热电偶测温法在双层辉光离子渗金属中应用

摘要:分析比较了几种应用在双层辉光离子渗金属中的测温手段存在的问题,采用阴极屏蔽技术,一套适合双层辉光离子渗金属工件热电偶测温的实验装置。并介绍了其结构和工作原理,实验结果表明，该装置工作稳定,安全可靠,也可用于其它类似工况中的温度测量。
0引言
　　双层辉光离子渗金属技术(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的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。在双层辉光离子渗金属的过程中,工件的温度对滲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,准确地测量出工件的温度便显得非常重要。
1双层辉光离子渗金属技术及其设备
　　双层辉光离子渗金属设备如图1 所示。双层辉光离子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,高速飞向阴极(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。它的基本思想为其它离子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离子渗金属、辉光气相离子渗金属等等离子体表面合金化技术,并迅速发展起来。在钢件表面进行双层辉光离子渗金属时,工件的温度通常在1073~ 1473 K。
 
2双层辉光离子渗金属中的测温问题
　　在双层辉光离子渗金属的过程中,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,但存在以下问题难以解决:
(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)真空室内的等离子体温度不均匀,热电偶必须与工件接触,在接触处如何避免弧光放电?
(3)为仪器和人身的安全,在保证热电偶与工件接触的情况下,如何使热电偶不带有工件的偏压?
　　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。而在双层辉光离子渗金属的过程中,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。
3热电偶接触测温 实验装置
　　铠装热电偶外形整洁光滑,可挠性好,非常适合双层辉光离子渗金属工艺的测温。将铠装热电偶按图2所示安装在炉体上,塑料件定位块使热电偶与炉体隔离而绝缘;螺钉对压盖的紧固作用，使橡皮垫和密封环产生弹性变形，保证了热电偶与炉体间的密封。
 
　　图3所示为热电偶与工件的接触部位的结构图。
 
　　热电偶保护套管固定在工件的台阶孔中,并形成宽度小于1mm.长度大于10mm的均匀缝隙a[3],缝隙的屏蔽作用使得工件与瓷管之间不会发生弧光放电。这样,插入瓷管中的铠装热电偶不仅与工件绝缘,而且与工件也不会发生弧光放电。
4结束语
　　为校验该装置测温的准确性,在同一工件上安置了铠装铂铑10-铂热电偶和铠装镍铬-镍硅热电偶两套测温系统,在973~ 1373K范围内进行比对实验4],结果二者显示值相差小于3K,这说明该装置测温精度很高，是可行的,具有应用价值。这套热电偶接触测温实验装置巧妙地运用了缝隙保护原理,使热电偶在等离子体中得到屏蔽,成功地解决了双层辉光离子渗金属中热电偶与工件间的接触问题,克服热电偶在接触部位的电弧放电。该装置在试验过程中工作稳定,热电偶不受污染，使用寿命高,还具有安全可靠的优点。不仅适合于双层辉光离子渗金属中的工件测温，而且也适用于其它类似工况中的测温。同时,该测温装置的设计成功，为准确选取光电温度计的辐射系数补偿值获取比对数据提供了实验手段。