Устройство для газотермического оксидирования изделий из титана и титаносодержащих сплавов
Владельцы патента RU 2369663:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) (RU)
Изобретение относится к оборудованию для пассивации металлических поверхностей, а именно к устройствам для газотермического оксидирования изделий из титана и титаносодержащих сплавов. Устройство содержит камеру оксидирования, снабженную системой охлаждения и имеющую систему нагрева, узел подачи газовой смеси в камеру оксидирования, узел для отвода из камеры газовой смеси, камеру охлаждения оксидированных изделий, имеющую узлы для проточной подачи в нее охлаждающей инертной газовой среды и ее отвода. Камера охлаждения соединена с камерой оксидирования посредством шлюзового затвора, изготовленного с двумя запорными полусферическими элементами, выполненными с возможностью открывать и закрывать сквозное отверстие в шлюзовом затворе для соединения или разделения объемов обеих камер. Создано устройство, позволяющее получать на изделиях оксидные покрытия, обладающие повышенной коррозионной стойкостью без образования хрупких титанонитридных соединений. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к оборудованию для пассивации металлических поверхностей, а именно к устройствам для газотермического оксидирования изделий из титана и титаносодержащих сплавов.
Известные устройства термического оксидирования предусматривают пассивацию поверхности многих металлов и сплавов [1-3], но в отношении изделий из титана и титаносодержащих сплавов, широко применяемых в имплантационной медицине, эти устройства не применимы, вследствие невозможности обеспечения технических условий для формирования оксидных покрытий без образования в них малопрочных и низко коррозионностойких титанонитридных фаз и других металлооксидных соединений, снижающих эффективность использования изделий из титана и титаносодержащих сплавов в стоматологии, травматологии и ортопедии.
Известно устройство для паротермического оксидирования металлов и сплавов (SU 498363), состоящее из паровой камеры, емкости с жидкой парообразующей средой, нагревателя жидкой и парогазовой среды. Недостатком данного устройства является сложность и громоздкость конструкции. Данное устройство позволяет пассивировать изделия из титана и титаносодержащих сплавов с формированием защитных оксидных покрытий с невысокими коррозионной стойкостью и механической прочностью.
Ближайшим аналогом, по мнению авторов, является устройство для оксидирования металлов и сплавов по патенту РФ №2189400, включающее камеру оксидирования (паровую камеру), систему циркуляции паровоздушной смеси, емкость с жидкой средой, конденсатор пара и сборник конденсата, систему нагрева камеры оксидирования, узел для подачи газовой смеси в камеру. Данное устройство позволяет оксидировать некоторые черные и цветные металлы и сплавы с использованием нескольких газообразных смесей. Изделия из титана и титаносодержащих сплавов, обработанные в данном устройстве, пассивируются с образованием в оксидном слое хрупких титанонитридных и низко коррозионностойких металлооксидных соединений.
Задачей изобретения является создание устройства для газотермического оксидирования титана и титаносодержащих сплавов в газовых смесях, позволяющего получать на изделиях оксидные покрытия, обладающие повышенной коррозионной стойкостью и не имеющие малопрочных титанонитридных соединений.
Поставленная задача решается следующим образом. В устройстве для газотермического оксидирования изделий из титана и титаносодержащих сплавов, содержащем камеру оксидирования с системой нагрева, узел подачи газовой смеси в камеру оксидирования и узел для отвода из камеры газовой смеси, камера оксидирования снабжена системой охлаждения, при этом устройство дополнительно содержит камеру охлаждения оксидированных изделий, имеющую узлы для проточной подачи в нее охлаждающей инертной газовой среды и ее отвода и соединенную с камерой оксидирования посредством шлюзового затвора, изготовленного с двумя запорными полусферическими элементами, выполненными с возможностью открывать и закрывать сквозное отверстие в шлюзовом затворе для соединения или разделения объемов обеих камер, система охлаждения камеры оксидирования выполнена в виде циркуляционных контуров с охлаждающей жидкой средой, расположенных на равном расстоянии от системы нагрева в виде нагревательного элемента, размещенного на корпусе камеры оксидирования и закрытого с внешней стороны кожухом, кроме этого устройство имеет две крышки, закрывающие устройство с двух противоположных сторон, одна крышка установлена со стороны камеры оксидирования, в которую вмонтирован узел для подачи газовой смеси, а вторая крышка установлена со стороны камеры охлаждения и снабжена защелкой.
Наличие камеры охлаждения с проточно поступающим инертным газом предотвращает образование на поверхности изделий из титана и титаносодержащих сплавов низко коррозионностойких металлооксидных фаз и малопрочных титанонитридных соединений, возникающих при охлаждении изделий на воздухе.
Шлюзовой затвор устройства позволяет соединять и разделять объемы камер оксидирования и охлаждения за счет двух полусферических запорных элементов, создавая необходимые условия для оксидирования и охлаждения изделий.
Присутствие в конструкции камеры оксидирования системы охлаждения в виде циркуляционных контуров с охлаждающей жидкой средой обеспечивает ускоренное снижение температуры в камере до необходимого уровня для загрузки и оксидирования очередной партии изделий.
Наличие крышки устройства со стороны камеры оксидирования создает возможность осуществления требуемой технической подготовки внутренней зоны камеры для заданного протекания процесса обработки изделий с получением высокого качества оксидного покрытия.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен внешний вид устройства, на фиг.2 показана конструкция составных частей устройства, на фиг.3 - шлюзовой затвор в положении «открыт», на фиг.4 - шлюзовой затвор в положении «закрыт».
Предложенное устройство представляет цилиндрическую двухкамерную конструкцию и состоит из камеры оксидирования 1 и камеры охлаждения 2 (см. фиг.1). Камеры 1 и 2 соединены между собой посредством шлюзового затвора 3. Устройство закрыто с двух противоположных сторон: со стороны камеры оксидирования 1 и камеры охлаждения 2 крышками 4 и 5 соответственно. Камера оксидирования 1 снабжена системой нагрева в виде расположенного на корпусе камеры 1 нагревательного элемента 6 (см. фиг.2), соединенного с токоизолированными электрическими выводами 7 источника питания (на чертеже не показан). С внешней стороны нагревательный элемент 6 закрыт кожухом 8 с прокладками из теплоизолирующего материала. В крышку 4 вмонтирован газоподводящий штуцер 9, а газоотводящий штуцер 10 вмонтирован в корпус камеры оксидирования 1, которая снабжена термопарой 11, размещенной внутри камеры 1 и системой охлаждения в виде охлаждающих контуров 12 со штуцерами, обеспечивающими циркуляцию жидкой среды. Охлаждающие контуры 12 расположены на корпусе камеры 1 с двух сторон нагревательного элемента 6 на равном от него расстоянии. В корпусе камеры охлаждения 2 вмонтированы штуцеры 13 и 14 для подачи и отвода соответственно охлаждающей инертной газовой среды. Крышки 4 и 5 снабжены уплотнительными кольцами (на чертеже не показано), кроме этого крышка 5 снабжена защелкой 15. Шлюзовой затвор 3 выполнен с двумя запорными полусферическими элементами, имеющими возможность открывать и закрывать сквозное отверстие в шлюзовом затворе, тем самым соединяя объемы обеих камер или разделяя их.
Устройство работает следующим образом. При открытой крышке 5 и шлюзового затвора 3 в положении «открыто» через камеру охлаждения 2 производят загрузку обрабатываемых изделий в камеру 1. Приведя шлюзовой затвор 3 в положение «закрыто», закрыв крышку 5 с помощью защелки 15, включают нагревательный элемент 6 для обеспечения заданной температуры в камере 1, используя при этом термопару 11. Через газоподводящий штуцер 9 подают в камеру 1 рабочую газовую смесь и осуществляют процесс газотермического оксидирования изделий. После завершения процесса оксидирования нагревательный элемент 6 отключают от источника питания, шлюзовой затвор 3 устанавливают в положение «открыто», открывают крышку 5 и обработанные изделия из камеры 1 перемещают в камеру охлаждения 2. Крышку 5 закрывают, шлюзовой затвор 3 устанавливают в положение «закрыто». В камеру 2 через штуцеры 13 и 14 подают проточно защитный газ, в котором происходит охлаждение изделий. Одновременно с этим осуществляют охлаждение камеры оксидирования 1 до комнатной температуры, производя при этом циркуляцию охлаждающей жидкой среды через контуры 12. После завершения охлаждения оксидированных изделий, открыв крышку 5, их извлекают из камеры 2.
Литературные источники информации
1. Гладкова Е.Н. Теоретические основы и технология паротермического оксидирования. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1973, 103 с.
2. Войтович Р.Ф., Головко Э.И. Высокотемпературное окисление титана и его сплавов. Киев: Наук. думка, 1984, 256 с.
3. Войтович Р.Ф., Головко Э.И., Дьяконова Л.В. Особенности высокотемпературного окисления титана. - Журн. физ. химии, 1975, 49, №5, С.1164-1167.
1. Устройство для газотермического оксидирования изделий из титана и титаносодержащих сплавов, содержащее камеру оксидирования с системой нагрева, узел подачи газовой смеси в камеру оксидирования и узел для отвода из камеры газовой смеси, отличающееся тем, что камера оксидирования снабжена системой охлаждения, при этом устройство дополнительно содержит камеру охлаждения оксидированных изделий, имеющую узлы для проточной подачи в нее охлаждающей инертной газовой среды и ее отвода и соединенную с камерой оксидирования посредством шлюзового затвора, изготовленного с двумя запорными полусферическими элементами, выполненными с возможностью открывать и закрывать сквозное отверстие в шлюзовом затворе для соединения или разделения объемов обеих камер.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система охлаждения камеры оксидирования выполнена в виде циркуляционных контуров с охлаждающей жидкой средой, расположенных на равном расстоянии от системы нагрева в виде нагревательного элемента, размещенного на корпусе камеры оксидирования и закрытого с внешней стороны кожухом.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно имеет две крышки, закрывающие устройство с двух противоположных сторон, одна крышка установлена со стороны камеры оксидирования, в которую вмонтирован узел для подачи газовой смеси, а вторая крышка установлена со стороны камеры охлаждения и снабжена защелкой.
