УСТАНОВКА ДЛЯ КОРПУСКУЛЯРНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к устройствам для вакуумно-плазменной обработки изделий и может быть использована для поверхностной обработки оснастки, инструмента и деталей в машиностроении, деревообработке, теплоэнергетике, приборостроении и других областях.
Известна установка «Булат-6», которая предназначена для синтеза твердых материалов из дугового разряда и нанесения их в виде диффузионных покрытий на горячие детали инструментальной оснастки и детали машин. Она содержит вакуумную камеру, блок управления, высоковольтный выпрямитель и электрические источники питания дуговых испарителей. Установка снабжена системой подачи плазмообразующего газа с автоматическим поддержанием давления в камере от 0,1 до 15 Па. [Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме / А.И. Костржицкий, В.Ф. Карпов, М.П. Кабанченко и др. - М.: Машиностроение, 1991. - 176 с.- аналог].
Известно устройство для нанесения упрочняющих покрытий на стальные детали, например на инструмент, содержащее вакуумную камеру с установленным в нем рабочим столом для размещения на нем обрабатываемой детали, патрубок для присоединения к камере блока вакуумной откачки воздуха, трубку для подвода и подачи в камеру инертного плазмообразующего газа - аргона, штуцер для подвода высокого напряжения к рабочему столу от блока электропитания и управления и три катодных узла, расположенных в одной горизонтальной плоскости с трех сторон (Патент РФ №2210618 опубл. 20.08.2003 г.)
За прототип выбрана установка для нанесения покрытий, содержащая вакуумную камеру с установленным в ней рабочим столом для размещения на нем обрабатываемых деталей, патрубок для присоединения к камере блока вакуумной откачки воздуха, включающего соединенные между собой вакуумный агрегат и форвакуумный насос, трубку для подвода и подачи в камеру инертного плазмообразующего газа от газового баллона и штуцер для подвода высокого напряжения к рабочему столу от блока электропитания и управления, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит верхний штуцер с установленным на нем источником ионов, к которому подведено высокое напряжение от блока электропитания и управления. (Патент РФ. №98003 опубл. 27.09. 2010 г.)
К недостаткам известных технических решений можно отнести то, что адгезионная связь образованных покрытий не обеспечивает прочную (когезионную) связь покрытия, например пленки из нитрида титана, с поверхностью изделия, что приводит к отслоению покрытий в процессе эксплуатации изделия, а также то, что при нанесении покрытия деталь должна иметь температуру поверхности порядка 800ºС, необходимую для диффузионного нанесения покрытия, и что для нагрева одной обрабатываемой детали используют три катодных узла, что значительно усложняет конструкцию.
Задачей полезной модели является разработка устройства для корпускулярного легирования с увеличением времени легирования и упрочнения поверхности покрытия.
Техническим результатом является создание нанопокрытия с заданными физико-техническими свойствами обработанной детали с одновременным увеличением времени ресурса работы установки.
Технический результат достигается устройством для корпускулярного легирования, состоящим из вакуумной камеры с установленным в ней рабочим столом для размещения на нем обрабатываемых деталей, патрубка для присоединения к камере блока вакуумной откачки воздуха, включающего соединенные между собой вакуумный агрегат и форвакуумный насос, трубки для подвода и подачи в камеру инертного плазмообразующего газа от газового баллона и штуцера для подвода высокого напряжения к рабочему столу от блока электропитания и управления, при этом дополнительно содержит верхний штуцер с установленным на нем источником ионов, к которому подведено высокое напряжение от блока электропитания и управления, дополнительно содержит систему жидкостного охлаждения ионного источника, подведенную к верхнему штуцеру, стол выполнен в виде цилиндра из титанового сплава, который установлен на опорном подшипнике и вращается по всей площади вала-основания, при этом между валом-основанием и столом расположены изоляторы, поверхность которых защищена металлическими экранами.
При использовании установки создается нанопокрытие с заданными физико-техническими свойствами обработанной детали путем увеличения времени легирования и увеличения количества внедренных ионов, создания когезионной связи покрытия с поверхностью изделия с одновременным увеличением ресурса работы установки.
Полезная модель поясняется чертежами, где на Фиг. 1 - изображено устройство для корпускулярного легирования, вид сверху.
Устройство для электроэрозионного легирования состоит из вакуумной камеры 1, рабочего стола 2, патрубка 3, соединенных между собой вакуумного агрегата 4 и форвакуумного насосо 5, трубки 6, газового баллона 7, штуцера 8, блока электропитания и управления 9, верхнего штуцера 10, источника ионов 11, подведенной системы жидкостного охлаждения ионного источника 12, опорного подшипника 13, вала-основания 14, изоляторов 15, металлических экранов 16.
В вакуумной камере предлагаемого устройства размещались обрабатываемые детали (металлические пластины, резцы токарного станка). Через верхний штуцер в источник ионов вакуумной камеры подавался инертный плазмообразующий газ от блока дозированной подачи инертного газа (газового баллона). На источник ионов и штуцер рабочего стола от блока электропитания и управления подавалось высокое напряжение. В вакуумной камере источником ионов под действием высоковольтного разряда в скрещенных магнитом и электрическом полях создавался пучок из ионов легирующего вещества и инертного газа. Ионы легирующего вещества внедряются в поверхность обрабатываемых изделий, образуя упрочняющее покрытие.
Стол, выполненный в виде цилиндра из титанового сплава, который устанавливался на опорном подшипнике и вращался по всей площади вала-основания, что позволяло увеличить площадь покрытия. Между площадью поверхности стола и валом-основанием, на котором находился подшипник, устанавливались изоляторы, поверхность которых защищалась металлическими экранами, что увеличивало срок службы. К верхнему штуцеру подводилась система жидкостного охлаждения ионного источника, что позволяло обеспечить достаточно интенсивный отвод тепла, уравновешивание и выравнивание режима работы, и увеличение срока службы.
При использовании предлагаемого устройства была улучшена равномерность обработки поверхности детали, достигнута нанотвердость 27 ГПа, адгезия 30…60, пористость 0,5…10, температурная стойкость 1300°С и характерное повышение ресурса работы установки в 3,5 раза по сравнению с прототипом.
Таким образом, заявленное устройство для корпускулярного легирования увеличивает время легирования, что позволяет увеличить количество внедренных ионов и упрочнить покрытие поверхности изделия за счет создания нанопокрытия с заданными физико-техническими свойствами и увеличить производительность установки.