УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ НА КОНТАКТНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ

Полезная модель относится к устройству для нанесения покрытий на металлические поверхности, в частности, к технологии импульсного электровзрывного нанесения покрытий с применением в качестве взрываемого материала фолы различных металлов, и может быть использовано в электротехнике для формирования контактных поверхностей с высокой электрической проводимостью, а также в области нанотехнологий для создания мелкодисперсных и наномасштабных металлических порошков.
Известно устройство для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги (Патент РФ №2393269 МПК C23C 14/32, опуб. 27.06.2010). Сущность изобретения состоит в том, что устройство содержит центральный и наружный высоковольтные электроды, изолированные друг от друга и установленные коаксиально, дополнительный цилиндрический высоковольтный электрод и сопло, отличающееся тем, что оно снабжено механически прочным диэлектрическим цилиндром, сопло выполнено в виде сопла Лаваля с внешней фаской, центральный высоковольтный электрод выполнен в виде стержня со сквозным соосным каналом, наружный высоковольтный электрод выполнен в виде полого цилиндра с внутренней фаской на торце, дополнительный высоковольтный электрод выполнен в виде кольца с периферийной частью в виде усеченного конуса и симметрично закрепленных на его поверхности стержней со сквозными соосными каналами, при этом механически прочный диэлектрический цилиндр выполнен со сквозными отверстиями для размещения стержней дополнительного высоковольтного электрода, симметрично расположенными относительно главной оси диэлектрического цилиндра, и с профилем и размерами торца, аналогичными профилю и размерам взрывающейся фольги, которая выполнена в виде плоского кольца и усеченного конуса, при чем взрывающаяся фольга расположена на торце механически прочного диэлектрического цилиндра, дополнительный высоковольтный электрод периферийной частью в виде усеченного конуса расположен на центральной части усеченного конуса взрывающейся фольги, наружный высоковольтный электрод расположен на боковой поверхности диэлектрического цилиндра таким образом, что периферийная часть усеченного конуса взрывающейся фольги расположена на поверхности внутренней фаски наружного высоковольтного электрода, диэлектрический цилиндр с взрывающейся фольгой и электродами установлен на торце сопла Лаваля, причем, поверхность внешней фаски сопла Лаваля, периферийная часть усеченного конуса взрывающейся фольги и поверхность внутренней фаски наружного высоковольтного электрода являются сопряженными, а сквозные каналы центрального высоковольтного электрода и стержней дополнительного высоковольтного электрода предназначены для подачи газа в полость сопла Лаваля.
Недостатком является сложность конструкции, связанная с применением сопла Лаваля и электродной системы, имеющей каналы для организации газового потока.
Наиболее близким из известных технических решений является устройство электровзрывного нанесения металлических покрытый на контактные поверхности, содержащее систему токопроводящих электродов, включающую внутренний и внешний электроды, разделенные изолятором, разрядную камеру, сопло и взрывающийся проводник из фольги. (Патент РФ №2422555, кл. C23C 4/12, C23C 24/08, опубл. 27.06.2011)
Недостатком является то, что при электрическом взрыве плоской круглой фольги сформированные микрочастицы металлического порошка имеют высокие скорости, вектора которых преимущественно направлены перпендикулярно плоскости торца диэлектрика в сторону среза сопла. Вследствие этого обстоятельства определенная часть микрочастиц будут оседать на внутренней поверхности стенки разрядной камеры, кроме того, возможно возникновение отражения микрочастиц от наклонной поверхности стенки, оказывающее отрицательное влияние на основной поток микрочастиц, что не позволит получить высокое качестве покрытия и недостаточную адгезию с материалом контактной поверхности.
Техническим результатом изобретения является улучшение качества наносимого металлического покрытия и повышение адгезии с материалом контактной поверхности.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для электровзрывного нанесения металлических покрытий на контактные поверхности, содержащем систему токопроводящих электродов, включающую внутренний и внешний электроды, разделенные изолятором, разрядную камеру с соплом и взрывающийся проводник из фольги, поверхность взрывающейся фольги является параболоидом вращения, фокальная плоскость которого расположена на выходе сопла, или сферическим сегментом, радиус которого равен расстоянию до центра выхода сопла, при этом фольга расположена на торце механически прочного изолятора в виде цилиндра, поверхность которого повторяет сопряженную поверхность взрывающейся фольги.
Выполнение поверхности взрывающегося проводника из фольги в виде параболоида вращения, фокальная плоскость которого расположена на выходе сопла, или в виде сферического сегмента, радиус которого равен расстоянию до выхода сопла позволяет сформировать высокоскоростной направленный поток микрочастиц в сторону выхода сопла. Усредненный вектор скорости потока микрочастиц металла будет ориентирован перпендикулярно контактной поверхности образца, что улучшает качество наносимого металлического покрытия и повышает адгезию с материалом контактной поверхности.
Выполнение торца изолятора сопряженной с поверхностью взрывающегося проводника обеспечивает созданию так называемого "самоприжатого" электрического разряда. Отраженная от поверхности изолятора ударная волна, распространяясь по металлической плазме электрического разряда, воздействует на микрочастицы металла, что влечет за собой дополнительное увеличение их скоростей.
Таким образом, наличие отличительных признаков позволяет улучшить качество наносимого металлического покрытия и повысить адгезию с материалом контактной поверхности.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено устройство электровзрывного нанесения металлических покрытий на контактные поверхности электрическим взрывом фольги, поверхность которой является параболоидом вращения, фокальная плоскость которого расположена на выходе сопла; на фиг.2 представлено устройство электровзрывного нанесения металлических покрытий на контактные поверхности электрическим взрывом фольги, поверхность которой является сферическим сегментом, радиус которого равен расстоянию до центра выхода сопла.
Устройство для электровзрывного нанесения металлических покрытый на контактные поверхности, содержит систему токопроводящих внутреннего 1 и внешнего 2 электродов, разделенные изолятором 3, разрядную камеру 4, сопло 5 и взрывающийся проводник из фольги 6, поверхность которой является параболоидом вращения (фиг.1), фокальная плоскость которого расположена на выходе сопла 5, или в виде сферического сегмента (фиг.2), радиус которого равен расстоянию до центра выхода сопла 5.
Устройство работает следующим образом. В качества источника высокого напряжения используется генератор импульсных токов конденсаторного типа (на чертежах не показан). При подаче высокого напряжения на внутренний электрод 1 и внешний электрод 2 возникает электрическое поле, которое определяется геометрией взрывающегося проводника 6. Возникающий ток разряда формирует электрический взрыв взрывающегося проводника из фольги 6, поверхность которого является параболоидом вращения или сферическим сегментом, что влечет за собой диспергирование взрывающегося проводника из фольги 6, по продуктам взрыва которого возникает электрический разряд с образованием неидеальной металлической плазмы. Изолятор 3, торцевая поверхность которого сопряжена с поверхностью взрывающегося проводника 6, формирует "самоприжатый" электрический разряд. Электроды 1 и 2, имеющие кольцевые фланцы с фасками, осуществляют надежный электрический контакт со взрывающимся проводником из фольги 6. В разрядной камере 4 формируется направленный поток микрочастиц, налетающих на контактную поверхность. В случае выполнения поверхности взрывающегося проводника из фольги 6 в виде параболоида вращения (фиг.1) и в виде сферического сегмента (фиг.2) направления потоков металлических микрочастиц взрывающегося проводника из фольги 6 показаны стрелками, которые иллюстрируют однородность их распределения на выходе сопла 5.
Таким образом, осуществляется электровзрывное нанесение металлических покрытий, достигается улучшение качества наносимого металлического покрытия и повышение адгезии с материалом контактной поверхности.