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最火等离子体表面处理用脉冲电源及其在离子渗氮抱枕珠链机分度头三唑磷摇摆机Frc

发布时间:2024-01-09 12:03:15 阅读: 来源:垃圾架厂家

等离子体表面处理用脉冲电源及其在离子渗氮设备上的应用

〈一〉等离子体表面处理用脉冲电源(以下简称脉冲电源)简介:

一、脉冲电源原理:

脉冲电源是对直流电进行斩波,其核心部分为斩波器。我所研制的脉冲电源斩波器为新型高速电力电子器件IGBT及di/dt限制电感L和保护电路组成。

(电压、电流波形)

该电源可于现有可控硅整流电源配接,也可用幅值不变的直流电源进行斩波,用于离子渗氮设备上。

二、脉冲电源的技术指标:

1、电压: V摹拟电路板—把摹拟信号转化为数字信号的电路板连续可调;

2、频率: 1kHz;

3、占空比: 15%~85%可调;

4、灭弧时间: ≤20μs;

5、电压、电流波形:矩形(如图)

6、控制温度误差: ±10℃(采用PID调节,温度控制在指定值)

三、电源(设备)系列:

LDMC系列等离子体渗氮设备

设备型号 有效工作容积(mm)最大峰值电流(A)最大平均电流(A)最大装炉量(Kg)LDMC-30A Φ600×LDMC-50A Φ800×1000 LDMC-75A Φ1000×1200 LDMC-100A Φ1200× LDMC-150A Φ1600×2000

MC系列脉冲斩波器:

MC系列脉冲斩波器型号

MC-30

MC-50

MC-75

MC-100

MC-150

四、我所研制的脉冲电源的特点:

1、独到的灭弧技术:

脉冲电源的灭弧方法是对弧光的产生进行快速采样,开关器件快速关断从而终止弧光的发展,整个灭弧过程越短,灭弧就越可靠,灭弧时间阿拉尔可短到20μs,使弧光一旦生成就马上熄灭,没有时间积累能量,从而有效地保护了工件不被大弧损伤,也保护了开关器件IGBT。

2、独到的串接技术:

由于单个IGBT器件的耐压均在V之间,而电源脉冲最高为1000V左右,若使用单个器件时,可靠性存在问题,采用两个IGBT串接可满足耐压要求。但若串接器件电压经常出现不平衡或瞬兔皮皮料间严重不平衡,将会导致IGBT损坏。而我们独到的串接技术,消除了串接器件电压的不平衡影响,而是挑选了工业操控计算机使IGBT器件能可靠工作。

3、完善的过流、过压、过温保护技术:

我们设计的过流保护电路,能采到任何形式的过流信号,对任何情况引起的过流,IGBT都能可靠截止,而过流因素一消除,电路自动恢复正常工作。

对每支IGBT都有三组过压保护电路,使IGBT电压不超过某一值。

对IGBT的散热器也设计了过温保护电路,使得任何一块散热板的过热都会使控制电路关断IGBT。

〈二〉脉冲电源在离子渗氮设备上的应用及其优点(与直流电源相比较):

脉冲电源自1994年10月在武汉通过市科委组织的技术鉴定后,在我所及武汉新世界制冷工业有限公司、山东文登曲轴厂进行了离子渗氮生产应用。近一年来,我们对40Cr、38CrMnAl、H13、球墨铸铁、碳钢等材质的各种工件(如:冷冻机转子、6105柴油机曲轴、导轨、铝型材挤压模具、齿轮、柴油发动机缸套等)进行了离子渗氮”工艺实验、加工。还进行了狭缝、深孔、微孔的离子渗氮工艺试验,通过这些试验,与直流电源相比,脉冲电源充分表现出以下几方面优点:

一、灭弧速度快

脉冲电源进行离子渗氮时,在任何情况下,工作表面看不见大的弧光放电,开始打弧清洗时,只见许多细小散弧在工件表面快速闪动,这时一旦产生大地弧光放电,电源立即通过检测电路传给住控,在20μS内中断电流,使弧光电流来不及发展便自然熄灭,由于弧光放电能量小,所以打弧过程不会损伤工件,我们用150A脉冲电源在武汉市新世界制冷工业有限公司进行离子渗氮时,做了脉冲电源与直流电源的灭弧性能比较试验。

加工同种材料、同种型号的冷冻机转子、同样的数量、同样的清洗工艺。

1、汽油清洗 + 烘烤 工件渗氮打弧时间

脉冲电源 10分钟升温阶段无弧

直流电源 1.5小时升温阶段无弧

2、用棉纱沾汽油擦洗一遍,并将孔内的油污清除干净,待汽油挥发干后进炉。

工件渗氮打弧时间

脉冲电源 20分钟 升温阶段出现少量弧

直流电源 小时 升温阶段有较多的弧,有时弧很大,需启炉。

3、渗氮质量

脉冲电源 HRC (1) HRC (2)

直流电源 HRC (1) HRC (2)

硬度均合格(>HRC50)

由于冷冻机转子的加工面光洁度比较高,又无非加工面,所以,清洗就可以用第二种方法。这样即节省了人力、物力、电力,又提高了效率,以前要两天开一炉,现在每天可以开一炉。

二、 能抑制空心阴极效应

离子渗氮时,若发生空心阴极效应,就极易烧坏工件。直流电源无法抑制空心阴极效应,所以对有容易产生空心阴极效应的缝、孔的工件,只有进行堵、覆后方能进行加工,而脉冲电源可使那些引起空心阴极效应的激发和电离的电子、离子的聚集在脉冲间隙期内中断。不引起雪崩效应,从而抑制了空心阴极效应。所以,对有孔、缝、槽的工件,不必堵覆即可进行渗氮处理。通过调整工艺参数,也可对狭缝、微孔进行离子渗氮(见工艺试验部分)。

我所制造的LDMC-75A脉冲电源在山东文登曲轴总厂对曲轴进行离子渗氮加工,由于曲轴上有许多通油孔,还有一些平衡孔等,用直流电源渗氮时,曲轴上的每个孔必须堵上,否则无法进行加工,大弧时还会烧坏曲轴。自从使用了脉冲电源后,不及不需堵孔,也省掉了拔足,再加上缩短了大弧时间,从而大大提高了生产率,节省了人力、物力,节约了电能。

三、 节能

除了上述两点中提到的节能外,脉冲电源本身省去了直流电源必需的限流电阻,这又可节能30%。

四、 设备操作简易

离子渗氮工件的升温,保温所需的平均功率,由占空比来控制,不需象直流电源随温度升高,电流增加,需要转换限流电阻。

〈三〉脉冲电源用于离子渗氮的工艺研究

试验的脉冲电源设备为75A、1kHz

一、 狭缝的离子渗氮

我们分别对1、1.5、2、2.3mm宽的狭缝进行了离子渗氮工艺试验。通过适当调整气压、电压、占空比,辉光均匀收进狭缝内,经过金相检验,结果是狭缝内均已氮化。

渗层深度及硬度见下表(试验材料均为40Cr、工艺540℃、5h)

狭缝尺寸

mm×mm×mm金 相 检 验备 注渗层mm 白亮层μm 由表—内硬度HV0.11×5×34 0.200.001 336 297 237沿长度方向17mm处切断,检查断面,从上到下渗层均匀1.5×12×15 0.20 0.001297 264 237 检查长度方向7.5mm处断面,基体为退大组织2×24×70 0.250.004 447激光模组 351 245 199 长度方向35mm处1×12×3.5

1×19×30

1.5×10×75

2.3×50×80

试验观察辉光均已收到狭缝内,试样未送检

通过狭缝试验,可以得出以下结论:

1、直流电源无法处理的狭缝内渗氮,脉冲电源可以处理,且氮化效果很好,无疑,脉冲电源有益于铝型材挤压模具的离子氮化加工。

2、狭缝愈窄,狭缝长度、高度的尺寸愈大,渗氮技术难度越大且缝宽度的影响大于狭缝长度和高度的影响。

二、深孔、微孔的离子渗氮

德国有资料介绍(较大内孔径)渗氮时(直流电源)当长度大于内孔直径的8倍时,应加辅助阳极,长度大于内孔直径的16倍时,应加辅助气源,否则辉光无法进入内孔,无法进行渗氮,而对于内孔直径小,无法加辅助阳极地微孔,就无法进行离子渗氮了。

我们用脉冲电源做了以下尺寸的深孔微孔减少废物率试验(540℃×5h)

材料 深孔尺寸 金 相 检 验 结 果 备 注层深mm 白亮层μm 由表—内硬度HV0.138CrMoAl Φ3.5×30 0.112 0.001 882;714;542;351;297 一端为闷孔,检查底部40Cr Φ3×540.30 0.001420;322;297检查长度方向27mm处40Cr Φ3×1760.200.001689;634;606;366 检查长度方向88mm处40Cr Φ3×1760.200.001 722;488;464;351 检查长度方向59mm处

由上表检验结果可以看出,闷孔根部渗层较浅,我们分析是因为闷孔内气体难以循环造成的。还可看出,深度与孔径比值越大,渗氮技术难度越大,我们目前做的最大深度、孔径比约为59︰1,尽管其比值较大,但处理结果还是相当满意的。

我们还对45钢小型活塞进行C/N共渗,其工件上面有许多小孔,直流电源加工时,稍不留意,小孔处就被烧坏,用脉冲电源进行离子碳氮共渗加工,操作起来就相当方便了(零件如下图)

〈四〉结论

一、用脉冲电源进行离子渗氮,在保证离子渗氮质量的前题下,能节省能源、节省物力财力。工艺操作简便,能处理直流电源无法处理的,带有狭缝、窄槽、深孔、微孔的工件及复杂的模具等。通过目前的一些试验数据表明,脉冲电源对离子渗氮工件的氮化硬度和深度有一定的提高,且有利于工件温度均匀。具体规律还有待进一步的试验。由于脉冲电源本身的特点及其在离子渗氮方面表现出的许多优点。使其在离子渗氮领域里运用前景看好。

二、脉冲电源经过适当调整后,还可以用于化学气相沉积、多弧离子镀膜及PCVD镀膜,电镀及环保等领域,在这些领域里的运用,还有待于我们做进一步的试验。

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作者单位:武汉市等离子体技术研究所

地址:中国·湖北武汉市江岸区二七小路22号: 传真:(end)

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