close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 11927

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.06.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 11927
(13) C1
(19)
C 23C 14/32
УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ
(21) Номер заявки: a 20071119
(22) 2007.09.13
(43) 2009.04.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный технологический университет" (BY)
(72) Авторы: Вершина Алексей Константинович; Агеев Виталий Александрович (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Белорусский государственный
технологический университет" (BY)
(56) SU 426540, 1976.
RU 2062818 C1, 1996.
RU 2074903 C1, 1997.
SU 953004, 1982.
SU 597246, 1979.
SU 885347, 1981.
JP 4218665 A, 1992.
JP 2000080478 A, 2000.
BY 11927 C1 2009.06.30
(57)
1. Устройство для нанесения покрытий в вакууме, содержащее электродуговой генератор плазмы с катодом, анодом, поджигающим электродом, электромагнитной системой
и источник питания, отличающееся тем, что содержит коммутатор для переключения питания с одного конца катода на другой и первый и второй подложкодержатели, каждый из
которых подключен к отдельному регулируемому источнику напряжения; катод выполнен
в виде цилиндрической спирали с шагом l = (1,5…2,5)d, где d - диаметр трубки спирали;
BY 11927 C1 2009.06.30
анод выполнен в виде цилиндрической спирали с диаметром трубки спирали, равным
диаметру трубки спирали катода, и шагом, соответствующим шагу l спирали катода, и
смещен вдоль оси на 0,5l относительно витков спирали катода; катод, анод, электромагнитная система, подложкодержатели расположены коаксиально; при этом первый подложкодержатель помещен внутри катода, второй выполнен охватывающим анод, а
электромагнитная система выполнена охватывающей второй подложкодержатель.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подложкодержатели выполнены трубчатыми и с возможностью размещения изделий на поверхностях, обращенных в сторону
катода и анода.
Изобретение относится к области вакуумной металлизации, в частности к технологии
нанесения износостойких и защитно-декоративных покрытий плазменно-вакуумными методами, основанными на генерации металлического пара и плазмы, ускорении ионизированных частиц электромагнитным полем и осаждении продуктов физико-химических
реакций на поверхности изделия в среде реакционноспособного и/или инертного газов
пониженного давления, и может быть использовано в машиностроении, легкой и других
отраслях промышленности для получения тонких пленок на металлических и неметаллических подложках.
Известны различные устройства для нанесения покрытий в вакууме, содержащие
электродуговой генератор плазмы, включающий коаксиально расположенные анод, катод
и электромагнитную систему, а также подложкодержатель изделия [1, 2]. Основными недостатками этих устройств являются относительно низкая производительность и трудности при равномерном нанесении покрытий на длинномерное изделие.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является
электроразрядное устройство для нанесения покрытий в вакууме и принятое за прототип
[3]. Оно содержит катод, анод, поджигающий электрод, электромагнитную систему и источник питания. Основными недостатками этого устройства являются низкая эффективность использования материала эрозии катода для формирования покрытия и невозможность нанесения покрытия на внутреннюю поверхность длинномерных изделий типа труб.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности устройства и реализация процесса нанесения износо- и коррозионностойких защитных покрытий на внутренние поверхности длинномерных изделий.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство для нанесения покрытий в
вакууме, содержащее электродуговой генератор плазмы с катодом, анодом, поджигающим
электродом, электромагнитной системой и источник питания, содержит коммутатор для
переключения питания с одного конца катода на другой и первый и второй подложкодержатели, каждый из которых подключен к отдельному регулируемому источнику напряжения; катод выполнен в виде цилиндрической спирали с шагом l = (1,5-2,5)d, где d диаметр трубки спирали; анод выполнен в виде цилиндрической спирали с диаметром
трубки спирали, равным диаметру трубки спирали катода, и шагом, соответствующим шагу l спирали катода, и смещен вдоль оси на 0,5l относительно витков спирали катода; катод, анод, электромагнитная система, подложкодержатели расположены коаксиально; при
этом первый подложкодержатель помещен внутри катода, второй выполнен охватывающим анод, а электромагнитная система выполнена охватывающей второй подложкодержатель. При этом подложкодержатели могут быть выполнены трубчатыми и с
возможностью размещения изделий на поверхностях, обращенных в сторону катода и
анода.
Изобретение поясняется графическими материалами, где на фигуре представлена
принципиальная схема устройства. Катод 1 выполнен в виде пространственной, например
цилиндрической, спирали. Внутри спирали расположен подложкодержатель изделия 2.
2
BY 11927 C1 2009.06.30
Коаксиально спирали катода расположен анод 3, который также выполнен в виде пространственной, например цилиндрической, спирали и смещенной вдоль оси относительно
витков спирали катода 1. Анодно-катодный узел помещен коаксиально осесимметрично
внутри дополнительно установленного подложкодержателя 4, коаксиально которому расположена электромагнитная система 5. Электрическую дугу зажигают с помощью устройства возбуждения разряда, например поджигающего электрода 6, переключение
токоподвода к одному из концов катода 1 осуществляют с помощью коммутатора 7. Питание дуги осуществляют от источника 8. Потенциал на подложкодержателях 2 и 4 регулируют раздельно с помощью источников 9 и 10.
Устройство работает следующим образом. К катоду 1, который представляет собой
пространственную спираль и выполнен из материала покрытия, например, в виде водоохлаждаемой толстостенной трубы внешним диаметром d или прутка того же диаметра, и
аноду 3, выполненному из немагнитного материала таким же образом, как и катод, но установленному со смещением вдоль оси на 0,5 шага относительно витков спирали катода 1,
подают питание от источника 8 (например сварочного трансформатора). Изделие, например труба, на внутреннюю поверхность которой требуется нанести покрытие, закрепляется на дополнительном подложкодержателе 4, охватывая анодно-катодный узел 1, 3.
Другое изделие, закрепленное на подложкодержателе 2, например та же труба меньшего
диаметра, устанавливается внутри анодно-катодного узла 1, 3. После возникновения разряда с помощью поджигающего электрода 6 дуга горит между катодом 1 и анодом 3, причем основной поток генерируемой металлической плазмы (катодный факел) направлен в
сторону анода по нормали к поверхности катода. Этот поток содержит как атомарноионную, так и капельно-дисперсную фракции, причем, как отмечено в процессе экспериментов, выполнение электродов в виде пространственно смещенных спиралей способствует снижению капельной и атомарной (нейтральной) составляющих при увеличении
ионной компоненты и кратности ионизации в продуктах электрической эрозии. Указанное
расположение спирального анода относительно спирального катода способствует тому,
что часть ионной компоненты достигает поверхности одного изделия, минуя витки спирали анода, а часть тормозится в электромагнитном поле внутри межэлектродного промежутка, отражается от потенциального барьера у анода и, ускоряясь, проходит через
промежутки спирального катода, и осаждается на поверхности другого изделия. Атомарно-капельная фаза катодного эрозионного факела в значительной степени оседает на витках спирали анода. При горении дуги катодные микропятна мигрируют по поверхности
катода, смещаясь в сторону токоподвода, и для равномерного износа катода используют
коммутатор 7, переключающий питание с одного конца катода на другой. Наличие коммутатора 7 и электромагнитной системы 5 способствует более равномерному распределению потока ионов в межэлектродном промежутке, а независимое изменение знака и
величины потенциала на подложкодержателях с помощью отдельных регулируемых источников напряжения позволяет варьировать плотность потока ионов, достигающих поверхности изделий и, соответственно, скорость осаждения покрытий. Вращение
подложкодержателей 2 и 4 вокруг коаксиальной оси также способствует равномерности
осаждения покрытия.
Работоспособность предложенного изобретения иллюстрируется следующим примером.
Осаждение покрытий из титанового (ВТ1-0) катода осуществляли на внутреннюю и
внешнюю поверхности стальных труб диаметрами 420 и 100 мм соответственно. Катод и
анод (нержавеющая сталь Х12Н10Т) были выполнены в виде пространственных цилиндрических спиралей из прутка диаметром 30 мм, внутренний диаметр спирали катода составлял 220 мм, а спирали анода - 300 мм. Шаг намотки спирали катода был выбран
равным 60 мм, а шаг намотки спирали анода варьировался в пределах 0,1…2 от шага намотки спирали катода. При этом витки спирали анода были сдвинуты относительно вит3
BY 11927 C1 2009.06.30
ков спирали катода на 0,5 шага намотки. Такое взаимное расположение витков спиралей
анодно-катодного узла обеспечивает, как показали эксперименты, равномерность осаждения покрытий и стабильную работу устройства. Оптимальное соотношение между шагом
намотки спиралей катода и анода определяли по максимальной скорости осаждения конденсата. Ниже приведены результаты испытания работы устройства.
Шаг намотки
6
20
40
60
80
100
120
спирали анода, мм
Скорость осаждения
покрытия на внут0,10
0,12
0,15
0,18
0,16
0,13
0,11
реннюю/ внешнюю
0,02
0,06
0,11
0,14
0,13
0,08
0,06
поверхность труб,
мкм/мин
Таким образом, из приведенных результатов видно, что оптимальным соотношением
между шагами намотки спиралей катода и анода является соотношение 1:1, что обеспечивает сохранение высокой производительности устройства.
Уменьшение скорости осаждения покрытий в случае, если шаг спирали анода больше
шага спирали катода, объясняется тем, что в данных условиях анод не создает потенциального барьера достаточной напряженности для отражения эмиссируемых с поверхности
катода ионов. Потому имеет место низкая плотность плазменного потока, взаимодействующего как с внешней поверхностью трубы меньшего диаметра, так и с внутренней поверхностью трубы большего диаметра вследствие невыполнения анодом своего
предназначения. Если же шаг спирали анода меньше шага спирали катода, то уменьшение
скорости осаждения покрытий объясняется проявлением теневого эффекта анода.
Таким образом, предложенное техническое решение является полезным и эффективным, легко встраиваемым в действующее вакуумное оборудование.
Источники информации:
1. А.с. СССР 349326, 1978.
2. А.с. СССР 761603, 1980.
3. А.с. СССР 426540, 1975.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
176 Кб
Теги
11927, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа