2022年必备真空泵的原理及其特点.docx

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1、一原理CG-17玻璃三级高真空油扩散泵 GG 17 玻璃膨胀系数低，能更好地耐受很高的温度差变， 故该泵比同型泵能受得起高温而且使用寿命也更长；该泵适用于电子工业，如电子管；显象管； X光 管，以及半导体单晶硅的冶炼提纯，高沸点的油脂蒸馏提纯别离， 日光灯， 保温瓶高真空排气的仪器；工作原理 先由转动真空泵把系统抽到 10- Pa 扩散泵油被加热沸腾 , 以高速从喷出的油蒸汽流不断将系统内气体分子带到泵的侧臂弯管球泡处集结, 待气体密度到达机械 真空泵的工作范畴而被抽出 , 从而逐步获得高真空 .水环式真空泵 / 液环真空泵工作原理 水环真空泵简称水环泵 是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为

2、 20004000Pa，串联大气喷射器可达 270670Pa；水环泵也可用作压缩 机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范畴为 12105Pa 表压力； 水环泵最初用作自吸水泵， 而后逐步用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等很多工业部门； 在工业生产的很多工艺过程中， 如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱 气等，水环泵得到广泛的应用； 由于真空应用技术的飞跃进展， 水环泵在粗真空获得方面始终被人们所重视； 由于 水环泵中气体压缩是等温的， 故可抽除易燃、易爆的气体， 此外仍可抽除含尘、 含水的气体， 因此，水环泵应用日益增多；在泵体中装有适量

3、的水作为工作液； 当叶轮按图中顺时针方向旋转时， 水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用， 水形成了一个打算于泵腔外形的近似于等厚度的封闭 圆环；水环的下部分内外表恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内外表刚好与叶片顶端接触 实际上叶片在水环内有肯定的插入深度；此时叶轮轮毂与水环之间形成 一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的假设干个小腔；假如以叶轮的下部 0为起点，那么叶轮在旋转前180时小腔的容积由小变大，且与 端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔就与吸气口隔绝；当叶轮连续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排 气口相通时，气体便被排出泵外；综上所述， 水环泵

4、是靠泵腔容积的变化来实现吸气、 压缩和排气的， 因此它属于变容式真空泵；罗茨泵的工作原理 罗茨泵在泵腔内， 有二个“ 8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1 的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动；在转子之间， 转子与泵壳内 壁之间，保持有肯定的间隙， 可以实现高转速运行；由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵， 通常压缩比很低， 故高、中真空泵需要前级泵；罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，仍取决于前级泵 的极限真空；为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用；罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相像； 由于转子的不断旋转， 被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间 v0

5、内，再经排气口排出；由于吸气后v0 空间是全封 闭状态， 所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀；但当转子顶部转过排气口边缘， v0 空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，就有一部分气体返冲到空间v0 中去，使气体压强突然增高；当转子连续转动时，气体排出泵外；旋片式真空泵工作原理旋片式真空泵简称旋片泵是一种油封式机械真空泵；其工作压强范畴为 1013251.3310-2 Pa属于低真空泵；它可以单独使用，也可以作 为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵；它已广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门；旋片泵可以抽除密封容器中的干燥气体， 假设附有气镇装置， 仍可以抽

6、除肯定量的可凝性气体；但它不适于抽除含氧过高的， 对金属有腐蚀性的、 对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体；旋片泵是真空技术中最基本的真空获得设备之一； 旋片泵多为中小型泵； 旋片泵有单级和双级两种； 所谓双级， 就是在结构上将两个单级泵串联起来；一般多做成双级的，以获得较高的真空度；旋片泵的抽速与入口压强的关系规定如下：在入口压强为1333Pa、1.33Pa和 1.33 10-1 Pa 下，其抽速值分别不得低于泵的名义抽速的95%、50%和20%； 旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成；在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内外表相切二者有很小的间隙，转子槽 内装有带

7、弹 簧的二个旋片；旋转时，靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触，转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动；两个旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C 三部分， 当转子按箭头方向旋转时，与吸气口相通的空间 A 的容积是逐步增大的，正处于吸气过程；而与排气口相通的空间 C 的容积是逐步缩小的， 正处于排气过程； 居中的空间 B的容积也是逐步减小的，正处于压缩过程；由于空间A 的容积是逐步增大 即膨胀，气体压强降低，泵的入口处外部气体压强大于空间A 内的压强，因此将气体吸入；当空间 A 与吸气口隔绝时，即转至空间 B 的位置，气体开头被压缩，容积逐步缩小，最终与排气口相通；

8、 当被压缩气体超过排气压强时， 排气阀被压缩气体推开，气体穿过油箱内的油层排至大气中；由泵的连续运转，到达连续抽气的目的；假如排出的气体通过气道而转入另一级低真空级，由低真空级抽走，再经低真空级压缩后排至大气中， 即组成了双级泵；这时总的压缩比由两级来负担， 因而提高了极限真空度；1金属在真空状态下的相变特点；在与大气压只差范畴内的真空下， 固态相变热力学、动力学不产生什么变化；在制订真空热处理工艺规程时， 完全可以依据在常压下固态相变的原理； 完全可以参考常压下各种类型组织转变的数据；2真空脱气作用，提高金属材料的物理性能和力学性能；3真空脱脂作用；4金属的蒸发：在真空状态下加热，工件外表元

9、素会发生蒸发觉象；金属到达以下蒸气压的平稳温度熔点表一 各种金属的蒸气压10-2Pa10-1Pa1Pa10Pa133PaCu103511411273142216281038Ag848936104711841353961Be102911301246139515821284Mg301331343515605651Ca463528605700817851Ba406546629730858717Zn248292323405-419Cd180220264321-321Hg134882126Ae80888999611231179660Li377439514607725179Na19523829135643

10、798K12316120726533864In74684095210881260157C22882471268129263214-Si111612231343148516701410Ti1249138415461742-1721Zr166018612001221225491830Sn9221042118913731609232Pb548625718832975328V158617261888207922071697Nb23552539-2415Ta25992820-2996Bi536609693802934271Cr99210901205134215041890Mo209522902533-2

11、625Mn791873980110312511244Fe119513301447160217831535W276730163309-3410Ni125713711510167918841455Pt174419042090231325821774Au1190131614651646186710635外表净化作用，实现少无氧化和少无脱碳加热；图一各种金属氧化物的分解压力金属的氧化反应是可逆的： Mo 2M+2O2OO2 取决于气氛中氧的分压和金属氧化物的分压的大小；当氧分压大于金属氧化物的分压时，反应向左进行， 金属外表产生氧化； 反之，如氧化物的分解压大于氧的分压，反应向右进行，其结果是氧化物分

12、解；亚氧化物理论和真空炉中碳元素存在， 使炉内氧的分压低于金属氧化物的分压，使金属不会氧化；表二 真空度和相对杂质及相对露点关系真空度相对杂质含量Pa托%PPM百万分比1041001031010211010-110-210-210-3 10-110-310-410-210-410-5 10-310-510-61320132相对露点+11-18-40-59-74-88-1016金属实现无氧化加热所需的真空度；图二为不同金属无氧化加热温度和真空度的关系曲线二特点(1) 严格的真空密封： 众历周知， 金属零件进行真空热处理均在密闭的真空炉内进行，因此， 获得和维护炉子原定的漏气率，保证真空炉的工作真

13、空度，对确保零件真空热处理的质量有着特别重要的意义；所以真空热处理炉的一个关键问题，就是要有牢靠的真空密封结构；为了保证真空炉的真空性能，在真空热处理炉结构设计中必需道循一个基本原就，就是炉体要采纳气密焊接，同时在炉体上尽量少开或者不开孔，少采纳或者防止采纳动密封结构，以尽量削减真空泄漏的时机；安装在真空炉体上的部件、附件等如水冷电极、热电偶导出装置也都必需设计密封结构；(2) 大部分加热与隔热材料只能在真空状态下使用：真空热处理炉的加热与隔热衬料是在真空与高温下工作的，因而对这些材料提出了耐高温，蒸汽压低，辐射成效好， 导热系数小等要求；对抗氧化性能要求不高；所以，真空热处理炉广泛采纳了钽、

14、钨、钼和石墨等 作加热与隔热构料； 这些材料在大气状态下极易氧化，因此， 常规热处理炉不能采纳这些加热与隔热材料；(3) 水冷装置，真空热处理炉的炉壳、炉盖、电热元件导别处置 水冷电极 、中间真空隔热门等部件，均在真空、受热状态下工作；在这种极为不利的条件下工 作，必需保证各部件的结构不变形、不损坏，真空密封圈不过热、不烧毁；因此，各部件应当依据不同的情况设置水冷装置，以保证真空热处理炉能够正常运行并有 足够的使用寿命；(4) 采纳低电压大电流：在真空容器内，当真空空度为几托一 lxlo-1 托的范畴内时，真空容器内的通电导体在较高的电压 下，会产生光放电现象；在真空热处理炉内，严峻的会产生弧

15、光放电，烧毁电热元件、隔热层等，造成重大事故和缺失；因此，真空热处理炉的电热元件的工作电压，一般都不超过 80 一 100 伏；同时在电热元件结构设计时要实行有效措施，如尽量防止有尖端的部件，电极间的间距不能太小窄，以防止辉光放电或者弧光放电的发生；(5) 自动化程度高：真空热处理炉的自动化程度之所以较高，是由于金属工件的加热、冷却等操作，需要十几个甚至几十个动作来完成；这些动作内在真空热处理炉内进行，操作人员无法接近；同时， 有些动作如加热保温终止后，金属工件进行淬火工序须六、六个动作并且要在 15 秒钟以内完 成；在这样快速的条件来完成很多动作，是很简单造成操作人员的紧急而构成误操作；因此

16、，只有较高的目动化才能精确、准时按程序和谐动；三.真空退火、 真空淬火、 真空回火及常用金属材料的真空淬火、回火工艺标准；1、真空退火目的 ：获得干净光亮的外表， 省去或削减加工工序； 使金属材料软化， 排除内应力和转变结构，提高材料性能；1铜及其合金表十三青铜真空热处理参数材料号QSn4-3 QSn4-4-2.5真空度 Pa退火温度冷却方式600600650QAl9-2 QAl9-4 QAl10-3-1.5 QAl10-4-4 QAl10-5QAl10-7600750700750650750650750600700650750炉冷表十四紫铜和黄铜真空热处理参数材料牌号排除应力退火温度再结晶退

17、火温度真空度 Pa冷却方式表十五铍青铜时效工艺参数炉冷或惰性气体冷紫铜T1、T2600700133T3、T4600700黄铜H96H90200540600650720H80260600700H70260270520650H68H62260270270300520650600700H59-1600670HSn70-1300350560580133HSn62-1HAl77-2350370300350550650600650HAl59-3-2350400600650HMn58-2600650HFe59-1-1600650HPb74-3600650HPb64-3620670HPb63-3620650H

18、Pb60-1600650材料牌号时效温度真空度 Pa时间小时QBe2300-2110352853432022金属和合金的除气处理；应用于加速器、宇宙模拟设备、电子管材料和高温活性金属；表十六金属及合金真空除气的温度及真空度金属及合金除气温度真空度 Pa铜8002.7 10-3镍8009501.3 10-3-2铁与铁合金，硅钢，不锈钢 9004 10钼 1450-36.7 10钨 1400-36.7 10钛810-31.3 10钽900950-31.3 103软磁材料的真空退火软磁材料与硬磁材料的区分是磁性不同；矫顽力 Hc 10 奥斯特为软磁， Hc=10-300 奥斯特为半硬磁， Hc300

19、 奥斯特为硬磁；目前广泛应用于氢气退火和真空退火；电工纯铁的真空退火，见图七；图七电工钢真空退火工艺曲线硅钢片的真空退火见图八；图八硅钢片真空退火工艺曲线Fe-Ni 系合金真空退火；表十七常用 Fe-Ni 软磁材料的真空退火标准合金牌号-11J46退火温度保温时间小时36真空度Pa冷却方式1J501J79随炉升温1050115010 10-3100200 /h 冷至 300后快冷 100出炉1J51121J54随炉升温86110-1100 /h 冷至 300移至冷却室， 冷至 100以下出炉1J8011001150100200 /h 冷至 400移至冷却室冷至 100以下出炉1J851J77随

20、炉升温1100120010 10-1-3-1100200 / 小时冷至 480后快冷至 100以下出炉100150 /h 冷至 500后，以 3050 /h 冷至 300， 再快冷到 100出炉；1J76随炉升温11001150110100 /h 冷至 500后， 以 1050 /h 冷至 300， 再快冷到 100出炉；1J52随炉升温12100200 /h 冷至 600快冷至 300， 100出炉1J831J861J4110501150随炉升温11001200358610 10-1-3-1100200 /h 冷至 600再稍快冷至 100以下出炉100 /h 冷至 600后以 30100

21、/h 冷至 300，100出炉1J42随炉升温1100115024110100 /h 冷至 600稍快冷至 300， 100以下出炉1J471210-1 10-3150 /h 冷至 300400后快冷至 100出炉Fe-Al 系合金真空退火表十八常用 Fe-Al 系软磁合金真空退火标准合金退火温度牌号保温时间小时真空度Pa冷却方式1J16缓慢升温95011501J13随炉升温9009501J12随炉升温1050 12002210-1 10-3200150 /h 炉冷， 100以下出炉100 /h 冷至 600， 60 /h 冷至 200， 100 出炉；100150 /h冷至 500快冷至 2

22、00， 100出炉1J6100150 /h 冷至 250， 100出炉1J8随炉升温700以后50200 /h升至1200 12202350150 /h 冷至 250以下， 100出炉软磁合金退火时留意：a在高温退火时必需防止工件叠片间和卡具粘合，可以在其间撒布工业氢氧化镁或滑石粉，或经高温下除过气的氧化铝粉撒布其间；b工件不能与石墨接触，最好不用石墨纤维的真空炉中处理；4钢材料的真空退火；钢铁材料：表十九钢的真空退火工艺参数材料真空度 Pa退火温度冷却方式-1451.3 10850870炉冷或气冷， 300出炉-11.3 10-140Cr1.3 10750800炉冷或气冷， =200出炉89

23、0910缓冷， 300出炉Cr12MO1.3 10-1 以上850870720750，等温 45 小时炉冷W18Cr4V-11.3 10870890720750，等温 45 小时炉冷空冷低合金模具钢780870缓冷高碳铬冷作模具钢870900缓冷W918热模具钢815900缓冷不锈钢、耐热钢真空退火；表二十奥氏体不锈钢退火温度和真空度热处理温度真空度 Pa热变形后去氧化皮代替酸洗退火9001050-1-21100退火1.3 100.7 10-1105011501.3 10-3电真空零件退火95010004 10-2-3带料在电子束设备中退火105011501.3 10 1.3 10表二十一一些

24、不锈钢的退火工艺参数钢种类型主要化学成分质量分数分析结果 %退火温度范畴真空度 Pa-1铁素体类Cr12 最多6308301.3 10-1马氏体类Cr14 ，C0.4 ， Cr168309001.3 10-1奥氏体类未稳固化Cr18 ， Ni81010 11201.3 10-2-3奥氏体类稳固化Cr18 ， Ni8 ， N61 或 Ti95011201.3 101.3 102、真空淬火：图九真空淬火循环-2真空淬火操作过程见图八，先预抽真空到1110 Pa 时开头加热，当保温55终止，升压到 0.8 10 Pa，工件油淬或回填到 5 10 Pa进行高压气淬；各种钢和合金加热时的真空度要求和淬火

25、冷却方式见表二十二；表二十二各种钢和合金加热时的真空度要求和淬火冷却方式材料真空度淬火方式低中高油水气耐冲击钢美 S-1 SKS41ABA美 S-2 SKS4ABA美 S-3ABA美 S-4ABA美 S-5ABA油淬火钢美 0-1 MnCrWvABA美 0-2 9Mn2vABA美 0-6ABA美 0-7 WCrvABA美 414040CrMnMoABA美 4340ABA美 52100ABA空气淬火钢美 A-2ABCA美 A-6ABCA美 A-7ABCA美 D-1ABCA美 D-2ABCA美 D-4ABCA美 D-5ABCA美 D-7ABCA美 H-11ABCA美 H-14ABCA美 H-21A

26、BCA美 H-22ABCA高速钢 W 系美 T-1ABAE美 T-2ABAE美 T-3ABAE美 T-4ABAE美 T-5ABAE美 T-15ABAE高速钢 Mo 系美 M-1ABAE美 M-2ABAE美 M-6ABAE美 M-10ABAE美 M-30ABAE美 M-50ABA钛合金Ti-2Al-4MnABDATi-6Al-4VABDATi-679ABDATi-6Al-4V低 O2ABDATi-6Al-6VZ-5Sn-1Fe， CuABDATi-7Al-4MoABDA不锈钢400ABA410ABA416ABA420ABA440ABA沉淀硬化合金Ni-spancABAAAM-350ABAAAM-

27、355ABAA美 17-7PHABAA美 17-4PHABAA铁镍基合金901 合金ABAAA-286ABAADiscaloyABAAUnitemp 212ABAA钴基合金Al-Risist 213ABAAH-21ABAMAR-M509ABAAW1-52， HS152ABA镍基合金T18 合金ABAAHastelloy XABAInconelx750ABAAM-252-J-1500ABAARA-333ABARene41ABAARene62ABAARene63ABAATDNickel棒ABAWaspaloy AABAAWaspaloy BABAACTreek AscaloyABA注： A-必要条

28、件； B-需改善泵的停机时间； C-预冷至 550施行油淬； D-用扩散泵排出； E-气冷至 1090淬油；真空度：低 - 机械泵；中 - 增压泵；高 - 扩散泵；1真空淬火工艺操作实例： 汽车车灯反射镜凸模图十材料： Cr12 MOV技术要求：热处理 HRc6062 变形愈小愈好；图十车灯反射镜凸模该厂引进日本加工技术， 与外商协作，共同制造汽车反射镜； 凸面为抛物面， 热处理后无法进行加工， 故要求模具变形越小越好； 原采纳盐浴炉淬火， 变形达，冲件不能到达聚焦反射作用；经真空热处理后变形掌握在以内，外表光亮，无氧化脱碳，硬度匀称，使用性能良好；其真空热处理工艺见图十；本凸模在ZC30型双

29、室油淬负压真空炉内处理；图十一车灯凸模真空热处理工艺曲线凸模在高压气淬炉内处理，气淬压为34105Pa，其成效更好； 100 目不锈钢网滚模模芯图十二材料： Cr12 MOV技术要求：热处理 HRc5862；图十二 100目不锈钢网滚模模芯5此件加工六角形不锈钢网用，系出口任务，要求很高；在50mm处的六角形网眼要用放大镜才能看清晰； 该厂原采纳盐浴淬火， 由于残盐嵌在六角形网眼中，需经放大后才能观察， 再用人工方法将残盐从一个个微小的网眼内剔除，既费时有极易损坏模眼而导致报废； 故用盐浴处理的模芯废品率很高； 采纳真空热处理后模芯外表光滑，合格率达100%，寿命也比原先提高，用户特别中意；其

30、热处理工艺见图十三； 本模芯在 ZC-30 型双室负压油淬炉内处理； 假设在加压气淬炉内处理，气淬压力2310 Pa，其淬火成效更佳；图十三不锈钢网滚模模芯 压铸模材料： H13技术要求：大型复杂模具HRc42-44中小型优质模具 HRc44-46小型模块HRc48-50 设备：采纳 5bar 以上高压气淬炉工艺：采纳分级气淬工艺详细工艺曲线示意图见图十四；图十四 H13 钢真空高压气淬加热冷却工艺示意图其中 Ts 为外表热电偶温度， Tc 为心部热电偶温度，冷炉升温速度220/小时，对流加热炉压 2bar ，预热二次，当 Tc=Ts后再升温；奥氏体化保温时间：快速升温至 1030 5，当 T

31、s-Tc14后，保温 30分钟；回充高纯氮分压 26.6Pa；从 1030到 540淬火冷速至少 28/ 分，在 455-400 间进行分级，当 Ts 冷至分级温度区后 30 分钟连续快冷到 65出炉；在静止空气中冷到 50-30 进行二次以上回收；回火至少二次，每次回火后模具冷到室温再进行其次次回火；回火时间按2.4 分/mm运算，或心部到温度后在保温2 小时；回火温度按不同硬度要求，一般 580-600 左右；2真空淬火的质量成效 真空淬火对工件外表质量的影响A真空状态下加热氧化物的复原作用；B元素发挥的影响；C钢种的影响；D冷却方式的影响；E回火的影响；F真空泵、油增压泵、油扩散泵返油的

32、影响；G真空淬火油脱气；H炉子泄漏率；I 加热速度影响；J充气管道的漏气问题； 真空淬火工件的变形，减小真空淬火变形的详细措施A加热技术方面a多次预热；b在 800以下进行对流加热；c提高炉温匀称性，合理布置；d合理掌握炉内压力，回填 N2 以 13.3Pa 为宜；B冷却技术削减工件变形a尽量采纳高压气淬代油淬；b 为削减组织压力，先油淬在 Ms点以上出炉气冷；c气体分级淬火；d掌握油搅拌开动时间； e削减工件在热态下振动；f 料盘、工具的变形，会影响工件变形；g厚薄不匀称，锐角处包扎氧化铝棉； h合理装炉；i 高压气淬时，冷却气体的喷射方式； 真空淬火后钢的机械性能ak 在真空淬火加热时，工

33、件有脱气、不氧化、不脱碳，因而有较高的机械性能；表二十三 Cr 12MOV钢真空淬火、回火与盐浴淬火、回火后机械性能比较淬火温度回火温 度2RmN/mm真空盐浴Fmm真空盐浴2真空盐浴 硬度 HRc真空淬火淬火淬回态火态 硬度 HRc盐浴淬火淬回态火态9501804239310561980180375628144631020240385130481080240358421391120520冷25012755注：真空淬火： 800预热 25 分，淬火保温 20 分；盐浴淬火：淬火温度为 9501020时，400预热一小时， 淬火保温 9 分钟； 淬火温度为 10801120时，850预热 6 分，淬火保温 3 分钟， 600650分级 23 分钟后空冷； 真空淬火产品的使用寿命真空淬火模具寿命一般提高 40400%；