本发明涉及一种细长管内壁等离子渗氮工装及方法，包括：第一限位机构，其套设于待渗氮管体的第一端；第二限位机构，其套设于所述待渗氮管体的第二端；电极，其穿设于所述第一限位机构、待渗氮管体和第二限位机构；所述第一限位机构和第二限位机构均包括：依次套设于所述待渗氮管体端部的套体、绝缘体和限位件，所述电极的两头分别和待渗氮管体两端的限位件相连。本发明通过上述设置，可实现细长管小直径内壁的均匀渗氮，且沿内壁的轴向渗氮效果均匀。

  所述第一限位机构和第二限位机构均包括：依次套设于所述待渗氮管体端部的套体、

  2.根据权利要求1所述的一种细长管内壁等离子渗氮工装，其特征是：所述第一限位

  机构和第二限位机构中至少一个设置有弹性组件，所述弹性组件包括:抵接于所述绝缘体

  端部的支撑件，以及一端抵接于所述支撑件且另一端抵接于限位件的弹簧，所述绝缘体为

  绝缘管结构，所述弹簧通过支撑件抵接于绝缘体的端部，所述限位件的一端套设于绝缘体

  3.根据权利要求1所述的一种细长管内壁等离子渗氮工装，其特征是：所述套体的内

  壁分别径向面设置有第一支撑壁体，所述第一支撑壁体沿套体轴向开设有第二通孔，所述

  4.根据权利要求3所述的一种细长管内壁等离子渗氮工装，其特征是：所述套体靠近

  待渗氮管体的一侧设置有套环，所述第一支撑壁体在靠近待渗氮管体的一侧和套环内壁围

  合形成有适配于待渗氮管的第一容纳槽，两组套体均沿轴向支撑壁体在背离待渗氮管体的

  5.根据权利要求1所述的一种细长管内壁等离子渗氮工装，其特征是：所述待渗氮管

  体的外周还套设有外套管，所述外套管的内径大于待渗氮管体，所述外套管的两端分别套

  6.根据权利要求1所述的一种细长管内壁等离子渗氮工装，其特征是：所述绝缘体外

  7.根据权利要求1所述的一种细长管内壁等离子渗氮工装，其特征是：所述限位件的

  中心轴线贯穿开设有第三通孔，所述第三通孔的尺寸适配于电极，所述第三通孔的两端开

  8.根据权利要求1所述的一种细长管内壁等离子渗氮工装，其特征是：所述限位件的

  内壁均沿径向面设置有第二支撑壁体，所述第二支撑壁体开设有第一通孔，所述第二支撑

  壁体还开设有第四通孔，所述第四通孔为螺纹孔，所述电极穿过限位件的螺纹孔后通过螺

  9.根据权利要求1所述的一种细长管内壁等离子渗氮工装，其特征是：所述套体的内

  壁和与其对应的绝缘体的外表面具有间隙，所述套体远离待渗氮管体的端部设有倒角。

  10.一种渗氮工装的操控方法，其特征是，使用如权利要求1‑9任意一项所述的一种

  步骤S4：使待渗氮管体连通为阴极，使电极连通为阳极，将上述工装安装于等离子渗氮

  [0001]本发明涉及等离子体技术渗氮领域，尤其是指一种细长管内壁等离子渗氮工装及

  [0002]细长管在传输高压、高速流体时，其内壁易产生磨损，一定要通过内表面材料增强工

  艺提升内壁的耐磨性，通常对细长管内壁进行等离子渗氮工艺处理，对细长管内壁等离子

  渗氮时，在充有含氮氢气体的炉体内，把金属工件作为阴极，炉体作为阳极，通电后介质中

  的氮氢原子在高压直流电场下被电离，使氮和氢的正离子以高速向工件表面轰击，在工件

  [0003]常规的离子渗氮方案，将金属工件作为阴极且将炉体作为阳极，氮离子不易溅射

  到细长管内壁深处，即使少数氮离子依靠多次反射进入管内壁深处动能也会极大衰减，无

  法产生渗氮效果，同时因空心阴极效应等问题，导致渗氮效果沿管轴向的效果差距较大。

  [0004]为此，本发明所要解决的技术问题就在于克服现存技术中常规等离子渗氮方案，无

  法进行细长管内壁深处的渗氮的问题，从而提供了一种细长管内壁等离子渗氮工装及方

  [0005]为解决上述技术问题，本发明提供了一种细长管内壁等离子渗氮工装，包括：

  [0009]所述第一限位机构和第二限位机构均包括：依次套设于所述待渗氮管体端部的套

  [0010]在本发明的一个实施例中，所述第一限位机构和第二限位机构中至少一个设置有

  弹性组件，所述弹性组件包括:抵接于所述绝缘体端部的支撑件，以及一端抵接于所述支撑

  件且另一端抵接于限位件的弹簧，所述绝缘体为绝缘管结构，所述弹簧通过支撑件抵接于

  绝缘体的端部，所述限位件的一端套设于绝缘体的端部，且所述支撑件的另一端开设有适

  [0011]在本发明的一个实施例中，所述套体的内壁分别径向面设置有第一支撑壁体，所

  述第一支撑壁体沿套体轴向开设有第二通孔，所述第二通孔的尺寸不小于待渗氮管体的内

  [0012]在本发明的一个实施例中，所述套体靠近待渗氮管体的一侧设置有套环，所述第

  一支撑壁体在靠近待渗氮管体的一侧和套环内壁围合形成有适配于待渗氮管的第一容纳

  槽，两组套体均沿轴向支撑壁体在背离待渗氮管体的一侧和套体的内壁围合形成有适配于

  [0013]在本发明的一个实施例中，所述待渗氮管体的外周还套设有外套管，所述外套管

  [0014]在本发明的一个实施例中，所述绝缘体外表面环设有若干凹槽，所述套体的材质

  [0015]在本发明的一个实施例中，所述限位件的中心轴线贯穿开设有第三通孔，所述第

  [0016]在本发明的一个实施例中，所述限位件的内壁均沿径向面设置有第二支撑壁体，

  所述第二支撑壁体开设有第一通孔，所述第二支撑壁体还开设有第四通孔，所述第四通孔

  为螺纹孔，所述电极穿过限位件的螺纹孔后通过螺钉和螺纹孔配合对其压紧锁定。

  [0017]在本发明的一个实施例中，所述套体的内壁和与其对应的绝缘体的外表面具有间

  [0018]本发明还提供的一种渗氮工装的操控方法，使用上述的一种细长管内壁等离子渗

  [0019]步骤S1：使电极依次穿过第一限位机构、待渗氮管体和第二限位机构；

  [0020]步骤S2：将第一限位机构和第二限位机构分别套设在管体的两端；

  [0021]步骤S3：将电极的两头分别固定在第一限位机构和第二限位机构的限位件上；

  [0022]步骤S4：使待渗氮管体连通为阴极，使电极连通为阳极，将上述工装安装于等离子

  [0024]本发明所述的一种细长管内壁等离子渗氮工装，通过在带渗氮管体的两侧分别套

  设第一限位机构和第二限位机构，对待渗氮管体进行锁定限位，同时，电极穿过第一限位机

  构、工件和第二限位机构，使电极作为阳极从工件内部穿过，阳极的电极和阴极的工件内壁

  之间进行低气压气体放电获得等离子体，利用等离子辉光放电在工件内壁制备氮化层，离

  子氮化具体分三个阶段，第一阶段活性氮原子产生，第二阶段活性氮原子从介质中迁移到

  工件表面第三阶段氮原子从工件表面转移到芯部，利用电极从工件内穿过，并通过限位件

  对电极固持和定位，保障了中心电极与管内壁的同心度，可实现细长管小直径内壁的均匀

  [0025]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合

  [0032]说明书附图标记说明：1、待渗氮管体；2、外套管；3、套体；301、第一套环；302、第一

  支撑壁体；303、第二通孔；304、第一容纳槽；305、第二容纳槽；306、倒角；307、台阶面；5、绝

  缘体；501、凹槽；6、限位件；601、第二支撑壁体；602、第一通孔；603、第四通孔；604、第三通

  孔；605、导向面；606、第三容纳槽；8、支撑件；9、弹性件；10、电极。

  [0033]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以

  [0035]参照图1‑6所示，本发明的一种细长管内壁等离子渗氮工装，包括：

  [0038]电极10，其穿设于所述第一限位机构、待渗氮管体1和第二限位机构；

  [0039]所述第一限位机构和第二限位机构均包括：依次套设于所述待渗氮管体1端部的

  套体3、绝缘体5和限位件6，所述电极10的两头分别和待渗氮管体1两端的限位件6相连。

  [0040]本发明所述的一种细长管内壁等离子渗氮工装，通过在带渗氮管体的两侧分别套

  设第一限位机构和第二限位机构，对待渗氮管体1进行锁定限位，同时，电极10穿过第一限

  位机构、工件和第二限位机构，使电极10作为阳极从工件内部穿过，阳极的电极10和阴极的

  工件内壁之间进行低气压气体放电获得等离子体，利用等离子辉光放电在工件内壁制备氮

  化层，离子氮化具体分三个阶段，第一阶段活性氮原子产生，第二阶段活性氮原子从介质中

  迁移到工件表面，第三阶段氮原子从工件表面转移到芯部，利用电极10从工件内穿过，并通

  过限位件6对电极10固持和定位，保障了中心电极10与管内壁的同心度，可实现细长管小直

  [0041]参见图2‑图4所示，所述第一限位机构和第二限位机构中至少一个设置有弹性组

  件，所述弹性组件包括:抵接于所述绝缘体5端部的支撑件8，以及一端抵接于所述支撑件8

  且另一端抵接于限位件6的弹簧，所述绝缘体5为绝缘管结构，所述弹簧通过支撑件8抵接于

  绝缘体5的端部，所述限位件6的一端套设于绝缘体5的端部，且所述支撑件8的另一端开设

  有适配于弹簧的第三容纳槽606，通过设置的弹簧，可以拉直中心电极10，提高电极10的同

  心度，此外，由于在渗氮过程中需要对炉内加热，由于工件和管体材料不同导致膨胀系数不

  一致，使得电极10会膨胀变长，尤其是电极10的膨胀系数大于工件时，会导致电极10垂弯，

  通过设置弹簧拉伸可以补偿电极10的伸长量，使电极10从始至终保持直线端面上的支第三容纳槽606可以对弹簧进行

  支撑和限位，弹簧的第三容纳槽606在支撑件8上提供了支撑和限位功能，确保弹簧在绝缘

  体5端面上得到稳定的支持。支撑件8的结构和限位件6的结构相同，用于支持和限位弹簧以

  [0042]为便于将本发明工装放置在渗氮炉内，弹性组件数量为一个，未设置弹性件9一

  端的套体3设置有凸环，凸环的两端均具有台阶面307，便于卡入炉体内的安装孔，而另一端

  的套体3凸环设置在套体3的远端部，仅在凸环的近端面形成有台阶面307和另一侧配合便

  [0043]参见图5所示，所述套体3的内壁分别径向面设置有第一支撑壁体302，所述第一支

  撑壁体302沿套体3轴向开设有第二通孔303，所述第二通孔303的尺寸不小于待渗氮管体1

  的内径，第二通孔303用于第一支撑壁体302两侧空间的连通，便于抽真空操作以及氮气、氢

  气进入到工件的内部，正常的情况下，第二通孔303的内径大于工件的内径，使工件两端的开

  口处也能形成渗氮层，即第二通孔303的尺寸被设计为不小于待渗氮管体1的内径，以确保

  通孔足够宽大，不会成为气体流通的瓶颈，以确保抽真空操作和通入氮气、氢气进入工件内

  部时的畅通通路。此外，通孔的内径一般大于工件的内径，这有助于在工件两端的开口处形

  [0044]所述套体3靠近待渗氮管体1的一侧设置有套环，所述第一支撑壁体302在靠近待

  渗氮管体1的一侧和套环内壁围合形成有适配于待渗氮管的第一容纳槽304，两组套体3均

  沿轴向支撑壁体在背离待渗氮管体1的一侧和套体3的内壁围合形成有适配于绝缘体5第二

  容纳槽305，通过套环对工件端部的外表面套设夹持，同时对工件提供等效延长的效果，使

  [0045]参见图3所示，所述待渗氮管体1的外周还套设有外套管2，所述外套管2的内径大

  于待渗氮管体1，所述外套管2的两头分别套设于两端套环的外周，套环的设置能够有效夹

  持和支撑待渗氮管体1的端部，可以维持工件在等离子渗氮过程中的稳定位置，防止工件发

  生移位，确保等离子渗氮的一致性，套环的夹持作用对于处理细长管等工件特别的重要，因为

  这些工件往往在高温度高压力下易发生变形或位移，而通过套环的有效夹持，且套环属于套

  体3的一部分，其材质与待渗氮管样件相同，线胀系数也一致，使工件在工装中能够更牢固

  地保持位置；其次，第一支撑壁体302和套环内壁形成的第一容纳槽304逐渐增强了对待

  渗氮管体1的支撑和夹持。这种结构的优点是其高度适应性，方便更换的套体3能够有效

  适应不同直径和尺寸的工件，保证了不一样的规格细长管在等离子渗氮过程中都能够受到均匀

  而稳定的处理。便于提高工件端部和开口处的渗氮效果均匀性，因为这些区域往往对工件

  性能产生直接而重要的影响，通过第二容纳槽305的对绝缘体5的支撑和固定，在等离子渗

  氮工艺中，绝缘体5的位置和稳定能力必然的联系到电极10的同心度和渗氮效果。通过第二容纳

  槽305的设计，确保了绝缘体5在等离子渗氮过程中能够从始至终保持准确的位置，进一步提高

  了整个工艺的一致性。如果工件的外表面无需进行渗氮，则在工件的外表面套设外套管2，

  对工件的外周面进行遮蔽处理，形成单面渗氮的效果，需要对工件的外周面渗氮时，则不使

  [0046]参见图4所示，所述绝缘体5外表面环设有若干凹槽501，所述套体3的材质均与待

  渗氮管的材质相同，通过在绝缘体5的避免环设凹槽501，能够减少绝缘体5的壁体厚度，每

  个凹槽501自身应当守卫相连，优选为圆形，于本实施例中，凹槽501的宽度为1mm，凹槽501

  的深度为1mm‑2mm,用以增加绝缘性能,绝缘件长度控制在50mm以上，绝缘件的材料采用云

  [0047]参见图6所示，所述限位件6的中心轴线的两端开口处设有导向面605，电极10从第三通

  孔604内穿过限位件6延伸进入工件内，第三通孔604和工件的孔同轴设置，通过第三通孔

  [0048]继续参见图6所示，所述限位件6的内壁均沿径向面设置有第二支撑壁体601，所述

  第二支撑壁体601开设有第一通孔602，所述第二支撑壁体601还开设有第四通孔603，所述

  第四通孔603为螺纹孔，所述电极10穿过限位件6的螺纹孔后通过螺钉和螺纹孔配合对其压

  紧锁定，第四通孔603的设计是通过设置螺纹孔的形式，电极10穿过第三通孔604后折弯进

  入第四通孔603，通过螺钉与电极10的配合，对电极10进行压紧锁定。这样的螺纹孔设计具

  有极高的可靠性，确保了电极10的牢固固定，防止了因电极10松动而导致的位置偏移，提高

  了工作时的安全性和稳定能力。这种固定方式使得电极10能够在高温度高压力的等离子渗氮工艺

  中始终保持牢固而稳定的工作状态。第一通孔602的内径远大于第三通孔604，第一通孔602

  总的面积应当尽可能的大，于本实施例中，第一通孔602的数量为四个，且均匀环设在第三

  通孔604的周围，第三通孔604设置在限位件6的中心处，各个第一通孔602之间具有间距不

  连续，使相邻的第一通孔602之间形成肋条增加限位件6和支撑件8的结构强度，使得在等离

  子渗氮工艺中，限位件6更加可承受外部环境的复杂压力，增强了工作时的稳定性，通过

  [0049]所述套体3的内壁和与其对应的绝缘体5的外表面具有间隙，套体3内壁与绝缘体5

  外表面之间的间隙设计提高了工件的装配便利性。这个间隙允许工件在装配时相对容易地

  入套体3和绝缘体5之间，减少了装配的复杂性，提高了操作的便利性。尤其是在本工装

  用于等离子渗氮工艺中，工件的频繁更换是常见的操作，这一设计能够明显提高操作效率，

  降低装配过程中的时间和人力成本，所述套体3远离待渗氮管体1的端部设有倒角306，远离

  工件端增加倒角306，倒角306的设置有助于平缓电场，通过增加的倒角306，可以有明显效果地减缓

  电场梯度，避免了电场在局部区域集中过快的变化，在等离子渗氮过程中，能够尽可能的防止电场不

  均匀引发的局部放电问题，使电场平滑分布，提高了工装在等离子渗氮工艺中的稳定性，确

  保了电场的均匀分布，从而维持了工作环境的稳定性和可控性，同时套体3靠近绝缘体5的

  一侧的开口处也开设有间隙槽，于本实施例中，使套体3与绝缘件相连处，留单边比绝缘件

  大0.5mm的间隙，间隙为套体3径向方向，深度在3‑5mm，深度即为套体3轴向方向，用于避免

  [0051]本实施例还提供了一种渗氮工装的操控方法，使用如实施例1所述的一种细长管

  [0052]步骤S1：使电极10依次穿过第一限位机构、待渗氮管体1和第二限位机构；

  [0053]步骤S2：将第一限位机构和第二限位机构分别套设在管体的两端；

  [0054]步骤S3：将电极10的两头分别固定在第一限位机构和第二限位机构的限位件6上；

  [0055]步骤S4：使待渗氮管体1连通为阴极，使电极10连通为阳极，将上述工装安装于等

  [0056]本实施例所述一种渗氮工装的操控方法，能够在长度超过500mm，内径5.6mm、

  7.6mm、12.7mm、18.4mm等的细长管内壁的等离子渗氮上进行过实际应用，且使用效果优秀。

  [0057]下面以42CrMo材料的管道为例，工艺方案通常为：先进行管清洗，去除油污、锈迹，

  按照上述的装夹方案对工件来安装，将管样件固定为阴极，中心电极10固定为阳极，安装

  于真空等离子渗氮炉内，关闭真空炉后，抽真空至百Pa以下，通过外部辅助加热至450℃。通

  入氢气、调节气压在200‑600Pa之间，开启高压，进行表面清洗15‑30min，后通入氮气、氢气

  混合气体，再进行常规等离子渗氮工艺操作，可获得在管内壁均匀的渗氮效果，且渗氮效果

  [0058]对管工件镀铬层厚度不易控制，不仅增加的镀层会改变管尺寸，而且对环境有较

  大的污染；QPQ处理较薄且脆性较大，易碎裂；气体渗氮工艺时间长。采用等离子渗氮处理使

  管工件能够拥有更好的表面综合性能，加强管内壁的材料性能，提升内壁耐磨性能，增加管

  [0059]在本实施例中，中心电极10采用钼、钨、镍等材料，当管内径在5‑10mm时，电极10粗

  细优选为0.5‑1mm之间；当管的内径大于10mm时，由于辉光放电在3.5mm以上间隙时比较容

  易控制，选用更粗的电极10不影响正常运作，电极10粗细一般为管内径的十分之一，可选用

  [0060]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于

  所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还能做出其它不同形式变化或变

  动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变

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