close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16343

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.10.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 23C 14/35
C 23C 14/38
C 23C 14/48
C 23C 8/00
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
(2006.01)
СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЯ В ВАКУУМЕ
И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(21) Номер заявки: a 20101406
(22) 2010.09.29
(43) 2012.04.30
(71) Заявитель: Государственное учреждение высшего профессионального
образования
"БелорусскоРоссийский университет" (BY)
(72) Авторы: Логвин Владимир Александрович; Логвина Екатерина Владимировна (BY)
BY 16343 C1 2012.10.30
BY (11) 16343
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
учреждение высшего профессионального образования "Белорусско-Российский университет" (BY)
(56) ХОДЫРЕВ В.И. и др. Вестник Могилевского государственного технического университета. - 2002. - № 2 (3). С. 159-163.
RU 2161662 C2, 2001.
RU 97730 U1, 2010.
RU 2039844 C1, 1995.
SU 1044961 A, 1983.
JP 2001/073112 A.
(57)
1. Способ поверхностной обработки изделия в вакууме, включающий обработку поверхности изделия в вакууме в тлеющем разряде, отличающийся тем, что изделие располагают в вакуумной камере между анодом и катодом в области катодного темного
пространства обрабатываемой поверхностью к аноду и подключают к источнику высокочастотного пульсирующего тока, осуществляют откачку воздуха из вакуумной камеры до
разрежения 1,3-13,3 Па, создают между катодом и анодом, подключенными к источнику
напряжения и расположенными на расстоянии 300-800 мм, напряжение 0,5 кВ и плотность
тока 0,05-3 А/м2, постепенно повышают напряжение между катодом и анодом до возбуждения
BY 16343 C1 2012.10.30
самостоятельного тлеющего разряда с образованием шаровидного светящегося облака на
торце анода, в процессе обработки через изделие пропускают высокочастотный пульсирующий ток с частотой 1-50 кГц в течение 5-60 минут, затем разрежение в вакуумной камере постепенно понижают до 10-8-1,3 Па, а для ионизации пространства между катодом и
анодом и поддержания горения тлеющего разряда в камере включают протяженный магнетрон, расположенный в вакуумной камере, с мишенью из материала, необходимого для
ионной имплантации поверхности изделия, выдерживают в течение 5-60 минут, отключают протяженный магнетрон, затем снижают напряжение до 0,5 кВ и плотность тока до
0,05-3 А/м2 между катодом и анодом и снова создают разрежение 1,3-13,3 Па, постепенно
повышают напряжение между катодом и анодом до возбуждения самостоятельного тлеющего разряда с образованием шаровидного светящегося облака на торце анода, выдерживают изделие в течение 5-60 минут, затем снижают напряжение до 0,5-1,0 кВ и
проводят ионную полировку поверхности в течение 5-60 минут.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изделие располагают на основании из диэлектрического материала, изолирующем его от катода.
3. Устройство для поверхностной обработки изделия в вакууме, содержащее откачной
пост, форвакуумный агрегат, диффузионный насос, вакуумную камеру с катодом и анодом, подключенными к источнику напряжения, отличающееся тем, что содержит источник высокочастотного пульсирующего тока, подключенный к изделию и содержащий
регулятор частоты и регулятор тока; и протяженный магнетрон, расположенный в вакуумной камере, с мишенью, выполненной с возможностью перемещения, смены, установки
комбинированной мишени.
Изобретение относится к нанесению покрытий диодным распылением материала с
помощью разряда и ионным внедрением и может использоваться в авиационной, приборостроительной, машиностроительной промышленности.
Известны способы поверхностной обработки, заключающиеся в том, что под воздействием высокочастотной ультразвуковой энергии происходит возрастание энергетического уровня материала упрочняемого изделия [1, 2].
Данные способы имеют низкую производительность и значительные энергозатраты
при осуществлении, так как необходимо подвергать высокочастотной ультразвуковой обработке изделие.
Известно устройство, состоящее из входного выпрямителя, инвертора, высокочастотного понижающего трансформатора, диодного выпрямителя, сглаживающего дросселя [3].
Данное устройство не позволяет распылять равномерно материал анода в межкатодном пространстве.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является
способ, включающий обработку поверхности изделия в вакууме в тлеющем разряде [4].
Данный способ, принятый за прототип, для осуществления процесса предполагает
наличие более высокого потенциала между катодом и анодом и большего времени выдержки изделий под действием потенциала.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является
устройство для поверхностной обработки изделия в тлеющем разряде, содержащее откачной пост, форвакуумный агрегат, диффузионный насос, вакуумную камеру с катодом и
анодом, подключенными к источнику напряжения [4].
Данное устройство, принятое за прототип, имеет низкий КПД вследствие того, что
позволяет осуществлять только бомбардировку поверхности изделий положительно заряженными ионами в тлеющем разряде и не позволяет менять частоту импульсов электронного и ионного токов во время обработки, а также имплантировать обрабатываемую
поверхность для заполнения микротрещин, имеющихся на поверхности изделий.
2
BY 16343 C1 2012.10.30
Задачей данного изобретения является снижение энергозатрат и сокращение времени
обработки при одновременном повышении износостойкости изделий в процессе эксплуатации.
Указанная задача решается благодаря тому, что в способе поверхностной обработки
изделия в вакууме, включающем обработку поверхности изделия в вакууме в тлеющем
разряде, согласно изобретению, изделие располагают в вакуумной камере между анодом и
катодом в области катодного темного пространства обрабатываемой поверхностью к аноду и подключают к источнику высокочастотного пульсирующего тока, осуществляют откачку воздуха из вакуумной камеры до разрежения 1,3-13,3 Па, создают между катодом и
анодом, подключенными к источнику напряжения и расположенными на расстоянии 300800 мм, напряжение 0,5 кВ и плотность тока 0,05-3 А/м2, постепенно повышают напряжение между катодом и анодом до возбуждения самостоятельного тлеющего разряда с образованием шаровидного светящегося облака на торце анода, в процессе обработки через
изделие пропускают высокочастотный пульсирующий ток с частотой 1-50 кГц в течение
5-60 минут, затем разрежение в вакуумной камере постепенно понижают до 10-8-1,3 Па, а
для ионизации пространства между катодом и анодом и поддержания горения тлеющего
разряда в камере включают протяженный магнетрон, расположенный в вакуумной камере,
с мишенью из материала, необходимого для ионной имплантации поверхности изделия,
выдерживают в течение 5-60 минут, отключают протяженный магнетрон, затем снижают
напряжение до 0,5 кВ и плотность тока до 0,05-3 А/м2 между катодом и анодом и снова
создают разрежение 1,3-13,3 Па, постепенно повышают напряжение между катодом и
анодом до возбуждения самостоятельного тлеющего разряда с образованием шаровидного
светящегося облака на торце анода, выдерживают изделие в течение 5-60 минут, затем
снижают напряжение до 0,5-1,0 кВ и проводят ионную полировку поверхности в течение
5-60 минут. Изделие располагают на основании из диэлектрического материала, изолирующем его от катода.
Устройство для поверхностной обработки изделия в вакууме, содержащее откачной
пост, форвакуумный агрегат, диффузионный насос, вакуумную камеру с катодом и анодом, подключенными к источнику напряжения, согласно изобретению, содержит источник высокочастотного пульсирующего тока, подключенный к изделию и содержащий
регулятор частоты и регулятор тока; и протяженный магнетрон, расположенный в вакуумной камере, с мишенью, выполненной с возможностью перемещения, смены, установки
комбинированной мишени.
Известно, что при высокочастотном изменении подаваемого постоянного тока происходит возрастание энергетического уровня материала. Кроме того, в тлеющем разряде поток ионов носит немоноэнергетический характер, не все ионы, исходящие из анода
(электрода-излучателя), имеют энергию, достаточную для осуществления структурных
изменений в поверхностном слое материала изделий. Под действием катодного падения
потенциала энергия ионов, исходящих из анода и образованных в межкатодном пространстве, увеличивается. Подвергая изделие воздействию высокочастотного пульсирующего
тока, в процессе обработки можно значительно повысить энергетический потенциал атомов кристаллической решетки материала изделия, тем самым создать условия для проведения структурных изменений в приповерхностных слоях материала обрабатываемого
изделия ионами с меньшей потенциальной энергией, повысить производительность, снизить энергозатраты и время на обработку. Известно, что доводка любой поверхности, связанная со снижением шероховатости, продлевает срок службы деталей, повышает
режущие способности инструментов, поэтому для уменьшения глубины и сглаживания
микротрещин, а также для снятия внутренних напряжений в поверхностном слое проводится полирование поверхности, которое может быть механическим, осуществляемым
при помощи абразивных паст и механического воздействия на поверхность, химическим,
проводимым при помощи химических реакций, и ионным, когда в вакууме бомбардиру3
BY 16343 C1 2012.10.30
ющие ионы с малой энергией сглаживают микронеровности на поверхности. Поскольку
основной процесс поверхностной обработки проводится в вакууме, то наиболее целесообразно провести ионную полировку одновременно.
Сущность изобретения поясняется фигурой. На фигуре представлена схема установки
для осуществления способа.
Анод 1 установлен в диэлектрическом стакане 2, закрепленном вверху вакуумной камеры 3 на корпусе 4. На противоположной стороне внизу вакуумной камеры 3 расположен катод 5 на диэлектрической прокладке 6. На катоде 5 на основании 13 из
диэлектрического материала выкладывают изделие 9 и подключают к проводам источника
12 высокочастотного пульсирующего тока, снабженного регулятором частоты 14 и регулятором силы тока 15. Протяженный магнетрон 16 с мишенью 17 служат для образования
в межкатодном пространстве вакуумной камеры достаточного количества ионов для имплантации. Высоковольтные провода 7 от катода 5 и анода 1 подключены к источнику
напряжения 8. Откачной пост 10, агрегат форвакуумный 11 и диффузионный насос 18
служат для откачки воздуха из вакуумной камеры 3.
Обработку по предлагаемому способу осуществляют следующим образом. Изделие 9
помещают в вакуумную камеру 3 и располагают на основании 13 из диэлектрического материала, на катоде 5, установленном на диэлектрической прокладке 6 таким образом, чтобы поверхность, которую необходимо обрабатывать, была обращена к аноду 1, и
подключают к проводам от источника 12 высокочастотного пульсирующего тока, снабженного регулятором частоты 14 и регулятором силы тока 15. Закрывают вакуумную камеру 3, включают откачной пост 10 для откачки воздуха из вакуумной камеры 3. После
создания достаточного разрежения в вакуумной камере 3 включают агрегат форвакуумный 11 для создания разрежения 1,3-13,3 Па, создают между катодом 5 и анодом 1, расположенными на расстоянии 300-800 мм, напряжение 0,5 кВ и плотность тока 0,050,3 мА/см2, постепенно повышают напряжение между катодом 5 и анодом 1 до возбуждения самостоятельного тлеющего разряда с образованием шаровидного светящегося облака
на торце анода 1, тем самым зажигают тлеющий разряд. Благодаря вышеописанным действиям обеспечивается возникновение и устойчивое горение тлеющего разряда с формированием характерных для него структур при меньшем разрежении в вакуумной камере 3
и меньшем катодном падении потенциала, что, в свою очередь, снижает энергопотребление при работе установки. В процессе обработки через изделия 9 пропускают высокочастотный пульсирующий ток с частотой 1-50 кГц в течение 5-60 минут. При помощи
регулятора 14 частоты и регулятора силы тока 15 изменяют частоту и силу пропускаемого
через изделие 9 тока в процессе обработки, например, в начале обработки устанавливают
максимальную частоту и силу тока, в ходе процесса ее постепенно уменьшают или в
начале устанавливают минимальную частоту и силу тока, пропускаемого через изделие 9,
к середине процесса их доводят до максимума и к завершению процесса уменьшают до
минимума или наоборот. Затем разрежение в вакуумной камере 3 постепенно понижают
при помощи диффузионного насоса 18 до диапазона 10-8-1,3 Па, а для ионизации пространства между катодом 5 и анодом 1 и поддержания горения тлеющего разряда в вакуумной камере 3 зажигают протяженный магнетрон 16 с материалом мишени 17, например,
из титана или сборной из титана, тантала, циркония, алюминия, хрома. В результате этого
происходит заполнение микротрещин на поверхности обрабатываемых изделий 9 необходимыми для имплантирования поверхности изделия ионами, и выдерживают в течение 560 минут, отключают протяженный магнетрон 16. Затем снижают напряжение до 0,5 кВ и
плотность тока до 0,05-3 А/м2 между катодом 5 и анодом 1 и снова создают разрежение
1,3-13,3 Па. Постепенно повышают напряжение между катодом 5 и анодом 1 до возбуждения самостоятельного тлеющего разряда с образованием шаровидного светящегося облака на торце анода 1, проводят структурирование поверхности ионами остатков газов,
выдерживая изделие 9 в течение 5-60 минут. Затем снижают напряжение до 0,5-1,0 кВ и
4
BY 16343 C1 2012.10.30
проводят ионную полировку поверхности изделия 9 ионами остатков газов, обладающих
меньшей потенциальной энергией, в течение 5-60 минут. После выдержки изделия 9 под
действием тлеющего разряда снимают напряжение с анода 5 и катода 1. В результате воздействия катодного падения потенциала тлеющего разряда и имплантации ионами, полученными при помощи протяженного магнетрона 16, до двух раз сокращается время
выдержки изделия 9 для перераспределения внутренних напряжений, уменьшения глубины и сглаживания микротрещин при проведении обработки. Одновременно с перераспределением внутренних напряжений происходит насыщение поверхностного слоя изделия 9
ионами материала мишени 17 протяженного магнетрона 16. После обработки подают воздух в вакуумную камеру 3 и извлекают изделие 9. Применение предлагаемого способа
позволяет сократить энергозатраты при проведении обработки изделия до двух раз с одновременным повышением износостойкости изделий из различных материалов на 40 %.
Источники информации:
1. Марков А.И. Ультразвуковая обработка материалов. - М.: Машиностроение, 1980. С. 41.
2. Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М.Прохоров. Ред. кол.
Д.М.Алексеев, А.М.Бонч-Бруевич, А.С.Боровик-Романов и др. - М.: Сов. энциклопедия,
1983. - С. 560.
3. Куликов В.П. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки. Минск: Экоперспектива, 2003. - С. 340-341, рис. 8.6.
4. Ходырев В.И., Короткевич А.Ф. , Шеменков В.М. Прогрессивные электрофизические методы упрочнения твердосплавного инструмента // Вестник Могилевского государственного технического университета. - 2002. - № 2 (3). - С. 159-163 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
189 Кб
Теги
by16343, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа