈的弧光放电,电源应具有自动灭弧和灭弧后自动起辉的功能,同时能自动控制炉内工件的温度。电源主要分为两大部分。~100A,电压0~1000V。工作原理见图3。KG1~KG3与CZ1~CZ3组成三相半控桥,选用快速熔断器KP1~3串接于电路中做过流保护,在元件侧、交流侧均做了阻容吸收保护。由于氮化炉在工作初期弧光放电比较严重,电流变化非常剧烈。所以,在弧光放电严重的工作初期只接入R81,当炉内辉光稳定后,再并接R82。电容C、铁芯电抗器L1用于滤波,使输出电流更加平滑。氮化炉在工作初期,由于工件的尖角、毛刺或油污等,在电场中要产生尖端放电与弧光放电,使阴阳极电压由几百伏电压突降至几十伏。此时充有几百伏电压的电容C经空心电感L和阴阳极放电。这时,L、C与炉内稀薄气体(电阻为r)组成L、C、r串联振荡电路,并以其自然振荡频率f0=1/2π进行振荡。开始振荡的第一个周期,当电容上电压U成为反向电压且电流变为零时,弧光即可熄灭。但随即电源经电阻R81向电容充电,使电容上电压由反向逐渐变为正向并达到几百伏时,辉光又重新产生。工作正常继续。如果弧光放电的因素仍然存在,则电容再次放电灭弧。LC振荡灭弧在弧光放电的一瞬间电流依然很大,对工件或是电源不利。因此,采用LC振荡灭弧还必须有电子灭弧措施,对电源加以保护。另外,采用LC振荡灭弧还必须防止LC振荡被电源或续流二极管旁路。结果,电容C反向充不上电,使LC振荡电流不能过零,达不到灭弧效果。因此,铁芯电抗器L1的另一作用是将LC与电源、续流二极管隔离,保证LC振荡灭弧可靠进行。(1)综合控制电路原理见图4,它包括电流反馈与电子灭弧,电压给定,温度控制。1)。电流反馈与电子灭弧图3中R0为电流采样电阻,在100A时压降是75mV。图4中运放IC1-1为5倍同相放大器,IC1-2为10倍同相放大器,组合为50倍放大。因此,H2点电压变化范围为0~。此电压信号分两路,一路经反馈电位器W2调节后输入IC1-4,I