渗金属气压对光电高温计测温精度影响的实验研究

　　1　引　言

　　在双辉等离子渗金属[1、2]的实验研究中发现,渗层的合金含量及厚度在不同的处理温度下有很大的不同,为了有效控制渗层质量,准确测量工件温度是十分必要的。针对双辉等离子渗金属工艺及设备的特殊性,采用WDL-31型光电高温计测量工件温度是最佳方案[3]。

　　WDL-31型光电高温计是采用比较法测量物体的热辐射能量来确定表面温度的红外测温仪表。其测温的准确性依赖于工件发射率的准确选取[4],但由于渗金属工件的发射率ε受到辉光、工件表面粗糙度及工件温度等的影响而很难计算出来或估计准确,因而造成光电高温计测温精度低、误差大。前期实验研究的结果表明[3],对不同的工件温度,光电高温计应用不同的ε值来测量;对某一恒定的工件温度,光电高温计的温度指示值随保温时间的延长而降低,但经过一段时间后趋于稳定;温度测量值的指示过程分动态和稳态两个阶段。可见,光电高温计的测温精度与加热温度、保温时间有很大关系。因此,光电高温计在使用前,均应进行比对标定。实际上,在双辉等离子渗金属过程中,工装及加热温度(即工件温度)、保温时间、源极电压、极间距、气压等工艺参数对光电高温计测温精度均有一定的影响,但影响机理和程度各不相同,其中气压的影响较源极电压、极间距等的影响更为明显。气压是双辉等离子渗金属技术中的重要工艺参数之一,它指的是真空室内的残余气体和通入氩气的绝对压强。虽然气压的高低对离子轰击能量影响不大,但对源极溅射率和源极供给量的影响却十分明显,故从工艺效果来讲,最佳气压一般取在25~50 Pa范围内[5]。该文试图在其它影响因素取值不变的条件下,通过设置不同的气压,观察光电高温计的温度测量值,并与热电偶温度测量值进行比对[3~6],分析气压对光电高温计测温精度的影响程度和规律,推断出适合不同气压的ε值的选取办法,达到准确控制加热温度的目的,以推动双辉等离子渗金属技术的发展和应用。

　　2　实验条件与方法

　　利用对碳钢表面进行双辉等离子渗铬处理的实验,进行WDL-31型光电高温计的测温研究。采用的主要工艺参数分别为源极电压:-800V,源极板与工件间距:20 mm,工件电压不低于-400 V,工件温度通过调节工件电压来完全控制,真空室气压分别设置:30 Pa、35 Pa、40 Pa、45 Pa,同时使用铠装镍铬—镍硅热电偶和光电高温计测温,假设热电偶的指示值为工件的真实温度。当热电偶指示温度分别为900℃、950℃,记录光电高温计的温度测量值。

　　3　实验结果与分析

　　当真空室气压分别控制在:30 Pa、35 Pa、40 Pa、45 Pa,热电偶指示温度为900℃,光电高温计测量的温度值如表3—1表示,与保温时间的变化规律如图3—1所示。当真空室气压分别控制在:30 Pa、35 Pa、40 Pa、45 Pa,热电偶指示温度为950℃,光电高温计测量的温度值如表3—2表示,与保温时间的变化规律如图3—2所示。