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等离子体渗氮是一种有效的提高材料表面耐磨、耐腐蚀及抗疲劳强度等性能的热处理方法,广泛应用于机械制造、军工、医疗器械和运输机械等领域。 常规等离子体渗氮不能根本解决工件表面打弧、空心阴极效应、温度的不均匀性、边缘效应等问题。其次,传统的渗氮方法对小孔、狭缝以及形状不规则的工件的渗氮效果并不理想。为了解决这些问题,本文对交流等离子体悬浮渗氮进行研究,设计一个交流放电等离子体悬浮渗氮方案,探索实现悬浮渗氮工艺,并进行设备改造,以提高渗氮效率和产品合格率。尝试进行了如下工作: 进行交流放电等离子体悬浮渗氮和阴极渗氮的对比实验。从实验结果可得,交流放电等离子体悬浮渗氮方案可行,解决了传统阴极等离子体渗氮存在的问题,增强了渗氮效果。但若要得到相同的渗氮效果所需时间变长,渗氮效率不高。 为了提高渗氮效率,提出提高交流放电频率和双对电极新炉体结构的改进方案。设计4电极结构形成互相独立的两对电极,探讨新结构对等离子体悬浮渗氮工艺效果的影响,理论上分析提高渗氮效率的机理,验证可行性。 为了改善深孔工件的内部渗氮效果并不明显这一问题,在工件悬浮的基础上,提出了一种“静电透镜”的应用设想方案,对深孔渗氮设备进行改进。利用SIMION模拟软件对深孔渗氮方案进行可行性分析,并针对尺寸φ=4mm、L=10cm的工件进行正交设计实验,选出最佳工艺方案。 针对双对电极结构,以PIC16F877A单片机为核心,设计了系统控制电路,使该电源系统能够满足交流放电等离子体悬浮渗氮的要求。