Устройство электродугового нанесения металлических покрытий в вакууме
Использование: преимущественно в машиностроении для нанесения упрочняющих покрытий на детали машин, а также в иных областях техники для нанесения покрытий на изделия различной формы Сущность изобретения: пластина катода 1 выполнена в Ёиде полос 3, соединенных основанием 4 К основанию и к концам полос подсоединены токоподводы 5, подключенные через управляемые элементы включения (УЭВ) к источнику 24 электропитания , соединенному с анодом. Над поверхностью испарения катода вдоль полос 3 установлены датчики текущего положения катодного пятна в виде проводников 8 с диодами 9 на концах Аноды диодов соединены с. проводниками 8 Катоды каждой группы диодов, соединенных с одноименными концами проводников 8, соединены между собой и с одним входом электронного средства сравнения (ЭСС) 12, другой вход которого соединен с программирующим средством 16 Выход ЭСС 12 соединен с УЭВ токоподвода основания 4 пластины катода 1 непосредственно, а с УЗВ полос 3 через управляемый переключатель 13 Соединенные вместе катоды групп диодов 9 соединены также с входными клеммами резисторов 10, выходные клеммы которых соединены между собой и с источником 11 электропитания 2 ил
(n) КЦ <1ц (51) т,З 14 4 т
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
ЬЭ
CO
CO
VO
ЬЭ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5002316/21 (22) 11.0991 (46) 30.10.93 Бюй Na 39-40 (71) Научно-производственное предприятие
"Новатех" (73) Научно-производственное предприятие
"Новатех" (54) УСТРОИСТВО ЭЛЕКТРОДУГОВОГО НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ (57) Использование: преимущественно в машиностроении дпя нанесения упрочняющих покрытий на детали машин, а также в иных областях техники дпя нанесения покрытий на изделия различной формы.
Сущность изобретения: пластина катода 1 выполнена в виде полос 3, соединенных основанием 4. К основанао и к концам полос подсоединены токоподводы 5, подключенные через управляемые эпементы включения (УЭВ) к источнику 24 электропитания, соединенному с анодом Над поверхностью испарения катода вдоль полос 3 установлены датчики влекущего положения катодного пятна в виде проводников 8 с диодами 9 на концах Аноды диодов соединены с проводниками 8. Катоды каждой группы диодов, соединенных с одноименными концами проводников 8, соединены между собой и с одним входом электронного средства сравнения (ЭСС) 12, другой вход которого соединен с программирую цим цюдством 16. Выход ЭСС 12 соединен с УЭВ токоподвода основания 4 пластины катод 1 непосредственно, а с УЭВ полос 3 через управляемый переключатель 13. Соединенные вместе катоды групп диодов 9 соединены TBloK8 с входными клеммами резисторов 10, выходные клеммы которых соединены между собой и с источником 11 электропитания. 2 ил.
2001973
Изобретение относится к технике вакуумной мегаллиэации и может быть использовано для получения металлических покрытий преимущественно на больших площадях, Известно устройство для электродугового нанесения металлических покрытий в вакууме. содержащее протяженный расходуемый катод с подсоединенными токоподаодами, подключенными через управляемые элементы включения к источнику электропитания, соединенному с анодом, а также средство контроля положения катодного пятна, электрически связанное с входом электронного средства сравнения злектричесхих сигналов, выход которого соединен с управляемыми элементами включения.
В этом устройстве катодное пятно дугового разряда под воздействием магнитного поля тока, протекающего по катоду, всегда движется в направлении токоподвода. который замкнут на источник постоянного тока.
По достижении катодным пятном конца катода расположенное на упомянутом конце средство контроля положения катодного пятна вырабатывает электрический сигнал, который поступает на электронное средство сравнения электрических сигналов, которое обеспечивает включение управляемого элемента включения, расположенного на конце катода, противоположном тому. где находится катодное пятно. одновременно отключая ранее включенный управляемый элемент включения.
Выполнение катода вытянутым вдоль одной координаты — продольной оси, а средcTBам K0нтроля положения катодного пятна в виде датчиков конечного положения катодного пятна, расположенных на концах катода, обеспечивает нанесение покрытий на изделия, протяженные только по одной координате, поскольку катодное пятно движется с равномерной заданной скоростью по поверхности испарения катода вдоль его продольной оси в промежутке между датчиками конечного положения катодного пятна.
Для нанесения покрытий на большие площади с соизмеримыми поперечными размерами необходимо перемещать изделие — относительно катода, что усложняет конструкцию устройства.
Цель изобретения — расширение эксплуатационных воэможностей при повышении надежности за счет нанесения покрытий на изделия большой площади с соизмеримыми поперечными размерами и повышения точности контроля положения катодного пятна.
Цель достигается посредством того, что устройство для злектродугового нанесения металлических покрытий в вакууме, содержащее протяженный расходуемый катод с подсоединенными токоподводами, подключенными через управляемые элементы включения к источнику электропитания, соединенному с протяженным анодом, средство контроля положения катодного пятна, электрически связанное с входом электронного средства сравнения электрических сигналов, выход которого соединен с управляемыми элементами включения, согласно изобретению снабжено программирующим средством, подключенным к входу электронного средства сравнения электрических сигналов, управляемым переключателем, двумя группами диодов и резисторами, при этом протяженный расходуемый катод выполнен в виде пластины с расположенными с одной из сторон сквозными не доходящими до противоположной стороны прорезями, разделяющими пластину катода на отдельные, соединенные общим основанием участки, средство контроля положения катодного пятна выполнено в виде датчиков текущего положения катодного пятна. представляющих собой проводники, количество которых соответствует числу участков пластины катода, каждый из которых установлен над поверхностью испарения катода вдоль соответствующего участка его пластины, проводники соединены с входом электронного средства сравнения через две группы диодов, аноды одной иэ которых соединены с одними концами этих проводников, аноды другой — с другими концами этих проводников. а катоды каждой группы диодов соединены между собой и с входом электронного средства сравнения, входная клемма каждого из резисторов электрически соединена с катодами диодов одной иэ групп, а выходные клеммы соединены между собой и с положительным полюсом источника электропитания, свободные концы участков пластины катода и ее основание имеют отдельные токоподводы и управляемые элементы включения, причем управляемый элемент включения, подсоединенный к токоподводу основания пластины катода, непосредственно связан с выходом электронного средства сравнения, а управляемые элементы включения, подсоединенные к токоподводам участков пластины катода, связаны с выходом электронного средства сравнения через управляемый переключатель, электрически связанный с программирующим устройством с воэможностью дискретной подачи управляющего сигнала
2001973 на любой из управляющих элементов включения по заданной программе.
На фиг.1 представлена электрическая схема устройства для электродугового нанесения металлических покрытий в вакууме; на фиг.2 — электрическая схема программирующего средства и управляемого транзисторного переключателя.
На фиг.1 изображен планарный (т.е, в виде пластины, протяженной по двум координатам) катод 1 из испаряемого металла. В пластине катода 1 с одной стороны выполнены прорези 2, параллельные друг другу, Прорези не доходят до противоположной стороны пластины катода, образуя !»а пластине катода у«ВсТУ» в I»«j)B 00;, )с 3 t!nc»0вание 4, их соединяющие, К cv06)îäíûì концам полос и к Oc»0 DBI I!1 <0 подсо j«HH<. ы токоподводы 5. Все TOK0F«ojLBopbI в«,<всдс»ы наружу вакуумной камеры через уплотняемые изоляторы. Управляемые элементы включения выполнены в виде ключей 6 и элементов 7 управления, К TOK0BojLBOqB 5 подключены ключи 6. Вдоль оси кэ,кдой полосы 3 пластины каТода 1 вблизи поверхности испарения натянута проволока 8 из металла с BblcQKHM удельным сопротивлением, Концы каждой проволоки подкл<о ены к анодам диодов 9. Катоды каждой из Групп диодов соеди!!е««ь вместе и подключены через резисторы 10 к положитсль«<ол«у пол<осу источника 11 пи1а«»ия, отрицатель»ый полюс которого соединен с катодом 1, Каждая проволÎка 8 с дио jlами 9 1»0 KО»цэx ЛB/»яется датчиком текущего поло>кения катодного пятна. Соедине««ные вместе катоды каждой группы диодов 9 пг>дкл<очеHû к од»0му BxÎду электронног0 средства 12 срав«»ения электрических сит»алов. Выход электро!»ного средства сравнения электрических сигналов подключен к элементу 7 уг равления ключа 6, соедине!П»ого с токоподводом 5 основания 4 пласэины катода 1, непосредственно,;1 к элементам 7 управле»ия ключей 6, соединенных с токоподвсдлми 5 полос 3, через управляемый транзисторный переключатель 13. Перекл«очатель состоит из транзисторного коммутат<) ра 11 « .чстч«ка 15. К элементам 7 управления подключены переключаемые выводы FiepeYr«очателя
13. Второй вход средства 12 сравн:»Li>I подключен к программирующему средству 16.
Програмл«ирующее ср дство осуществляет управление положением катод»ого пятна на каждой полосе по программе, выбираемой для каждой полосы, и производит персключение кл»очей 6 в цепях TOKOI10gBOjL0B 5 полос 3 пластины катсда 1. Оно содержит счетчик 17 задания положения катод«;ого пятна на полосе 3, генератор 18 си»налов, 5
55 производящий переключение сче«чика 17 блок 19 программ положения катод»ого пятна на каждой полосе, состоящий из транзисторного комл1утатора 20 и блока 21 резисторов, источник 22 пита«!ия для регулировки положения катодного пятна и резистор 23, Электропитание устройства производится от источника 24 электропитания.
Работает устройство следующим образом.
После откачки вакуумной камеры на крайней полосе 3 пластины катода 1 с помощью систем поджига (на фигурах не показана) возбуждается катодное пятно. ! ". "o<",1<0 1 !1ят»0 дуги всегдя дви,! ется В нэ
Гравле«<ии подклlоченнОГО токоподвода, О»о генерирует поток мегалличес..сй плазмы в лиде расширяющегося KOHócý, диаграмма на»1равленности котороп Bb< Ii)iiyTB в направле!»ии 1!Ормали к т«опсрлносТи испарения катода. Поток л«еталл<ической плазмы
B;;I;bI«!Be цепь источника 11 электропита<<««я и является подвижным контактом, перел<еща<ощимся вместе с катодным пятном по проволоке 8 с высоким удельным сопротивленl . .I i Резисторы 10, сÎпрот!1влBн«1е кото р.! K»е I«B» ".а чем на Г)0«>вдох выше
Г.с! рот»«в
»<ро з»)< дится с катодов диодов 9, «».<воды
:.Оторь»х являются д<«его»а iblG измсрительi< I0 !«остэ. Напр,1н.:Hl!B <а диаг0 »али мосГ )
«..« -- i (2 гх — Л). (!)
Где — 10K в ветви изысри1ель»»ОГÎ мОста;
Гх — СОГ! РOTИСЛ i! !10 ««Е«КДУ КО«! 011 ПРОBL) lui И И ВлодОМ ПлаЗМС»«0< 0 П; ТОКа В ilpOвол ку.
Из гыраже»ия (1) следует, что положе«<
«»апря> 1 нием на диагонали моста, Посколь«,у,, ьэды 9 BY IIO iF«!l, ii, встречу дпуl друга, 10 »1аде«<><с напрй. KOI. 1ч на них с Ог) э» i< b!t « з»а! 0<1, а поэтому напря>ке <иэ нл -,иаго»али Нс загисит от этого <«аде»:.1я <<апр !.:B»ия, Диод! < 9»собхо, 111мь! Д;)л TOI O <1<ЗГ<< < «1;) я3 ) Гb дf)óÃ QT друга »lговэг10к»! 8 и с, :,ллз Гь
3! <Очсн !1 I »апря. ке .!!<< <а 11x I.О<< !«ах !<01 з !1!1 с <л»«»л». «друг оТ друга. «члт)ряжен,<е с,л;«а«он«<ли .".з»«срительного IIOc«э посту»!асг Hl
; Г,,:..:з входов средства 12 срав»с! Пя злс:Tpli I0с<11!х сигналов. При раз»<ост«cLII налсл
i< "; ьход <х зле кт )О»НОГО сред тг<<) 12 i равнс ния, раг,»O,I нулю, напряжение н" "; 0 Bi;XOде TBK;K) равно «»улю, I 0KB!0 «<Ования пл стинь< ка Годл Li Оди!» Пз кл!",Нс!1 а цепи пОИОси (B зависимост!«0T 11000 <кения 2001973 15 40 не полосы. Резисторы блока 21 подключены 45 к коллекторам транзисторов транзисторного коммутатора 20. эмиттеры которого сое50 55 пареvëþ÷àòåëÿ 13) и движение катодного пятна по катоду происходит хаотически (без явно выраженного направления движения), Если в процессе хаотического движения на входе средства 12 сравнения сигналов появляется сигнал рассогласования, то появившийся на выходе средства 12 сравнения сигнал отключает тот ключ, в направлении которого произошло смещение катодного пятна, и катодное пятно начинает двигаться в противоположном направлении. Таким образом, в устройстве автоматически поддерживается такое положение катодного пятна на катоде, при котором разность сигналов на входах электронного средства 12 ср"..Dnenèÿ равна нулю. Ug UI1p О, (2) где Ug — напряжение, снимаемое с датчика положения катодного пятна; U
Если от программирующего средства 16 на вход средства 12 сравнения поступает какое-либо новое напряжение, то катодное пятно передвигается вдоль оси полосы в новое положение, при котором выдерживается соотношение (2), Изменяя с помощью программирующего средства 16 напряжение на входе средства 12 сравнения, вынуждают катодное пятно дуги двигаться по полосе катода по заданной программе. Персключая с помощью переключателя 13 ключи в цепи полос, вынуждают катодное пятно дуги двигаться по заданной программе по каждой из полос катода 1, Рассмотрим работу программирующего средства 16. Генератор 18 электрических сигналов производит запуск счетчика 17. К выходам счетчика 17 подключен блок 19 программ, состоящий из блока 21 резисторое, число которых n = n> n2. где n = n>— число полос в катоде; nz — число выводов счетчика 17, определяющее число фиксированных положений катодного пятна по длидине ы вместе и подключены к резистору 23, Резисторы блока 21 и резистор 23 создают делитель напряжения, величина которого определяется соотношением сопротивлений. Напряжение с делителя напряжений через последовательно с ним соединенный регулируемый источник 22 электропитания поступает на второй вход средства 12 сравнения. Назначение источника 22 электропитания — привести в соответствие двухполярный сигнал. поступающий на первый вход средства 12 сравнения от датчика текущего положения 35 катодного пятна (проводника 8), и однополярный, поступающий на второй вход средства 12 сравнения от программирующего средства 16, Источник питания смещает c rHan Upp на 1/2 U0p,кс,, превращая его в двухполярный, После того как произойдет включение последнего выхода счетчика 17, сигнал поступает на запускающий вход счетчика 25, Выходы счетчика 25 подключены к базам транзисторов коммутатора 20. Каждый выход счетчика 25 включает через транзистор резистор блока 21, определяющий программу для полосы. Сигнал с последнего выхода счетчика 15. т.е. после того, как возникает необходимость в переходе катодного пятна на следующую полосу. Выходы счетчика 15 подключены к коллекторам транзисторов транзисторного коммутатора 14, эмиттеры которых подключены к элементам 7 управления ключей 6 в цепи токоподводов 5 к концам полос 3, Базы транзисторов коммутатора 14 подсоединены к выходу средства 12 сравнения, Таким образом счетчик 15 подготавливается к включению необходимого ключа в цепи полосы, а средство 12 сравнения через транзистор включает этот ключ. Проверка работоспособности предлагаемогоо устройства осуществлялась на макете, установленном в экспериментальной установке Булат 12. Плоский прямоугольный титановый катод с размером 700 х 700х х 10 устанавливался на водоохлаждаемом дюралюминиевом основании. В катоде со стороны одного из оснований профрезеровано шесть прорезей по 3 мм, Таким образом, катод состоял из семи полос. Длина каждой полосы 600 мм. На концах каждой полосы и со стороны основания. соединяющего полосы, имелись токоподводы, выведенные наружу камеры. На расстоянии 60 мм от катода вдоль оси каждой полосы установлена нитрохромовая проволока диаметром 0,5 мл1. К концам проволоки подключены диоды, установленные внутри камеры. Общие выводы диодов выведены наружу вакуумной камеры и являются выводами датчика текущего положения катодного пятна, Концы датчика текущего положения катодного пятна подключены к двум резисторам, сопротивлением 270 Ом. Резисторы подключены к источнику питания постоянного тока напряжением 100 В. Сила тока в цепях проволоки 0,3 А. Максимальное напряжение, возникающее íà концах датчика, составляло 0.8 В. Концы датчика текущего положения катодного пятна подсоединялось к входу операционного усилителя с коэффициентом усиления 50. На второй вход операционного усилителя пода2001973 5 20 валось напряжение от потенциометрического делителя напряжения, подключенного к гальваническому элементу "Марс". Для электропитания испарителя использовались два модернизованных выпрямителя ВД-301, в которых одна диодная группа заменена на тиристорную, вследствие чего появилась возможность быстрого отключения источника питания. Выход операционного усилителя подключался через транзисторные усилители к управляющим электродам тиристоров. Минус одного источника питания подключался непосредственно к токоподводу основания катода, минус другого— к токоподводам полос через ручной ползунковый переключатель, в когором.за;лыкание одного из контактов происходит ранее отключения предыдущего контакта. Таким образом, изменение положения кагодного пятна на одной из полос происходило с помощью потенцио1летрического делителя наФормула изобретения УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОДУГОВОГО НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ, содержащее протяженный расходуемый катод с подсоединенными токоподводами, подключенными через управляемые элементы включения к источнику электропитания, соединенному с протяженным анодом, средство кон1роля положения катодного пятна, электрически связанное с входом электронного средства сравнения электрических сигналов, выход которого соединен с управляемыми элементами включения, отличающееся тем, что, оно снабжено программирующим средством, подключенным к входу электронного средства сравнения электрических сигналов, управляемым переключателем, двумя группами диодов и резисторами, протяженный расходуемый катод выполнен в виде пластины с расположенными с одной из сторон сквозн lMl), не доходящими до противоположной стороны прорезями, разделяющими пластину катода на отдельные. соединенные общим основанием участки, средство контроля положения катодного пягнэ выполнено в виде датчиков текущего положения катодного пятна, представляющих собой проводники, количество которых соответствует числу участков пластины катода. каждый из которых установлен над 55 пряжения, а переход с одной полосы на другую производилс с помощью потенциометрического переключателя, Испытания устройства для электродугового нанесения покрытий проводилось при токе 170 А. Область перемещения катодных пятен длиной 150 мм надежно фиксируется на любом участке полосы. При переключении переключателя область перемещения катодного пятна переходит на соседнюю полосу, где также с помощью потенциометрического делителя осуществляется регулирование положения катодного пятна по длине полосы. Работа с макетом выявила его работоспособность, (56) Авторское свидетельство СССР М 1068512, кл. С 23 С 14/32, 1982, Авторское свидетельство СССР N 461163. кл. С 23 С 14/32, 1975. поверхностью испарения катода вдоль соответствующего участка его пластины, соединенные с входом электронного средства сравнения через две группы диодов, аноды одной из которых соединены с одними концами эти.< проводников, аноды другой группы — с другими концами этих проводников, а катоды каждой группы диодов соединены между собой и с входом алек раиного средства сравнения, входная клемма каждого из резисторов электрически соединена с катодами диодов одной из групп, а выходные клеммы соединены между собой и с положительным полюсом источника электропитания, свободные концы участков пластины катода и ее основаlli1c имеют отдельные токоподводы и управляемые элементы включения, причем управляемый элемент включения, подсоединенный к токоподводу основания пластины катода, непосредственно связан с выходом электронного средства сравнения, а управлясмые элементы включения, подсоединенны» к токоподводам участков пластины катода, связаны с выходом электро в ого средства сравнения через управляемый переключатель, электрически связанный с программирующим устройством с возможностью дискретной подачи управляющего сигнала на любой из управляющих элеме тов включения по заданной программе, 2001973 Составитель С. Григорьев Редактор Т. Юрчикова Техред М. Моргентал Корректор А, Обручар Заказ 315Т Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5 Производственно-издательский кокбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
