電漿滲氮的可靠真空供應

關於 HWL Löttechnik

柏林 HWL Löttechnik GmbH 公司的核心專業領域是鋼和其他金屬的熱處理，主要用於航空航太和汽車工業以及發電廠技術。他們提供幾乎所有類型的熱處理，從感應硬化和退火，到真空硬化、退火和銅焊，以及所有類型的表面硬化。

HWL Löttechnik 於 1981 年在德國柏林 Wedding 的一個庭院裡成立，當時只有一名員工。1983 年，柏林第一座真空爐在 HWL 開始運行。從那時起，他們開始深耕鋼和包括鈦在內的其他金屬的熱處理。1996年，公司搬遷至柏林 Reinickendorf 的新大樓。2006 年，他們搬到第二個廠址。HWL 現有 30 名員工，並已經計劃進一步擴張至第三個生產基地。設備全年 365 天運轉。

Kai Lembke 自 2004 年起在 HWL 家族企業工作，並自 2011 年起成為股東和管理委員會成員。他認為他的公司是許多客戶的開發合作夥伴，他們往往只帶著一個想法來找他。這些想法成為原型、小規模生產的基礎，並經常發展到大規模生產。在大多數情況下，這個過程包括極其複雜的任務，在此期間，HWL 與客戶齊力合作，共同尋找解決方案。作為羅爾斯羅伊斯航空航太研究協會官方合作夥伴，HWL 的活動體現了對家族企業作為合格供應商的尊重。

電漿滲氮製程

在 HWL，電漿滲氮對於熱處理變得越來越重要。他們在該製程方面擁有 30 多年的經驗。如今，最先進的系統技術和控制確保了化合物和擴散層的結構與成分可以持續控制和監控。採用脈衝直流電漿實現均勻的熱處理效果。這種熱化學製程的優勢在於可以在 520 至 580 攝氏度之間的相對較低溫度下進行熱處理。必須提供用於電力傳輸的自由電荷載子才能使電漿導電。在大氣壓力下，要使電漿具有導電性，需要達到經濟上不現實的溫度。HWL 的工作壓力為 2.5 毫巴，實踐中可以實現 600 攝氏度以下的熱處理。與其他熱處理方法相比，溫度較低，這對組件的翹曲行為有極為正面的影響。此方法的另一個優勢在於，可以對組件不應滲氮的個別區段進行機械掩蔽，從而選擇性地將其排除在滲氮製程之外。這不會改變遮罩區段下方表面的屬性。

在實際的電漿滲氮製程之前，待處理的組件被精準地放置在裝配裝置上。HWL 多年的經驗在這裡得到了回報，因為零件必須在熔爐中進行最佳定位才能達到所需的表面特性。裝料程序結束，熔爐關閉後，將其抽空至所需的製程壓力，並使用壁式加熱器加熱。加熱過程結束後，將組件暴露在氮氣氣氛中進行輝光放電。電漿在輝光放電中產生。氮氣在此過程中離解、電離，並在組件表面燃燒。確切的處理溫度和滲氮持續時間取決於組件的材料、結構尺寸和成分，以及要達到的滲氮深度。滲氮程序後，熔爐及組件一同冷卻。整個製程持續 17 至 30 個小時。在此期間，真空系統一直處於運行狀態（圖 1）。

真空系統解決方案及其對客戶的益處

在配備 Dr.-Ing K. Busch GmbH 公司的真空泵浦的其他熱處理系統方面獲得了積極的經驗後 ， HWL 於 2013 年購買了一台新的滲氮爐，同樣配備了 Busch 真空系統。它由一台用作底泵浦的油潤滑 R5 迴轉葉片真空泵浦和 PUMA 真空助力器組成。此真空系統的極限壓力小於 1 x 10^-2 mbar，而製程中的實際操作壓力為 2.5 毫巴。這利用了真空系統的最佳抽氣速率，即在該工作範圍內的最高抽氣速率（圖 2）。

製程開始時，R5 迴轉葉片真空泵浦將熔爐從大氣壓力抽空至 100 毫巴的粗真空。PUMA 真空助力器現在才開啟。作為機械助力泵浦，它大幅提高真空系統抽氣速率，從而快速達到並可靠維持製程壓力。
透過將真空系統與迴轉葉片真空泵浦及其專門針對製程進行協調的控制器相結合，能夠以盡可能低的能源消耗實現最大抽氣速率。 精確維護操作壓力和抽氣速率確保能夠執行和記錄可復現製程。如此可精確實現所需的產品特性。大多數時候，HWL 對高合金不鏽鋼進行電漿滲氮，但結構鋼或燒結金屬也使用此製程進行熱處理。滲氮爐自 2013 年投產以來，儘管全天候運行，也從未出現真空系統故障或失效的情況。持續運作僅會因為設定或放置時間而中斷。
對 Kai Lembke 來講，真空技術的絕對可靠性是首要考量。這是因為真空系統在製程中出現故障可能會導致整批品質上乘、昂貴的精密組件無法使用。而在此期間，真空供應從未發生故障。 因此，Kai Lembke 清楚地知道，對於公司的計劃擴張和電漿滲氮部門而言，唯一值得考慮的滲氮系統必須配備 Busch 真空技術。真空系統的維護工作降至最少。除了每日目視檢查油位外，R5 迴轉葉片真空泵浦和 PUMA 真空助力器齒輪單元中的真空油每兩年更換一次。Kai Lembke 也知道 Busch 維修中心就在附近，一旦發生任何情況，可以立即趕到現場。