ООО Ухань Фэн Эр Шунь Оборудование для Термической Обработки
здание 5-3, Промышленный парк «Ляньдун U-Гу», Экономическая зона развития Янло, р-н Синьчжоу, г. Ухань, Китай
ООО Ухань Фэн Эр Шунь Оборудование для Термической Обработки
здание 5-3, Промышленный парк «Ляньдун U-Гу», Экономическая зона развития Янло, р-н Синьчжоу, г. Ухань, Китай
Когда говорят про вакуумную установку для ионного насыщения азотом, многие сразу представляют себе некий универсальный ?черный ящик?, куда загрузил деталь — и получил слой. На деле же, ключевое звено часто даже не сама камера, а то, что её ?оживляет? — источник питания. Без стабильного, ?умного? разряда вся эта вакуумная система — просто герметичный бак. Вот тут как раз и начинаются подводные камни, о которых редко пишут в каталогах.
В начале своей работы я тоже думал, что основная сложность — добиться глубокого вакуума и держать его стабильно. Оказалось, что откачать до 10^-3 Па — задача для хороших насосов решаемая. А вот создать управляемый, равномерный тлеющий разряд в этом вакууме под давлением азота — это уже искусство. Особенно когда речь идет о сложных геометриях, глубоких отверстиях или пазах. Простая DC-схема тут часто дает ?дугу? на острых кромках, прожигая деталь, или наоборот, не зажигается в полостях.
Именно поэтому в последние годы сместился фокус на импульсные технологии. Не просто импульсные, а с обратной полярностью и микропульсовой составляющей. Задача — не дать образоваться устойчивым катодным пятнам, которые локально перегревают поверхность. В этом контексте мне попадались наработки компании ООО Ухань Фэн Эр Шунь Оборудование для Термической Обработки. Они как раз заточены под эту проблему — их плазменные микропульсовые источники и мощные импульсные источники питания проектировались с оглядкой на контроль плотности плазмы в объеме камеры. Это не реклама, а констатация: их профиль — это как раз силовая и управляющая электроника для таких процессов.
На их сайте fengershun.ru видно, что они ушли от концепции ?просто продать установку? в сторону именно разработки ?мозга? процесса. Автоматические системы управления, которые они упоминают, — это по сути алгоритмы, предотвращающие дугообразование и регулирующие параметры по ходу цикла. В практике это значит, что оператор не должен постоянно дежурить у пульта, подстраивая напряжение при каждом хлопке.
Однажды пришлось модернизировать старую советскую вакуумную печь под задачи ионного азотирования. Камера была добротная, насосы — ещё те ?тяжеловесы?. Но штатный выпрямитель на тиристорах был абсолютно не пригоден для тонкой работы. Пробовали — получалась либо неравномерная ?пятнистость? по поверхности, либо, при попытке поднять давление азота для ускорения процесса, разряд срывался в дугу.
Решение нашли в установке стороннего импульсного источника. Не буду указывать модель, но принцип был схож с тем, что описывает Фэн Эр Шунь: биполярные импульсы, высокая частота следования, обратная связь по току. Вакуумную часть оставили родную, а ?начинку? заменили. Результат был показательным: для штампов сложной формы удалось снизить температуру процесса с привычных 550°C до 480°C, при этом активность плазмы в глухих отверстиях визуально (по свечению) стала однороднее. Это прямое следствие управления плазменным слоем, а не просто подачи высокого напряжения.
Кстати, о вакуумметрии. В таких процессах критичен контроль именно в рабочем диапазоне, обычно от 1 до 10^2 Па. Обычные термопарные датчики тут имеют большую погрешность. Переход на абсолютные вакуумметры (капиллярные или емкостные), которые также значатся в достижениях упомянутой компании, дал более репрезентативные данные для настройки соотношения ?давление азота — напряжение — скважность импульсов?. Без точного давления все алгоритмы управления работают вслепую.
Самая распространенная ошибка новичков — гнаться за максимальной скоростью насыщения, бездумно повышая парциальное давление азота и температуру. Да, диффузия идет быстрее. Но при этом может вырасти доля нестабильной фазы ε-Fe2-3N, которая хрупкая и отслаивается. Ионное насыщение ценно именно возможностью формирования преимущественно γ'-фазы (Fe4N) за счет управления потенциалом плазмы. Если источник питания не позволяет тонко регулировать напряжение и ток разряда, получить воспроизводимый фазовый состав сложно.
Другая практическая проблема — подготовка поверхности. Кажется, что в вакууме всё чисто. Но остатки технологических масел, попавшие в поры, в вакууме начинают активно испаряться и ?отравляют? плазму, мешая чистой диффузии азота. Приходится вводить длительный этап отжига в аргоновой плазме при высоком вакууме, что многие считают излишним и экономят на времени. Потом удивляются разбросу по твёрдости на одной партии.
И ещё момент по камерам. Часто экономят на системе водяного охлаждения катодного стола. При длительном цикле (10-20 часов) на больших токах стол и сама подвеска разогреваются сверх заданной температуры, процесс выходит из-под контроля. Охлаждение должно быть рассчитано с запасом, и это нужно закладывать в проект вакуумной установки сразу, а не доделывать потом шлангами и внешними чиллерами.
Судя по тенденциям, будущее — за полностью интегрированными системами, где вакуумный блок, газоподводящая система, источник питания и контроллер — это не набор аппаратов, а единый комплекс. Ценность таких решений, как те, что разрабатывает ООО Ухань Фэн Эр Шунь, именно в глубокой интеграции управления. Их акцент на высоковольтные высокочастотные инверторные источники и автоматические системы управления для плазменного азотирования и многокомпонентного насыщения говорит о понимании, что ключ — в синхронной работе всех узлов.
Например, для многокомпонентного насыщения (скажем, азот + углерод) нужно не только переключать газы, но и мгновенно менять параметры разряда под каждый состав атмосферы, чтобы поддерживать стабильность плазмы. Сделать это вручную невозможно. Тут нужен контроллер, который получает данные от вакуумметров, масс-спектрометра (если есть) и термопар, и по заданному алгоритму корректирует работу импульсного источника.
В итоге, возвращаясь к ключевому слову. Вакуумная установка для ионного насыщения азотом — это не просто сосуд. Это плазмохимический реактор, эффективность которого на 70% определяется качеством и ?интеллектом? его системы питания и управления. Можно собрать камеру в любой механической мастерской, но без правильного ?сердца? в виде современного источника она не выйдет за рамки лабораторного эксперимента. Опыт же показывает, что инвестиции в эту часть окупаются воспроизводимостью результатов и ресурсом обработанных деталей.
