离子氮化炉阴极支承装置中的不足与解决方法

　　众所周知，离子氮化具有渗氮速度快、渗层组织易于控制、热效率高、工件变形小、节约能源、脆性小、无公害污染、劳动条件好、防渗容易、在真空中处理工件不氧化、不脱碳，以及处理后的工件表面质量好等优点。经离子渗氮后的零件，表面硬度高，耐磨性好，且耐腐蚀性和疲劳强度也都有较大的提高，可用于解决摩擦条件下的许多问题，如磨损、疲劳、腐蚀和粘着等。它可以用来对碳钢、合金钢、不锈钢、热强钢、铸铁、钛及钛合金等进行离子氮化工艺处理。

　　用于完成这种工件表面强化工艺的专用设备为离子氮化炉。在离子氮化炉中，阴极支承装置是比较重要的核心之一，但笔者接触的一些离子氮化炉在设计中往往没有对这一部分加以重视。由于被处理的工件都放在阴极盘上，因此所有的工件和阴极盘重量全部靠阴极支承装置支承，与阴极盘接触完好才能做到不打弧，并且要保持与炉体绝缘才可以正常工作。当工件与炉体不绝缘时，整个设备将无法使用。

　　1．阴极支承装置中存在的不足

　　(1)只存在金属与非金属之间的屏蔽间隙，非金属绝缘件易损坏  一些阴极支承装置由于只存在金属与非金属之间的屏蔽间隙，这样在打弧时很容易击坏阴极支承装置的非金属表面。当非金属表面受到破坏时，就会使屏蔽间隙遭到破坏，阴极支承装置失去屏蔽作用，设备将立即无法使用。并且阴极支承装置的绝缘件，在结构设汁上的防溅射能力较差，因此对整个装置的部件，需用砂纸经常打磨，这样就造成了屏蔽间隙尺寸变化，只能是对阴极支承装置进行经常拆卸清理，并更换非金属绝缘件。

　　(2)只有纵向或横向屏蔽间隙保护  大部分阴极支承装置只存在一种屏蔽间隙保护，即纵向或横向屏蔽间隙保护，一旦纵向或横向屏蔽间隙受到破坏时，没有二次保护，设备将立即无法使用，必须对其进行维修。

　　(3)阴极支承装置与阴极盘接触处易打弧放电  阴极盘由阴极支承装置在三个点均匀支承，由于接触处是采用阴极支承装置的平面支承阴极盘的平面，即两个平面相接触，二者接触处必须非常严密平整，否则很容易造成因调整问题出现打弧现象而影响正常工作。

　　2．解决方法

　　为了使阴极支承装置不出现上述问题，保证离子氮化炉正常工作，笔者设计了一种阴极支承装置。它可满足：①与阴极盘接触处不打弧。②屏蔽间隙不因打弧而遭破坏。③非金属绝缘件永不打弧，其表面受到保护而不被破坏，且不能因溅射而使其本身绝缘失效。④非金属绝缘件与炉底座始终保持绝缘。 

　　3．结构与特点

　　阴极支承装置由盖型帽螺栓、螺帽、屏蔽盘、外屏蔽套、内屏蔽套、绝缘支承座和保护底座组成。

　　(1)阴极支承装簧与阴极盘接触处不打弧  阴极支承装置与阴极盘之间是采川盖型帽螺栓与阴极盘的接触支承。由于盖型帽螺栓用的是球面部分支承阴极盘，即球面与平面的点接触，共有三个互成120º的支承点，这种结构使得盖型帽螺栓与阴极盘接触很好，调整非常容易，即使三个支承点高度不一样并相差较多时也不打弧。

　　(2)阴极盘高度可调  阴极盘的高度可由螺帽来调节，调节三个阴极支承装置的螺帽，就可使阴极盘的平面达到水平的高度要求。

　　(3)具有综合屏蔽间隙保护  根据辉光放电的特点，当阴极位降区dk小于一个额定的距离或被某一种物体堵塞时，辉光即自行熄灭。因此在纵向屏蔽间隙中，将产生辉光的屏蔽箍和不产生辉光的外屏蔽套之间制作一缝隙，只要缝隙m:a=10:1，并且a的宽度大约为0.9mm左右，就可成为一种“气隙保护”结构。同理在横向屏蔽间隙中，n:b=10:1。

　　在该阴极支承装置中，除盖型帽螺栓与阴极盘接触时，由于是球面与平面的点接触，所以盖型帽螺栓与阴极盘之间不打弧。螺帽除可调节阴极盘的高度外，还具有屏蔽间隙的二次保护。屏蔽盘与外屏蔽套之间形成纵向屏蔽间隙保护，使得屏蔽盘以下部分不产生辉光，且屏蔽盘的直径大于外屏蔽套的直径，导电物体不会落入两体之间使两者导通。内屏蔽套通过绝缘支承座与外屏蔽套形成缝隙屏蔽，一旦屏蔽盘和外屏蔽套导通使外屏蔽套辉光，外屏蔽套和内屏蔽套之间的间隙6形成横向的屏蔽间隙立即起作用，进行二次保护，横向屏蔽间隙保护将辉光熄灭。

　　(4)屏蔽间隙保护只存在于金属与金属之间，保护了非金属绝缘支承座的表面  内屏敞套采用金属制成，将非金属绝缘件罩在其中，使其永不打弧而免遭损坏。屏蔽盘与外屏敞套形成纵向的屏蔽间隙保护，外屏蔽套与内屏蔽套形成横向的屏蔽间隙保护，它们全部为金属材料构件，不存在打弧遭破坏的危险。绝缘支承座有三道沟槽，可防止溅射物布满其表面而使绝缘支承座变成一导体。保护底座具有保护绝缘支承座的作用，同时又有与绝缘支承座因存在保护缝隙c的绝缘作用，这样使得阴极支承装置与炉底座绝缘(即使表面被溅射物溅满)，因而阴极盘与整个炉体始终保持绝缘。

　　4．结语

　　该阴极支承装置已在不同的离子氮化炉中进行了应用，阴极支承装置与阴极盘的接触处从未打过弧，综合屏蔽间隙也从没有出现过导通遭破坏的现象，绝缘支承座被内屏蔽套罩住的的部分从不打弧，尺寸没有任何变化。

　　绝缘支承座的三道沟槽，能有效地防止表面不被溅射物布满，保护底座的保护缝隙c始终使绝缘支承座与炉底座保持绝缘，可做到一次安装后，各部分不用再进行任何清理和维护保养。

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