先进氮化专家系统的应用 - Stange Elektronik GmbH

2) 氮 势 控 制 机 理 在 化 学 热 处 理 中 , 常 用 渗 剂 的 活 性 来 衡 量 渗 剂 所 能 提 供 活 性 原 子 的 能 力 。 对 于 氮 化 过 程 中 ,渗 剂 NH3 12N2+ 3 21 32 2H2, 其 化 学 平 衡 常 数 为 K= ΨR(N2) Ψ(RH2)其 中 Ψ(RH2)=3ΨΨ( NH )R 3(N ) , 同 时 为 了R 2Ψ( NH)K=便 于 实 现 测 量 和 控 制 , 取 R 3N 32Ψ(RH)2来 反 应 渗 剂 NH3 所 能 提 供 活 性 氮 原 子 [N] 的 能 力 , 及 氮 势 。 式 中Ψ(RNH3)------- 氨 气 浓 度 ( 摩 尔 浓 度 )32RH)2Ψ( -------- 氢 气 浓 度 ( 摩 尔 浓 度 )通 过 实 验 可 知 , 氮 势 和 温 度 决 定 着 渗 层 的 增 长 趋 势 与 组 织 结 构 , 尤 其 是 白 层 ,Fe 和 N 的 ε 相 化 合 物 。Kn 和 氮化 物 生 成 相 的 关 系 可 以 借 助 Lehrer 相 图 和 Kunze 相 图 来 显 示 , 参 看 图 二 和 图 三 。在 渗 氮 过 程 中 , 气 氛 中 的 氢 含 量 通 过 STANGE 专 利 氢 探 头 测 量 , 再 由 下 列 关 系 模 型 :KN= [1-1.333* Ψ(RH)2(H2)]/Ψ(32RH)2经 计 算 模 块 推 导 出 对 应 氢 含 量 的 氮 势 值 Kn, 在 控 制 器 的 人 机 界 面 上 在 线 显 示 , 并 同 时 控 制 气 体 MFC( 质 量流 量 控 制 器 ) 调 节 氨 气 和 裂 解 氨 气 的 精 确 流 量 , 从 而 实 现 自 动 控 制 氮 势 的 目 的 。 同 时 为 了 使 计 算 出 的 氮 势 Kn能 过 真 正 反 应 气 氛 中 的 活 性 氮 原 子 的 程 度 ,STANGE 氮 化 专 家 系 统 中 的 氮 化 模 块 都 需 要 设 定 氨 气 的 最 小 流 量 ,保 证 最 小 的 氨 气 换 气 率 , 防 止 ‘ 虚 氮 势 ’。3) Stange 氢 探 头 的 构 造 及 测 量 原 理(1) Stange 氢 探 头 的 构 造ACDB图 七 :STANGE 氢 探 头 构 造Fig. 7:the construction of STANGE H2 ProbeSTANGE 氢 探 头 是 一 种 炉 外 式 测 量 机 构 。 通 过 本 身 的 KF16 耐 真 空 法 兰 与 炉 内 气 氛 引 出 管 相 连 接 。炉 内 气 体 通 过 扩 散 在 6~20s 内 ( 一 个 大 气 压 : 绝 对 压 力 ) 进 入 Stange 氢 探 头 的 测 量 间 C、D, 在 测量 间 中 有 热 敏 电 阻 , 其 电 阻 值 会 根 据 测 量 间 气 体 热 导 率 的 变 换 而 变 化 ,A、B 为 标 准 气 体 室 , 其 中