УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ

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.М., 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 (Патент РФ №2022056, С23С 14/32, 1991 г.).
Недостатком данного изобретения является наличие оптически непрозрачного экрана только у одного катода электродугового испарителя, что ограничивает возможности установки.
Техническим результатом заявленной полезной модели является расширение технологических возможностей установки и улучшение качества наносимого покрытия за счет использования дополнительных экранов особой формы, располагающихся у каждого из испарителей.
Поставленная техническая задача решается посредством того, что в установке для нанесения покрытий методом электродугового испарения, содержащей вакуумную камеру, являющуюся анодом с расположенными в ней четырьмя катодами электродуговых испарителей из испаряемого материала, держатель изделий и экраны, установленные с возможностью перекрытия катодов, согласно полезной модели, каждый из экранов выполнен в виде дисков с щелевыми прорезями, соединенных между собой на технологически регламентированном расстоянии, при этом щелевые прорези расположены в шахматном порядке.
Заявленное техническое решение поясняется графическими материалами, где:
- на фиг.1 представлено схематическое изображение установки;
- на фиг.2 представлен вид экранов;
- на фиг.3 представлено 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 дисков 5, соединенных между собой по центру на технологическом расстоянии и закрепленных на поворотном устройстве. В дисках 5 проделаны щелевые прорези 6, располагающиеся от края к центру и расположенные в шахматном порядке между соединенными дисками 5.
Установка для нанесения покрытий работает следующим образом.
Установить обрабатываемые изделия в держатель 3, закрыть вакуумную камеру 1. При помощи системы откачки воздуха (на чертеже не указано) камера откачивается до давления 1*10-3 Па и подается рабочий газ. При проведении процесса азотирования рабочим газом является азот или азотаргонная 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 экраны 4 выполнены в виде двух одинаковых дисков 5, соединенных между собой по центру на технологическом расстоянии и имеющих щелевые прорези 6 от края к центру через которые просачивается плазма. При этом щелевые прорези 6 одного экрана 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 расширить технологические возможности установки и улучшить качество покрытия за счет того, что в установке для нанесения покрытий дополнительно установлены оптически непрозрачные поворотные экраны особой конструкции, расположенные между держателем изделий и каждым из катодов.
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.