離子滲氮時(shí)溫度不均勻是由離子滲氮零件的加熱和散熱特點(diǎn)所決定的。當(dāng)零件在單位時(shí)間內(nèi)獲得的熱量和散失的熱量在某一溫度恰好相等時(shí),該溫度就稱為平衡溫度。而溫度不均勻就在于零件各處的平衡溫度不同。
零件在輝光放電時(shí)加熱的特點(diǎn)主要包含三種能量變化階段,即電能→離子,中性氣體原子的動(dòng)能→加熱零件的熱能。因此電流密度的大小是零件獲得熱量多少的主要標(biāo)志。輝光放電時(shí),輝光均勻地包圍著零件,放電主要由陰極位降區(qū)所決定,電流密度應(yīng)該是均勻的。實(shí)際上輝光電流密度還受以下因素影響。
1、陰陽極距離。由于以爐子內(nèi)壁作為公用陽極以及零件本身結(jié)構(gòu)的影響,從零件表面各點(diǎn)到陽極的距離是不同的,輝光電壓雖然主要消耗在陰極位降區(qū)內(nèi),但在法拉第暗區(qū)和正柱區(qū)內(nèi)也有一定的電壓損耗,這部分電壓將隨著陰陽極距離和氣壓的增加而增大。當(dāng)陰陽極間電壓一定時(shí),陰陽極距離大者,因其位降較低,離子和中性氣體粒子的能量較小,零件的溫度偏低。此外,陰陽極距離不同零件表面各處的電流密度也是有差別的,這種差別隨著氣壓的增加而增大。當(dāng)陰陽極距離比較懸殊時(shí),或氣壓較高時(shí),這種影響常常是導(dǎo)致溫度不均勻的主要原因。
2、氣體成分不均勻。輝光放電特性和氣體成分有關(guān),直接用氨氣做氣源時(shí),由于氨氣在爐內(nèi)流動(dòng)過程中逐步電離分解,所以在爐內(nèi)由上而下氣相的組成是逐漸變化的。在進(jìn)氣口附近是以新鮮的氨氣為主,氮和氫較少,在抽氣口附近未分解的氨最少,氮和氫最多。當(dāng)陰陽極電壓一定時(shí),氣相中氨量多時(shí),陰極電流密度較小,氨分解氣的電流密度較大。因此靠近進(jìn)氣口處零件的溫度最低,靠近抽氣口處零件的溫度最高。
3、氣體流動(dòng)不均勻。氣體流經(jīng)零件表面的速度因爐子中進(jìn)出氣口的設(shè)計(jì),具零件的距離以及零件本身和工卡具的結(jié)構(gòu)等因素的影響也不盡相同,流速不同會(huì)引起局部氣壓和氣體密度的波動(dòng),這就會(huì)造成電流密度的波動(dòng)。
4、零件上的溝槽、小孔由于輝光重疊,電流密度增大,造成所謂輝光集中,這些地方升溫很快,溫度將高于輝光正常的地方。