Устройство для нанесения ионно-плазменного покрытия
Использование: для поверхностного упрочнения изделий путем ионного легирования поверхностей деталей и может быть использовано в машиностроении, газовой и нефтяной промышленности. Сущность полезной модели: устройство для нанесения ионно-плазменного покрытия, содержит прямоугольный резонатор с генератором микроволнового излучения, буферную емкость для ввода газов, установленный на боковой торцевой поверхности резонатора волновод, выполненный в виде коаксиально установленных внешнего электрода, кварцевой трубки и внутреннего полого электрода с соплом, и размещенный в полости резонатора узел съема СВЧ-энергии, причем внешний электрод выполнен в виде металлической сетки, узел съема СВЧ-энергии выполнен в виде петли, один конец которой подсоединен к буферной емкости для ввода газов, а другой связан с внутренним электродом, при этом на боковой стенке кварцевой трубки установлен патрубок с форсункой для ввода аэрозоля раствора соединений легирующих элементов. Устройство позволяет: обеспечить в процессе нанесения ионно-плазменного покрытия одновременно ионное легирование поверхностей деталей, а также расширить спектр наносимых покрытий за счет возможности использования наряду с азотом других плазмообразующих газов, например, метана, углекислого газа, аргона и и их смесей с воздухом.
Полезная модель относится к области поверхностного упрочнения изделий путем ионного легирования поверхностей деталей и может быть использована в машиностроении, газовой и нефтяной промышленности.
Известно утстройство для нанесения ионно-плазменных покрытий, содержащее вакуумно-дуговой источник ионов (ВДИИ) с электродом-испарителем, выполненным из титана или циркония, рабочую камеру, конструктивно сопряженную с ВДИИ и сообщающуюся с блоком вакуумных насосов (БВН), а также имеющую загрузочную позицию для изделия (RU 2305142 С2).
Известное устройство обеспечивает интенсивное насыщение поверхности изделия легирующими элементами, но сопряжена с громоздким вакуумным термическим оборудованием, не позволяет проводить модифицирование поверхности габаритных изделий и не использует преимуществ термоупрочнения поверхностного слоя изделия ввиду низких температур процесса.
Также известно устройство для нанесения ионно-плазменного покрытия, содержащее плазмотрон, источник питания и сканнер (RU 2240375).
Однако указанное устройство обеспечивает азотирование и термоупрочнение поверхностей деталей, но обладает узкими функциональными возможностями, поскольку конструктивно предназначено для работы с использованием в качестве плазмообразущего газа только азота воздуха, а также не позволяет проводить легирование обрабатываемых поверхностей.
Задачей настоящей полезной модели является создание устройства, обеспечивающего в процессе нанесения ионно-плазменного покрытия одновременно ионное легирование поверхностей деталей, а также расширение спектра наносимых покрытий за счет возможности использования наряду с азотом других плазмообразующих газов, например, метана, углекислого газа, аргона и и их смесей с воздухом.
Порставленная задача достигается тем, устройство для нанесения ионно-плазменного покрытия, содержит прямоугольный резонатор с генератором микроволнового излучения, буферную емкость для ввода газов, установленный на боковой торцевой поверхности резонатора волновод, выполненный в виде коаксиально установленных внешнего электрода, кварцевой трубки и внутреннего полого электрода с соплом, и размещенный в полости резонатора узел съема СВЧ-энергии, причем внешний электрод выполнен в виде металлической сетки, узел съема СВЧ-энергии выполнен в виде петли, один конец которой подсоединен к буферной емкости для ввода газов, а другой связан с внутренним электродом, при этом на боковой стенке кварцевой трубки установлен патрубок с форсункой для ввода аэрозоля раствора соединений легирующих элементов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит генератор микроволнового излучения 1, представляющий собой стандартный магнетрон мощностью 1 кВт с частотой излучения 2,45 МГц, прямоугольный резонатор 2, изготовленный из меди и предназначенный для накопления микроволновой энергии и поддержания разряда в плазменном факеле, волновод, установленный на боковой торцевой поверхности резонатора и выполненный в виде коаксильно установленных внешнего электрода 3, изготовленного из стальной сетки с шагом 0,5 см, кварцевой трубки 4 и внутреннего полого электрода 5, изготовленного из меди, с соплом 6, изготовленным из тантала, буферную емкость для ввода газов 7, узел съема СВЧ-энергии 8. Узел съема СВЧ-энергии 8 выполнен в виде петли, изготовленной из меди, конец 9 которой подсоединен к буферной емкости для ввода газов 7, а конец 10 связан с внутренним электродом 5. На баковой стенке кварцевой трубки 4 установлен патрубок 11 с форсункой 12 для ввода аэрозоля раствора солей легирующих элементов в плазменный факел 13. Упрочняемая деталь обозначена позицией 14.
Устройство работает следующим образом.
Плазмообразующий газ (аргон) через буферную емкость для ввода газов 7, предназначенную для сглаживания пульсаций давления в рабочей камере и смешения исходных газов, подают по внутреннему полому электроду 5 с заостренным на конце соплом 6 в кварцевую трубку 3, являющейся разрядной камерой. Расход плазмообразующего газа 1,5-2,5 л/мин.
После включения источника питания, генератор микроволнового излучения (магнетрон) 1 генерирует СВЧ-поле в прямоугольном резонаторе 2. Посредством узла съема СВЧ-энергии 8 происходит съем с резонатора 2 СВЧ-энергии и концентрированно ее на конце сопла 6. Применение аргона в качестве плазмообразующего газа и заостренного на конце сопла обеспечивает пробой газа при атмосферном давлении и получение стабильного плазменного факела. Стабилизацию плазменного факела осуществляют с помощью кварцевой трубки 4, ограничивающей и направляющей поток газа, которая, также позволяет зафиксировать разряд на оси и термоизолировать внешний электрод 3.
После приведения факела в стационарное состояние плазмообразующий газ (аргон) замещают на рабочую газовую смесь (углекислый газ, метан, азот и их смеси с воздухом).
Через патрубок 11 в плазменный факел 13 вводят при помощи форсунки 12 аэрозоль раствора солей легирующих элементов (Cr, Ni, Ag и другие). Упрочняемую деталь 14 помещают в плазменный факел 13 и перемещают относительно волновода. Попадая в зону действия плазменного факела, имеющего температуру 3000-5000°C, химические соединения, содержащиеся в аэрозоле, диссоциируют и легирующие элементы переходят в атомарное состояние, обеспечивая интенсивную диффузию в поверхность детали. Изменяя составы плазмообразующего газа и раствора солей легирующих элементов можно получать покрытия с требуемыми функциональными характеристиками.
Устройство для нанесения ионно-плазменного покрытия, отличающееся тем, что оно содержит прямоугольный резонатор с генератором микроволнового излучения, буферную емкость для ввода газов, установленный на боковой торцевой поверхности резонатора волновод, выполненный в виде коаксиально установленных внешнего электрода, кварцевой трубки и внутреннего полого электрода с соплом, и размещенный в полости резонатора узел съема СВЧ-энергии, причем внешний электрод выполнен в виде металлической сетки, узел съема СВЧ-энергии выполнен в виде петли, один конец которой подсоединен к буферной емкости для ввода газов, а другой связан с внутренним электродом, при этом на боковой стенке кварцевой трубки установлен патрубок с форсункой для ввода аэрозоля раствора соединений легирующих элементов.
