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 ионное азотирование, многие сразу думают про источник питания, плазму, газовую среду. Это правильно, но часто упускают из виду сам ?ящик?, где всё это происходит — термическую печь. А ведь от её конструкции, от того, как она держит температуру и вакуум, зависит не просто результат, а стабильность процесса и воспроизводимость от партии к партии. Слишком часто видел, как на старом оборудовании пытаются выжать параметры, а потом удивляются разбросу по твёрдости или глубине слоя. Печь — это основа, каркас процесса.
Если брать классическую вертикальную печь для ионного азотирования, то самое слабое место — это уплотнения на дверце. Особенно на больших диаметрах, от метра и выше. Термоциклирование убивает даже хорошие резиновые уплотнители. Перешли на медные водяные охлаждаемые уплотнения — проблема ушла, но появилась другая: сложность юстировки, чтобы обеспечить равномерный зазор по всему периметру. Малейший перекос — и где-то начинает ?подсасывать? воздух, вакуум падает, процесс идёт вразнос.
Второй момент — экранирование. Недостаточно просто повесить стальные экраны. Они должны быть правильно заземлены, иначе на них тоже наводится потенциал, начинается паразитный разряд. Это не только ?съедает? мощность от источника, но и локально перегревает экран, что может привести к его короблению. Приходится изолировать их от корпуса, но не забывать про тепловой контакт для отвода тепла. Баланс электрический и тепловой — тут много нюансов.
И нагреватели. Часто их размещают по стенкам. Но при ионном азотировании основная тепловая нагрузка идёт от плазмы на детали. Нагреватели — это, по сути, система поддержания и точной стабилизации температуры. Если они слабые или плохо управляются, при резком увеличении потока ионов (например, при повышении давления) печь не успевает компенсировать теплоотвод и температура на деталях ?уплывает?. Автоматика должна это парировать, но если тепловая инерция печи велика — будут просадки или перерегулирования.
Вот тут как раз к месту вспомнить про компанию ООО Ухань Фэн Эр Шунь Оборудование для Термической Обработки. Они как раз специализируются на ?мозгах? и ?сердце? процесса — импульсных источниках для плазменного азотирования. Но даже самый продвинутый импульсный источник питания от Fengershun не сработает идеально, если печь не подготовлена. Например, ёмкостная связь. Корпус печи — это большой электрод. Если его импеданс на высоких частотах (а в импульсных режимах там спектр широкий) непредсказуем, могут возникать резонансы, которые источник питания не сможет отработать корректно.
У них в линейке есть автоматические системы управления, которые интегрируют управление и источником, и нагревом, и газоподачей. Но чтобы эта система работала, с печи должны приходить точные сигналы. Допустим, термопара стоит неудачно — измеряет не температуру садки, а температуру стенки рядом с нагревателем. Автоматика будет регулировать, но по ложному сигналу. Результат — перегрев или недогрев деталей. Поэтому монтаж датчиков — это отдельная история, которую часто доверяют не тем людям.
Был случай на одном заводе: поставили новую печь, подключили к системе от ООО Ухань Фэн Эр Шунь. Процесс шёл нестабильно, твёрдость ?плавала?. Стали разбираться. Оказалось, водяное охлаждение катодного ввода (стойки, на которой висят детали) было смонтировано с использованием обычных стальных фитингов. Со временем они подтекали, микроскопически, но в вакуум. Пары воды попадали в процесс, окисляли поверхность, мешали диффузии азота. Заменили на паяные медные соединения — проблема исчезла. Мелочь, а остановила цех на неделю.
Про вакуум часто думают: ?главное — откачать до нужного числа?. Но для ионного азотирования важна не только конечная степень вакуума, но и скорость откачки, и состав остаточных газов. Если печь старая, в швах может быть накоплена грязь, масло от форвакуумных насосов (если нет хорошей ловушки), которые в процессе нагрева десорбируются и отравляют атмосферу. Особенно критично для многокомпонентного насыщения, где нужна чистая активная среда.
Тут их абсолютные вакуумметры — это must-have. Обычные термопарные датчики калибруются по воздуху, а в смеси азота, водорода, углеводородов их показания могут сильно ?врать?. Абсолютный манометр (капиллярный, например) даёт реальное давление, независимо от состава газа. Без этого тонкое управление процессом, особенно на стадии инициирования разряда при низких давлениях, просто вслепую.
И ещё про скорость. Быстрая откачка — это хорошо для производительности. Но если откачать слишком быстро после азотирования, пока детали ещё горячие, может произойти так называемый ?обратный выхлоп? — газы, адсорбированные в объёме печи, резко высвобождаются и конденсируются на относительно холодных деталях, оставляя налёт. Поэтому в алгоритме управления (автоматические системы управления как раз для этого) должна быть предусмотрена контролируемая, плавная выдержка и продувка инертным газом перед окончательной выкачкой.
Футеровка. Огнеупор — это не просто теплоизолятор. В условиях циклического нагрева, ионной бомбардировки (пусть и слабой на стенках) и химически активной атмосферы, некоторые материалы начинают ?пылить?. Микрочастицы попадают в плазму, осаждаются на деталях. Для ответственных деталей, например, в авиационной промышленности, это недопустимо. Приходится использовать специальные сорта керамики или нержавеющие экраны с полированной поверхностью.
Катодные узлы. Места ввода высокого напряжения — это всегда головная боль. Керамические изоляторы должны быть не просто термостойкими, но и иметь низкий коэффициент термического расширения, чтобы при циклах не треснуть. И их нужно защищать от прямого напыления металла с деталей, иначе произойдёт пробой. Часто ставят съёмные защитные кожухи, которые нужно регулярно чистить. Если этого не делать — рано или поздно будет дуга прямо на корпус, и источник питания уйдёт в защиту, остановив процесс на полпути.
Ресурс печи сильно зависит от режимов. Если постоянно работать на предельных температурах (скажем, под 600°C для некоторых сталей) и высоких плотностях тока, то футеровка и нагреватели стареют быстрее. Иногда выгоднее замедлить процесс, снизив плотность тока, но увеличив время, чтобы сохранить оборудование. Это вопрос экономики, который часто упускают из виду, гонясь за планом.
Термическая печь для ионного азотирования — это не остров. До неё — мойка и обезжиривание. После — охлаждение и, возможно, дополнительная обработка. Если перед загрузкой детали плохо отмыты, все масла и эмульсии в вакууме испарятся, покроют всё внутри липкой плёнкой и полностью собьют процесс насыщения. Нужен строгий контроль подготовки.
После азотирования, особенно если была стадия дисперсионного насыщения (с углеродом, например), на поверхности может быть очень тонкий и рыхлый слой (белый слой), который иногда нужно удалять. Если печь не имеет возможности проведения мягкой ионно-плазменной очистки в том же цикле (обратной полярностью или в аргоне), то детали приходится вынимать и отправлять на другую операцию, рискуя получить окисление или повреждение.
И самое главное — документирование. Каждый цикл должен записываться: кривые температуры, давления, напряжения, тока. Современные системы, вроде тех, что предлагает Fengershun, это умеют. Но данные нужно уметь читать. По форме кривой тока утечки на стадии прогрева можно судить о чистоте вакуума. По стабильности напряжения горения — о состоянии катодной подвески. Печь через свои параметры многое ?рассказывает? о своём состоянии и о ходе процесса. Нужно только слушать.
В итоге, выбор или эксплуатация термической печи для ионного азотирования — это всегда компромисс и внимание к деталям. Не бывает идеальной ?коробки? на все случаи жизни. Нужно чётко понимать, какие детали и в каких объёмах будут обрабатываться, какие требования по качеству слоя, и уже под это подбирать или адаптировать оборудование, включая его ?начинку? в виде источников питания и систем управления. И тогда этот ?ящик? станет не расходником, а надёжным инструментом, который годами даёт предсказуемый результат.
