Установка для нанесения покрытий

Полезная модель предназначена для комплексной поверхностной вакуумно-плазменной обработки инструмента и деталей, машин и может быть применена в машиностроении. Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является обеспечение увеличения проницаемости экрана, возрастания тока второй ступени ДВДР, что способствует увеличению общего ионного тока на обрабатываемое изделие и в итоге способствует увеличению эффективность обработки. Установка для нанесения покрытий методом электродугового испарения содержит вакуумную камеру, являющуюся анодом с расположенными в ней четырьмя катодами электродуговых испарителей из испаряемого материала, держатель изделий и экраны, установленные с возможностью перекрытия катодов. Каждый из экранов выполнен в виде двух дисковых элементов, каждый из которых в свою очередь сформирован из отдельных секторов 5, которые расположены в шахматном порядке под технологически регламентированным углом к рабочей поверхности соответствующего дискового элемента.

Полезная модель предназначена для комплексной поверхностной вакуумно-плазменной обработки инструмента и деталей машин и может быть применена в машиностроении.

Из уровня техники известны установки для комплексной обработки инструмента и деталей машин. Установка для ионного азотирования содержит вакуумную камеру с расположенными в ней катодами, источники питания, держатель изделий. Обработку изделий в таких установках осуществляют путем выдержки их в среде ионизированного рабочего газа при высокой температуре (Лахтин Ю.M., Арзамасов Б.Н. «Химико-термическая обработка металлов». - М.: Металлургия, 1985 г., с.177-181).

Также из уровня техники известна установка для нанесения упрочняющих покрытий, содержащая три электродуговых испарителя, установленных на фланцах вакуумной камеры, в которой возможно нанесение упрочняющих покрытий и прогрев изделий (Андреев А.А., Саблев Л.П. «Вакуумно-дуговые устройства и покрытия». - Харьков: ННЦ «ХФТИ», 2005 г., - с.236).

Недостатком таких установок является ограниченность технологических возможностей, вследствие чего не удается производить комплексную обработку и получать высокие эксплуатационные свойства изделий.

Наиболее близким решением по технической сути является установка для нанесения покрытий, содержащая являющуюся анодом вакуумную камеру, держатель изделий, электродуговые испарители и оптически непрозрачный экран между одним из испарителей и держателем изделий для создания двухступенчатого вакуумно-дугового разряда (ДВДР), позволяющий производить комплексную обработку изделий (RU 2022056 C1 30.10.1994, C23C 14/32).

Недостатком данного технического решения является наличие оптически непрозрачного экрана только у одного катода электродугового испарителя, что ограничивает возможности установки.

Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в повышении качества наносимого покрытия.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является обеспечение увеличения проницаемости экрана, возрастания тока второй ступени ДВДР, что способствует увеличению общего ионного тока на обрабатываемое изделие и в итоге способствует увеличению эффективность обработки.

Указанный технический результат достигается посредством того, что установка для нанесения покрытий методом электродугового испарения содержит вакуумную камеру, функционально являющуюся анодом, с расположенными в ней четырьмя катодами электродуговых испарителей из испаряемого материала, держатель изделий и оптически непрозрачные экраны, установленные с возможностью перекрытия катодов, согласно полезной модели, каждый из экранов выполнен в виде соединенных между собой по центру и закрепленных на поворотном устройстве двух дисковых элементов, при этом каждый дисковый элемент сформирован из секторов, разделенных прорезями и расположенных под углом к рабочей поверхности дискового элемента.

Заявленное техническое решение поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 представлено схематическое изображение установки;

- на фиг.2 - вид экранов;

- на фиг.3 - расположение щелевых прорезей в дисках экрана.

Установка для нанесения покрытий содержит вакуумную камеру 1, одновременно являющуюся анодом. В вакуумной камере 1 установлены четыре катода 2 электродуговых испарителей металлов. Обрабатываемые изделия установлены в держателе 3. Между катодами 2 и держателем 3 установлены поворотные оптически непрозрачные экраны 4.

Экраны 4 состоят из двух одинаковых дисковых элементов, соединенных между собой по центру на технологическом расстоянии и закрепленных на поворотном устройстве. Каждый из дисковых элементов сформирован из отдельных секторов 5, разделенных прорезями 6, выполненными от края дискового элемента к его центру. Секторы 5 одного дискового элемента расположены в шахматном порядке относительно секторов 5 второго дискового элемента. Указанные секторы 5 расположены под технологически регламентированным углом к рабочей поверхности соответствующего дискового элемента.

Установка для нанесения покрытий работает следующим образом.

Устанавливают обрабатываемые изделия в держатель 3, закрывают вакуумную камеру 1. При помощи системы откачки воздуха (на чертеже не указано) камеру 1 откачивают до давления 1*10-3 Па и подют рабочий газ. При проведении процесса азотирования рабочим газом является азот или азот-аргонная смесь. Для проведения процесса азотирования необходимо прогреть изделия до рабочей температуры и затем выдержать при этой температуре в течение времени задаваемого техпроцессом. Одним из экранов 4 перекрывают катод 2 от обрабатываемых изделий. Прогрев изделий до рабочей температуры осуществляется электронами двухступенчатого вакуумно-дугового разряда. ДВДР возбуждается между перекрытым экраном 4 катодом 2 электродугового испарителя и противоположным катодом 2 электродугового испарителя, который при возбуждении является анодом. В пространстве вакуумной камеры 1 образуется два разнородных в физическом отношении пространства: пространство между перекрытым экраном 4 катодом 2 и самим экраном 4 заполнено металлогазовой плазмой и пространство между экраном 4 и остальной областью вакуумной камеры 1 заполнено чисто газовой плазмой, поскольку ионы металла, двигающиеся от катода 2 по прямолинейным траекториям, задерживаются экраном 4. При подаче положительного потенциала от источника питания электроны азотной плазмы ДВДР бомбардируют поверхность изделия и прогревают ее. После достижения рабочей температуры потенциал изделий меняют на отрицательный и начинается процесс изотермической выдержки, в течение которого азот диффундирует в поверхностный слой изделия, насыщая его, в условиях ионной бомбардировки ионами газа.

При работе ДВДР экраны 4 служат барьером для ионов металла, не давая им попасть в зону изделий, а образующаяся плазма занимает весь объем, проникая через пространство между экраном 4 и вакуумной камерой 1 и поддерживая существование газовой части ДВДР. В данном случае пятно выхода плазмы будет не сплошным, а в виде кольца, что ухудшает характеристики процесса. Для устранения этого недостатка каждый из экранов 4 выполнен в виде двух соединенных между собой по центру дисковых элементов, каждый из которых в свою очередь сформирован из отдельных секторов 5, разделенных прорезями 6, через которые просачивается плазма, при этом секторы 6 расположены в шахматном порядке под технологически регламентированным углом к рабочей поверхности соответствующего дискового элемента. Прорези 6 одного экрана 4 расположены на максимальном удалении от другого и в собранном виде составляют оптически непрозрачный экран 4, не пропуская летящие по прямолинейным траекториям ионы металла в «заэкранное» пространство.

Во время процесса нанесения покрытия часть катодов 2 может работать в режиме ДВДР, а остальные катоды 2 участвовать в процессе нанесения покрытия. Осуществление режима ДВДР одной парой испарителей во время процесса нанесения покрытия другими испарителями увеличивает степень ионизации плазмы в вакуумной камере 1 и существенно улучшает характеристики покрытия. При этом если катоды 2 электродуговых испарителей изготовлены из разных материалов, наличие дополнительных экранов 4 позволяет выбрать тип наносимого покрытия без замены катодов 2, используя группу катодов 2 с одним материалом либо для нанесения покрытия, либо в качестве источника ионов.

В момент зажигания дуги с поверхности катода 2 испаряются поверхностные пленки и другие загрязнения, образовавшиеся за время предыдущих технологических операций или при разгерметизации вакуумной камеры 1. Кроме того, для нескольких первых секунд горения дуги характерно повышенное количество образующихся в катодном пятне капель. Для устранения этого недостатка во время зажигания дуги экраны 4 закрывают катоды 2 от вакуумной камеры 1 и задерживают загрязнения и капли металла от попадания их на изделия.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, позволяет обеспечить увеличение проницаемости экрана, возрастание тока второй ступени ДВДР, что способствует увеличению общего ионного тока на обрабатываемое изделие и в итоге способствует увеличению эффективность обработки.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для комплексной вакуумно-плазменной обработки изделий;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, который позволяет проводить комплексную вакуумно-плазменную обработку изделий.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Установка для нанесения покрытий методом электродугового испарения, содержащая вакуумную камеру, функционально являющуюся анодом с расположенными в ней четырьмя катодами электродуговых испарителей из испаряемого материала, держатель изделий и оптически непрозрачные экраны, установленные с возможностью перекрытия катодов, отличающаяся тем, что каждый из экранов выполнен в виде соединенных между собой по центру и закрепленных на поворотном устройстве двух дисковых элементов, при этом каждый дисковый элемент сформирован из секторов, разделенных прорезями и расположенных под углом к рабочей поверхности дискового элемента.