双层辉光等离子体渗金属中的热电偶测温

    双层辉光等离子体渗金属技术(在国际上被称为XU-TEC)是基于溅射技术、低温等离子体技术及离子氮化技术一种新型等离子体表面合金化技术,它已成为在金属材料表面形成具有各种优异物理、化学及机械性能合金渗层的一种有效手段。在双层辉光等离子体渗金属的过程中,工件的温度对渗层性能及基体组织的影响特别明显,是适时控制工艺参数的主要依据。因此,准确测量工件的温度便显得更为重要。

    1　双层辉光等离子体渗金属技术及其设备

    双层辉光等离子体渗金属设备如图1所示。双层辉光等离子体渗金属技术是在真空室内设置阳极(接地)、阴极(工件)以及源极(渗金属板),阳极和阴极之间以及阳极和源极之间各设一个可调压直流电源,当真空室内氩气压达到一定值后,调节上述电源,则在阳极和阴极以及阳极和源极之间出现辉光放电,此即为双层辉光放电现象。辉光放电把工件加热至高温,源极的合金元素在氩离子轰击下被溅射出来,飞向阴极(工件)表面,被工件表面吸附,借助于扩散过程进入工件表面,从而形成渗入元素的合金层[1,2]。它的基本思想为其它等离子体渗金属方法的发展奠定了基础。在20世纪80年代后期,相继出现了加弧辉光等离子体渗金属、辉光气相等离子体渗金属等离子体表面合金化技术,并迅速发展起来。对钢件进行双层辉光等离子体渗金属时,工件的温度通常在800～1 200℃。

    2　双层辉光等离子体渗金属中的测温问题

    在双层辉光等离子体渗金属的过程中,工件置于真空室内的等离子体中,并且在工件上加有偏压,给热电偶测温和光电温度计测温都带来诸多不便。利用热电偶进行接触式测温具有结构简单、测量精度高、动态响应快等特点,但存在以下问题。

    1)热电偶的引线要引出真空室外,热电偶与真空室间的密封问题;

    2)真空室内的温度不均匀,热电偶必须与工件接触,在接触处如何避免弧光放电;

    3)为防止仪器损坏和保证人身的安全,在热电偶与工件直接接触的情况下,如何使热电偶不带有工件的电压。

    采用非接触式测温的光电温度计,可以在真空室外方便而迅速地显示出工件的温度,与热电偶相比,还具有灵敏度高,响应速度快等优点。但是,使用光电温度计必须知道被测物体的辐射系数,也不允许在光路上受到外来干扰。而在双层辉光等离子体渗金属的过程中,工件表面覆盖着辉光,工件的辐射性能发生变化,并且光电温度计只能隔着透光玻璃来测温,由于受到辉光等离子体及透光玻璃等的影响,光电温度计指示出的温度只是一个相对温度,与工件的真实温度相差很大。只有被能准确测量工件温度的仪器校对之后,确定出合适的辐射系数补偿值,光电温度计才能显示出工件的真实温度。