Установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда



Установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда
Установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда
Установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда

Владельцы патента RU 2777250:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области оборудования для модификации поверхности деталей в низкотемпературной газоразрядной плазме и может быть использовано в ионно-плазменных процессах очистки, активации и легирования поверхности деталей. Установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда содержит вакуумную камеру и подключенные к ней форвакуумный насос и блок управления расходом газа, к которому подключены баллоны с газами, электроды для возбуждения тлеющего разряда, установленные в рабочем пространстве камеры, анод и подложка-катод, соединенные с источником питания разряда. Указанная установка содержит электромагнитную систему, установленную под подложкой-катодом, с возможностью одновременного генерирования в камере скрещенных электрических и магнитных полей, обеспечивая формирование тороидальной области вращения электронов, в которой образуется плазма азота повышенной плотности. Обеспечивается увеличение скорости и эффективности ионного азотирования в низкотемпературной газоразрядной плазме. 3 ил.

 

Изобретение относится к области оборудования для модификации поверхности деталей в низкотемпературной газоразрядной плазме, и может быть использовано в ионно-плазменных процессах очистки, активации и легирования поверхности деталей.

Известна установка для проведения ионно-плазменной обработки (патент РФ № 70893, кл. C23C 14/56, опубл. 20.02.2008), состоящая из вакуумной камеры с устройством напуска азота, горячего эмиссионного катода с источником питания, заслонки с поворотными шторками, основного анода с источником питания и источника питания, подающего отрицательное напряжение на обрабатываемую деталь, при этом внутри вакуумной камеры с устройством напуска азота дополнительно вмонтированы пирометр и нагревательный элемент, при этом пирометр последовательно связан электрической цепью с преобразователем, на выходе последний соединен с входом регулятора нагрева детали, а выход регулятора нагрева детали связан с входом источника питания, который затем соединен с нагревательным элементом, расположенным внутри камеры с устройством напуска азота, а анод основного разряда соединен с положительным полюсом источника питания и параллельно с прибором контроля величины тока анода основного разряда, выход последнего соединен с входом блока управления током анода основного разряда, выход которого соединен с исполнительным механизмом, обеспечивающим вертикальное перемещение заслонки с поворотными шторками и поворот ее шторок, также в качестве прибора контроля установлен амперметр.

Недостатком аналога является сложность конструкции из-за наличия дополнительных вводов, которые являются источниками дополнительного натекания атмосферы в рабочее пространство камеры, наличие дополнительного источника нагрева обрабатываемых деталей в рабочем пространстве камеры, наличие дополнительных источников питания для подачи напряжения на катод, анод, нагревательный элемент и обрабатываемую деталь.

Известно оборудование для ионного азотирования/нитроцементации, состоящее из двух печных камер с общим ресурсом, способное непрерывно проводить обработку в тлеющем разряде между двумя камерами (WO №2017122044A1, МПК C23C16/34, H01J37/32, 20.07.2017), включающая две технологические камеры, которые могут совместно использовать общие ресурсы для подачи газа, генерации плазмы и вакуумной системы, а также аппаратные и программные конфигурации, позволяющие осуществлять непрерывную обработку в тлеющем разряде между двумя камерами. Каждая камера имеет два режима работы; один связан с нагревом заготовок до температуры, необходимой для азотирования/нитроцементации, который осуществляется путем конвективного нагрева в контролируемой атмосфере при избыточном давлении с принудительной циркуляцией. Другой относится к обработке в тлеющем разряде, осуществляемой в контролируемой атмосфере с подачей газа, контролем температуры и вакуума, что в сочетании с приложенным внешним электрическим полем создает тлеющий разряд между заготовкой (катодом) и стенкой печи (анодом). Два производственных заказа могут выполняться одновременно, по одному в каждой камере, так что нагрев в одной камере может быть завершен, в то время как в другой камере выполняется обработка в тлеющем разряде.

Недостатком аналога является общая сложность конструкции и высокие массогабаритные показатели установки.

Известна печь для ионного азотирования (Патент № CN103334078A, кл.C23C8/36, опубл. 02.10.2013), состоящая из корпуса печи, рабочего стола печи, охлаждающего устройства и системы впуска и выпуска, при этом корпус печи и рабочий стол печи соединяются между собой, образуя рабочую камеру печи; внутри рабочей камеры печи установлена катодная пластина; катодная пластина соединена с рабочим столом печи через опоры; катодный инструмент и катодные опоры установлены на катодной пластине; катодная крышка установлена над катодной пластиной, и поддерживается катодными опорами.

Недостатком аналога является общая сложность конструкции и высокие массогабаритные показатели установки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является установка для ионно-плазменной обработки (патент РФ № 187937, кл. C23C 8/36, опубл. 25.03.2019), содержащая камеру с вакуумной системой для откачки воздуха и системой смешения и напуска рабочих газов, генератор плазмы и ускорения ионов и держатель изделия, вместе с тем оно дополнительно содержит плоские электроды, источник постоянного электрического поля для создания электрического смещения на обрабатываемом изделии и резистивный нагреватель обрабатываемого изделия, конструктивно совмещенный с упомянутым держателем, при этом генератор плазмы выполнен в виде высокочастотного 13,6 МГц генератора электрического поля для генерации высокоплотной плазмы, причем плоские электроды подключены к упомянутому генератору, а стенки камеры и обрабатываемое изделие подключены к источнику питания постоянного тока.

Недостатком прототипа является наличие дополнительного источника нагрева обрабатываемых деталей в рабочем пространстве камеры и дополнительного источника питания для резистивного нагревателя, а также высокие массогабаритные показатели.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение технологических возможностей установки за счет увеличения эффективности ионного азотирования в низкотемпературной газоразрядной плазме тлеющего разряда путем использования электромагнитной системы для одновременного генерирования в камере скрещенных электрических и магнитных полей, а также снижение массогабаритных показателей.

Технический результат - увеличение скорости и эффективности ионного азотирования в низкотемпературной газоразрядной плазме.

Задача решается, а технический результат достигается тем, что установка содержит вакуумную камеру и подключенные к ней форвакуумный насос и блок управления расходом газа, к которому подключены баллоны с газами, электроды для возбуждения тлеющего разряда, установленные в рабочем пространстве камеры, анод и подложка-катод, соединенные с источником питания разряда, в отличие от прототипа содержит электромагнитную систему, установленную под подложкой-катодом, с возможностью одновременного генерирования в камере скрещенных электрических и магнитных полей, обеспечивая формирование тороидальной области вращения электронов, в которой образуется плазма азота повышенной плотности, приводящая к увеличению скорости азотирования деталей.

Сущность заявляемой установки поясняется чертежами:

- на фиг. 1 изображена схема установки для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда;

- на фиг. 2 изображена схема установки для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда в скрещенных электрических и магнитных полях.

Заявляемая установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда (фиг. 1 и 2) содержит:

1. Вакуумная камера.

2. Форвакуумный насос.

3. Блок управления расходом газа.

4. Баллоны с газами.

5. Анод.

6. Подложка-катод.

7. Источник питания разряда.

8. Изоляторы.

9. Обрабатываемые детали.

10. Электромагнитная система.

11. Источник питания электромагнитной системы.

Установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда работает следующим образом:

В камере 1 располагают детали9 на подложке-катоде6, затем откачивают воздух из камеры до5-15 Па, с использованием форвакуумного насоса 2. После откачки воздуха, камеру продувают аргоном до 1000 Па, затем камеру снова откачивают до 5-15 Па и зажигают тлеющий разряд путем подачи на электроды, анод 5 и подложку-катод 6, разности потенциалов при помощи источника питания разряда7. При напряжении 800-1000 В осуществляется ионная очистка поверхности обрабатываемой детали. После 15 минут обработки по режиму катодного распыления напряжение понижают до рабочего, включают форвакуумный насос и откачивают аргон из вакуумной камеры. Далее при помощи блока управления расходом газа3 задают необходимое соотношение газов из баллонов 4, напускают в камеру рабочую смесь до рабочего давления, и проводят процесс ионного азотирования в плазме тлеющего разряда. Для проведения ионного азотирования в плазме тлеющего разряда в скрещенных электрических и магнитных полях, в камере 1 устанавливают электромагнитную систему 10, над которой располагают подложку-катод 6 с обрабатываемыми деталями 9.

Заявляемое изобретение позволяет увеличить скорость и эффективность ионного азотирования в низкотемпературной газоразрядной плазме в 1,5-2 раза за счет образования плазмы азота повышенной плотности в тороидальной области вращения электронов, создаваемая в скрещенных электрических и магнитных полях, что было подтверждено результатами проведенных экспериментов (фиг. 3) над образцами из нержавеющей стали при следующих режимах: Т = 550°С, Р = 50 Па, t = 6 ч. Из графика видно, что после ионного азотирования с магнитным полем (МП), поверхностная твердость и толщина упрочненного слоя увеличились в 1,5-2 раза по сравнению с ионным азотированием без магнитного поля.

Установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда, содержащая вакуумную камеру и подключенные к ней форвакуумный насос и блок управления расходом газа, к которому подключены баллоны с газами, электроды для возбуждения тлеющего разряда, установленные в рабочем пространстве камеры, анод и подложка-катод, соединенные с источником питания разряда, отличающаяся тем, что содержит электромагнитную систему, установленную под подложкой-катодом, с возможностью одновременного генерирования в камере скрещенных электрических и магнитных полей, обеспечивая формирование тороидальной области вращения электронов, в которой образуется плазма азота повышенной плотности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу азотирования детали из легированной стали. Способ включает размещение детали в рабочей камере, активацию поверхности детали перед азотированием, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев детали до температуры азотирования и выдержку детали при этой температуре до формирования необходимой толщины азотированного слоя, при этом активацию поверхности детали перед азотированием проводят в два этапа, на первом этапе осуществляют поверхностное пластическое деформирование детали, обеспечивая от 1,1 до 1,2 раз превышение толщины измененного в результате поверхностного пластического деформирования слоя над толщиной формируемого азотированного слоя, а затем на втором этапе активации проводят высокоэнергетическую ионно-имплантационную обработку поверхности детали ионами азота, обеспечивающую формирование в поверхностном слое детали на глубину азотирования радиационных дефектов кристаллической структуры, обеспечивающих равновеликий процесс диффузии азота внутри зерен металла и по их границам, причем высокоэнергетическую ионно-имплантационную обработку поверхности детали проводят при энергии ионов от 20 до 24 кэВ, дозе облучения от 1,2⋅1017 см-2 до 1,3⋅1017 см-2, скорости набора дозы облучения от 0,7⋅1015 с-1 до 1,2⋅1015 с-1, а поверхностную пластическую деформацию проводят ультразвуковым инструментом при частоте f=17-20 кГц и амплитуде ξm=4-16 мкм акустических колебаний и усилием его прижима к детали 40-160 H, а в качестве метода азотирования используют ионное азотирование.

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано для технологических процессов поверхностного упрочнения металлических поверхностей. Устройство содержит блок формирования коронного разряда и сопло с металлическим наконечником, имеющим отверстие для выхода озонированного воздуха, с муфтой, в которой установлен штуцер для подвода сжатого воздуха в сопло, и муфтой для подвода высоковольтного провода внутрь сопла, при этом блок формирования коронного разряда подключен к упомянутому наконечнику и посредством упомянутого высоковольтного провода подключен к электроду, установленному в сопле с возможностью образования коронного разряда между ним и упомянутым наконечником.

Изобретение относится к упрочнению ультрадисперсного твердого сплава. Ультрадисперсный твердый сплав сначала спекают при температуре 1400-1650 °С и охлаждают, затем проводят азотирование в вакуумной печи в среде азота при температуре 900-1200 °С и давлении 5 Па.

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к химико-термической обработке поверхности изделий из титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении деталей двигателей, в медицине и деталей в других отраслях промышленности, работающих в условиях изнашивания. Способ низкотемпературного ионного азотирования изделий из титановых сплавов включает подачу в вакуумную камеру с упомянутыми изделиями плазмообразующей газовой смеси, содержащей азот и аргон.

Изобретение относится к области термо-химической обработки материалов. Способ плазменного азотирования оксида кремния в твердой фазе в контролируемой среде включает воздействие на упомянутый оксид кремния низкотемпературной азотной плазмой при атмосферном давлении в течение 7-10 секунд.

Изобретение относится к области химико-термической обработки, а именно к вакуумному ионно-плазменному азотированию, и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин и инструментов, изготовленных из стали. Способ ионного азотирования стального изделия в тлеющем разряде включает подачу в камеру для азотирования рабочей газовой смеси, нагрев стального изделия до температуры азотирования 500-540°С с выдержкой в течение 4-6 часов и одновременное генерирование в камере для азотирования скрещенных электрического и магнитного полей.

Изобретение относится к области технологии машиностроения, а именно к зубчатым передачам, и предназначено для обеспечения высокой износостойкости зубчатого зацепления, позволяет повысить долговечность зубчатых передач. Предлагается способ химико-термической обработки в плазме тлеющего разряда детали в виде зубчатого колеса, включающий загрузку зубчатых колес в вакуумную камеру, откачивание воздуха, проведение ионной очистки в газовой среде, напуск реакционного газа и ионное азотирование, отличающийся тем, что откачивание воздуха проводят до давления 10 Па, затем продувают вакуумную камеру аргоном в течение 2-5 мин при давлении 1330 Па, осуществляют последующее ее откачивание до давления 5-15 Па и проводят ионную очистку при напряжении 900-1000 В в течение 5-7 мин в газовой плазме инертного газа повышенной плотности в скрещенных электрическом и магнитном полях, после чего понижают напряжение до рабочего значения, откачивают аргон из вакуумной камеры, напускают рабочий газ и проводят ионное азотирование в плазме повышенной плотности в скрещенных электрическом и магнитном полях, затем охлаждают зубчатое колесо в вакууме с постоянной прокачкой аргона при давлении 10-15 Па в течение первых 15 минут.

Изобретение относится к ионно-плазменной технологии и может быть использовано для упрочнения режущего инструмента. Способ комбинированного упрочнения режущего инструмента включает заполнение газовой плазмой рабочей вакуумной камеры с установленным внутри нее режущим инструментом, нагрев и выдержку режущего инструмента в азотной плазме и синтез на его поверхности из плазмы износостойкого покрытия.

Изобретение относится к изготовлению закаленных под прессом деталей из стальных листов или стальных лент с покрытием на основе алюминия. Предложен способ, в котором на стальной лист или стальную ленту наносят основной слой покрытия на основе алюминия методом горячего погружения, после которого до процесса формования стальной лист или стальную ленту с основным слоем покрытия подвергают плазменному оксидированию и/или обработке горячей водой, и/или обработке водяным паром, и на поверхности основного слоя покрытия путем образования оксидов или гидроксидов образуют поверхностный слой, содержащий оксид и/или гидроксид алюминия.

Изобретение относится к способу упрочнения твердого сплава и может найти применение в машиностроении при изготовлении изделий порошковой металлургии из твердых сплавов, применяемом для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием. Технический результат заключается в упрощении технического процесса ионного азотирования твердых сплавов и увеличении стойкости сплава.

Изобретение относится к оборудованию для нанесения покрытий на подложку. Установка для вакуумного осаждения для непрерывного осаждения на перемещающуюся подложку покрытий, сформированных из металла или металлического сплава, содержит тигель для испарения, выполненный с возможностью подачи паров металла или металлического сплава и содержащий испарительную трубку 7, камеру для осаждения, выполненную с возможностью прохождения подложки по заданной траектории, и устройство 3 для нанесения покрытий струёй пара, соединяющее испарительную трубку 7 с камерой для осаждения, при этом устройство 3 для нанесения покрытий струёй пара дополнительно включает в себя распределительную камеру 31, содержащую по меньшей мере одно средство повторного нагрева 33, расположенное внутри распределительной камеры, и сопло 32 для выпуска пара, содержащее нижнее отверстие 9, соединяющее сопло 32 для выпуска пара с распределительной камерой 31, верхнее отверстие 10, через которое пар может выходить в камеру для осаждения, и две боковые поверхности 11, 12, сходящиеся друг к другу в направлении верхнего отверстия 10.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2021-11-17 2022-09-01T13:06:24
Наверх