УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Предложенное техническое решение относится к области нанесения покрытий металлов, сплавов и соединений (оксидов, гидроксидов, нитридов, боридов, сульфидов) и может найти применение в порошковой металлургии, в частности, для металлизации порошковых материалов различных размеров, конфигурации поверхности, природы частиц и их степени дисперсности, например, порошков стеклянных микросфер, металлических, керамических и абразивных частиц, для создания композиционных материалов с повышенными прочностными и коррозионостойки свойствами.
Известно устройство для нанесения покрытий на порошковые материалы (Патент RU №2344902, МПК B22F 1/02, C23C 14/34, опубл. 27.01.2009 г.), содержащее вакуумную камеру, снабженную системой откачки, расположенный в ней генератор потока напыляемых частиц материала покрытия, направленный сверху вниз и установленный под ним виброперемешиватель-держатель порошка, кинематически связанный с виброприводом, обеспечивающим возвратно-поступательные перемещения виброперемешивателя-держателя порошка вдоль вертикальной оси. Второй привод, кинематически связанный с виброперемешивателем-держателем порошка, обеспечивает его постоянное или импульсное вращение вокруг вертикальной оси. Виброперемешиватель-держатель порошка выполнен в виде цилиндрической чаши с плоским дном, параллельно которому установлены цилиндрические пружины, пересекающиеся в их середине, концы которых закреплены на рамке, установленной на неподвижном держателе. Пружины выполнены с попеременно противоположной навивкой и закреплены на рамке на равном расстоянии друг от друга. Рамка может быть установлена на держателе с возможностью перемещения по вертикали.
2
-1
Основным недостатком устройства является то, что используемый в конструкции генератор потока ионов - магнетрон работает в узком диапазоне давлений 10÷10 Па, что не позволяет в комплексном технологическом процессе нанесения покрытий на порошковые материалы проводить очистку и активацию высокоэнергетическими ионами.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является, выбранное за прототип, устройство для нанесения покрытий на порошки (Патент RU №2486990, МПК B22F 1/02, C23C 14/34, опубл. 10.07.2013), содержащее вакуумную камеру с системой откачки, расположенный в ней генератор потока частиц напыляемого материала покрытия, направленного сверху вниз, и установленный под ним виброперемешиватель-держатель порошка, кинематически связанный с виброприводом, обеспечивающим возвратно-поступательные перемещения виброперемешивателя-держателя порошка вдоль вертикапьной оси. при этом виброперемешиватель-держатель порошка выполнен в виде цилиндрической чаши с плоским дном, параллельно которому установлены пересекающиеся в их середине цилиндрические пружины, концы которых закреплены на рамке под углом 90°, причем пружины выполнены с попеременно противоположной навивкой.
Применение данного устройства не обеспечивает необходимой равномерности покрытия из-за недостаточно интенсивного перемешивания порошка при вращении гибкого вала, кинематически соединенного с приводом вращения, и возвратно-поступательном движении виброперемешивателя-держателя порошка. При этом в работе устройства присутствуют чрезмерные нагрузки на частицы порошка, при механическом разрушении агломератов, образующихся при виброперемешивании, что может привести к их разрушению, например, при металлизации полых стеклянных микросфер. Кроме того из-за наличия между частицами порошка и генератором потока частиц напыляемого материала покрытия металлической сетки и рамы с закрепленными пружинами, увеличивается время металлизации порошка.
Задачей предложенного решения является повышение качества покрытия за счет обеспечение его однородности и повышение интенсивности процесса при высоком уровне равномерности осаждения материала покрытия на частицы порошков, включая их предварительную очистку и активацию.
Техническим результатом, на которое направлено устройство, является возможность нанесения равномерного покрытия на порошковые материалы за счет проведения предварительной очистки и активации высокоэнергетическими ионами, а также комбинированного перемешивания частиц порошков.
Техническая задача достигается тем, что в устройстве для нанесения покрытий на порошковые материалы, содержащем вакуумную камеру с системой откачки, расположенный в ней генератор потока частиц напыляемого материала покрытия, направленного сверху вниз, и установленный под ним виброперемешиватель-держатель порошка, выполненный в виде цилиндрической чаши, токопроводящий гибкий вал, связанный с приводом вращения и источником опорного напряжения, при этом виброперемешиватель-держатель порошка посредством токопроводящего гибкого вала кинематически связан с приводом вращения, установлен на платформу, обеспечивающую его установку на угол, равный 0÷45°, относительно вертикальной оси, и выполнен в виде цилиндрической чаши с коническим дном, оснащенной лопатками с выступами, в основании которой имеется зубчатое колесо, к зубьям которого при помощи пружин прижат кулачек, на боковой стенке камеры установлен нагреватель и трубопровод с форсункой, подведенный к лопаткам виброперемешивателя-держателя порошка.
На фиг. 1 показана общая схема устройства, на фиг. 2 - виброперемешиватель-держатель порошка с трубопроводом для подачи газа и вибрационной системой, на фиг. 3 - форсунка трубопровода.
Устройство для нанесения покрытий на порошковые материалы (см. фиг. 1) содержит вакуумную камеру 1, установленную на раме 2. Вакуумная камера 1 снабжена системой откачки воздуха 3 и подачи рабочего газа 4. В вакуумной камере 1 установлен генератор 5 потока напыляемых частиц материала покрытия, направленный сверху вниз и выполненный в виде дугового испарителя 6. Под дуговым испарителем 6 расположен виброперемешиватель-держатель порошка, выполненный в виде металлической цилиндрической чаши 7 с коническим дном, оснащенной лопатками 8 с выступами 9. Цилиндрическая чаша 7 установлена на платформе 10, имеющей возможность поворота на угол 0÷45°, размер которого выбирают в зависимости от характеристик обрабатываемого порошка 11. Платформа 10 базируется на стойках 12, установленных в основании вакуумной камеры 1. Под рамой 2 установлен привод вращения 13, который связан с цилиндрической чашей 7 посредством токопроводящего гибкого вала 14 и зубчатой передачи 15. Токопроводящий гибкий вал 14 соединен с источником опорного напряжения (не показан). Вал привода вращения введен в вакуумную камеру 1 через уплотнение. В основании цилиндрической чаши 7 имеется зубчатое колесо 16. Количество зубьев 17 зубчатого колеса 16 составляет 44 зуба. Как показано на фиг. 2, к зубьям 17 зубчатого колеса 16, с помощью пружин 18, закрепленных на стойке 12 и платформе 10, прижат кулачек 19, предназначенный для создания колебаний цилиндрической чаши 7 при ее вращении. Частоту колебаний и вращения цилиндрической чаши 7 позволяет регулировать привод вращения 13. На боковой стенке вакуумной камеры 1 установлен нагреватель 20 и трубопровод 21 с форсункой 22, подведенный к лопаткам 8 цилиндрической чаши 7.
-2
-2
Устройство для нанесения покрытий на порошковые материалы работает следующим образом. В вакуумной камере 1 устанавливают дуговой испаритель 6 с катодом. В качестве анода выступает вся внутренняя поверхность вакуумной камеры 1. В цилиндрическую чашу 7 загружают обрабатываемый порошок 11. В зависимости от параметров обрабатываемого порошка 11 цилиндрическую чашу 7, с помощью платформы 10, наклоняют на заданный угол, в диапазоне 0÷45°, относительно вертикальной оси координат, для создания условий пересыпания частиц. Включают привод вращения 13, который посредством зубчатой передачи 15 и токопроводящего гибкого вала 14 передает крутящий момент цилиндрической чаше 7. При равномерном вращении цилиндрической чаши 7 по зубья 17 зубчатого колеса 16 совершают удары кулачком 19, за счет действия сил пружин 18, для создания условий вибрационного перемешивания частиц порошка, при этом обрабатываемый порошок 11 перемешивают за счет лопаток 8 с выступами 9. Частота вращения цилиндрической чаши 7 может варьироваться в пределах 4÷25 об/мин. С помощью системы откачки воздуха 3 в вакуумной камере 1 создают вакуум 1÷2·10 Па. По трубопроводу 21 подают рабочий газ, например, аргона в зону, так называемого, «полета частиц» обрабатываемого порошка 11 при их ссыпании с лопаток 8. Установленная на трубопроводе 21 форсунка 22 подает турбулентный поток рабочего газа, для создания крутящего момента частицам обрабатываемого порошка 11. Между катодом и анодом зажигают дугу. Для осуществления очистки и активации поверхности обрабатываемого порошка 11, включают нагреватель 20, а также от источника опорного напряжения по токопроводящему гибкому валу 14 подают потенциал смещения величиной 1000 В на цилиндрическую чашу 7. Благодаря этому высокоэнергетические ионы напыляемого материала покрытия ускоряются и проникают вглубь обрабатываемого материала. Далее в вакуумную камеру 1 подают рабочий газ с помощью системы подачи рабочего газа 4 до величины 5÷8·10 Па и осуществляют осаждение потока частиц 5 напыляемого материала на обрабатываемый порошок 11, перемешивание которого осуществляет с помощью лопаток 8 с выступами 9 цилиндрической чаши 7, вибрации стенок цилиндрической чаши 7, создаваемой ударами кулачка 19 по зубьям 17 зубчатого колеса 16, а также турбулентным потоком газа из форсунки 22.
Таким образом, после завершения обработки получают металлизированный порошок с равномерно нанесенным на его частицы покрытием, т.е. данное техническое решение обеспечивает повышение качества покрытия и повысило интенсивность процесса.