Установка для ионного легирования поверхности металлических изделий

Полезная модель относится к технике для ионно-имплантационной обработки и нанесения износо- и коррозионностойких, защитных, биосовместимых ионно-плазменных покрытий на изделия из конструкционных металлических материалов, применяемых в машино- и приборостроении, а также в медицинской технике.
Современные ионно-лучевые установки состоят из ионного источника, экстрагирующей и фокусирующей оптики, ускоряющей системы, масс-сепаратора, устройства сканирования ионного пучка, приемной камеры, устройства контроля и управления технологическим процессом и различаются по конструкции входящих в них систем, типу ионных источников, масс-сепараторов и приемных камер, типу ускоряемых ионов, значению величины ионного тока и максимальной энергии ионов (Ионная имплантация и лучевая технология. Дж.С. Вильяме, Дж.Ф. Гиббоне и др. Перевод с англ. A.M. Евстигнеева; под общ. ред. О.В. Снитко. - Киев: Наука, 1988).
Известна конструкция устройства для ионно-лучевой обработки изделий медицинской техники [патент РФ 2277934, МПК: A61L 2/00, A61L 2/14, опубликован 20.06.2006], которая содержит источник ионов, масс-сепаратор, формирователь пучка ионов и вакуумную камеру, в стенке которой выполнено отверстие для входа пучка ионов, а с противоположной стороны расположен приемник-регистратор ионов, при этом в торцевой части камеры установлен с возможностью вращения диск с расположенными по периферии диска держателями для обрабатываемых изделий, причем каждый держатель представляет собой стержень, установленный перпендикулярно поверхности диска с возможностью вращения вокруг собственной оси, а в верхней части стержня смонтированы опоры для обрабатываемых изделий.
Недостатком данной конструкции является отсутствие узла для дозированной подачи углеродсодержащего газа в объем вакуумной камеры для осуществления технологического процесса ионно-лучевой модификации поверхности материалов с целью получения изделий с повышенными показателями твердости и износостойкости поверхности.
Известна конструкция установки для обработки деталей [Патент BY 9116 U, МПК: С23С 14/28, опубликован 30.04.2013], в вакуумной камере, в которой размещены ионно-лучевой источник, источник питания, поворотный держатель деталей, выполненный в виде барабана в форме беличьей клетки, концентрично вертикальной оси вращения которого расположены роликовые опоры для нижнего контура барабана, ионно-лучевой источник смонтирован снаружи обечайки барабана, а источник нагрева смонтирован внутри обечайки барабана, при этом фиксаторы для деталей размещены вдоль периферии барабана.
Недостатком данной конструкции является отсутствие узла для дозированной подачи углеродсодержащего газа в объем вакуумной камеры для осуществления технологического процесса ионно-лучевой модификации поверхности материалов с целью получения изделий с повышенными показателями твердости и износостойкости поверхности.
Наиболее близким к предлагаемому решению является конструкция устройства для ионного легирования типа «Везувий», оснащенная датчиками контроля и измерения дозы имплантации и температуры изделий, системой загрузки-выгрузки изделий, системой вакуумной откачки с соответствующими системами управления и электропитания. В приемной камере имеется контейнер карусельного типа (барабан), на котором размещены обрабатываемые изделия в сменных кассетах с пазами для прохождения пучка ионов к регистрирующим датчикам дозиметра. Для обеспечения постоянного угла имплантации обкатка контейнера производится по кулачку. От радиального биения контейнер удерживается регулируемыми роликами. Вращение контейнера обеспечивается двигателем постоянного тока (Симонов В.В., Корнилов Л.А., Шашелев А.В., Шокин Е.В. Оборудование ионной имплантации. М: Радио и связь, 1988, С. 97-102.)
Недостатком данной конструкции является отсутствие узла дозированной подачи углеродсодержащего газа в объем вакуумной камеры для осуществления технологического процесса ионно-лучевой модификации поверхности материалов.
Задачей полезной модели является создание устройства для ионного легирования, содержащего приемную камеру для дозированной подачи углеродсодержащего газа в объем приемной камеры для осуществления технологического процесса ионно-лучевой модификации поверхности материалов с целью получения изделий с повышенными показателями твердости и износостойкости поверхности.
Технический результат полезной модели заключается в придании поверхности изделий машино- и приборостроения, медицинской техники повышенной твердости и износостойкости за счет образования на ней беспористого углеродного алмазоподобного покрытия.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для ионного легирования металлических изделий, содержащее приемную камеру с корпусом цилиндрической формы из нержавеющей стали внутри которого расположен контейнер карусельного типа для размещения изделий с возможностью обработки в ней металлических изделий пучком ионов, при этом приемная камера имеет дверь для загрузки и выгрузки изделий со смотровым окном, установленные на корпусе камеры датчики для измерения дозы имплантации, низкого и высокого и низкого вакуума, согласно заявляемому техническому решению в нижней части корпуса приемной камеры расположен узел для дозированной подачи углеродсодержащего газа, выполненный в виде штуцера из нержавеющей стали, и магистраль подачи углеродсодержащего газа, представляющая собой трубку из нержавеющей стали, присоединенную одним концом к штуцеру, а другим к игольчатому клапану баллона с углеродсодержащим газом. Кроме того, датчики низкого и высокого вакуума выполнены с возможностью контроля подачи углеродсодержащего газа из баллона в приемную камеру установки. С применением дополнительного узла приемной камеры можно обрабатывать такие металлические конструкционные материалы, как нержавеющие стали, титан, цирконий, медь и их сплавы.
Описание конструкции.
Полезная модель поясняется схемой (фиг.), где представлена предлагаемая конструкция устройства для ионного легирования типа «Везувий» и общий вид штуцера для подсоединения магистрали подачи углеродсодержащего газа к приемной камере установки ионного легирования типа «Везувий». Позициями на фигуре обозначены: 1 - корпус, 2 - барабан, 3 - смотровое окно, 4 - штуцер подачи углеродсодержащего газа, 5 - магистраль подачи углеродсодержащего газа, 6 - игольчатый клапан, 7 - баллон с углеродсодержащим газом, 8 - дверь для загрузки и выгрузки заготовок, 9 - датчики для измерения дозы имплантации (цилиндры Фарадея), 10 - датчик низкого вакуума, 11 - датчик высокого вакуума.
Устройство (фиг.) для ионного легирования поверхности металлических изделий включает приемную камеру с корпусом 1 цилиндрической формы из нержавеющей стали, внутри которого расположен контейнер карусельного типа (барабан) 2 для размещения обрабатываемых изделий. Приемная камера имеет дверь 8 для загрузки и выгрузки заготовок, снабженную смотровым окном 3, а также датчики 9 для измерения дозы имплантации (цилиндры Фарадея), датчик низкого вакуума 10 и датчик высокого вакуума 11, расположенные на корпусе камеры, и систему вакуумной откачки. Устройство (фиг.) содержит узел для дозированной подачи углеродсодержащего газа, который состоит из штуцера 4 подачи углеродсодержащего газа, расположенного в нижней части корпуса 1 приемной камеры, и магистрали подачи углеродсодержащего газа 5, представляющую собой трубку из нержавеющей стали, присоединенную одним концом к штуцеру 4, а другим - к игольчатому клапану 6, присоединенному к баллону с углеродсодержащим газом 7.
Для осуществления технологического процесса в устройстве для ионного легирования производят следующие операции:
1. Загружают изделия в приемную камеру (фиг.) и размещают их на контейнере карусельного типа (барабане) 2, расположенном внутри корпуса 1.
2. Закрывают дверь 8 приемной камеры для загрузки и выгрузки заготовок, снабженную смотровым окном 3 для визуального контроля.
-5
3. Проводят откачку объема приемной камеры до необходимого вакуума (5⋅10 Па), контроль осуществляют датчиками низкого 10 и высокого вакуума 11 оператором вручную.
-3
4. Проводят напуск углеродосодержащего газа по магистрали 5 через штуцер 4 в объем приемной камеры открытием игольчатого клапана 6 баллона 7 (5⋅10 Па).
5. Проводят обработку поверхности изделий пучком ионов.
6. Проводят контроль дозы ионов датчиками 9 для измерения дозы имплантации (цилиндры Фарадея) оператором вручную.
-3
-5
7. Проводят контроль величины давления подаваемого углеродсодержащего газа в приемную камеру датчиками низкого 10 и высокого вакуума 11 оператором вручную. При изменении вакуума в сторону повышения (не более 5⋅10 Па) проводят напуск углеродосодержащего газа в объем приемной камеры открытием игольчатого клапана 6 баллона 7 (не более 5⋅10 Па) оператором вручную.
8. Завершают обработку поверхности изделий пучком ионов.
9. Производят выгрузку изделий из приемной камеры через дверь 8.
Таким образом, разработано устройство для ионного легирования, осуществляющее дозированную подачу углеродсодержащего газа в объем приемной камеры для осуществления технологического процесса ионно-лучевой модификации поверхности материалов с целью получения изделий с повышенными показателями твердости и износостойкости поверхности за счет образования на ней беспористого углеродного алмазоподобного покрытия.