ПЛАЗМАТРОН ДЛЯ ЛАЗЕРНО-ПЛАЗМЕННОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ Российский патент 2001 года по МПК C23C4/12 H05H1/42 

Изобретение относится к устройствам для нанесения покрытия на металлические или металлосодержащие поверхности, и может быть использовано в машиностроении для получения деталей с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Известны устройства, предназначенные для получения деталей с повышенными эксплуатационными характеристиками (Кулик А.Я., Борисов Ю.С., Мнухин А.С., Никитин М. Д. Газотермическое напыление композиционных порошков. -Л.: Машиностроение, 1985. Нанесение покрытий плазмой /В.В.Кудинов, П.Ю.Пешков, В.Е. Белащенко и др. -М. : Наука, 1990). Конструкция существующих устройств не предусматривает их использования в составе установок лазерно-плазменного напыления покрытий.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для нанесения покрытий плазменным напылением в виде установки УПУ-8 (Кудинов В.В., Бобров Г.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1992, 432 с.).

Корпус плазматрона, имеющий цилиндрическую форму, состоит из трех частей. Нижняя часть связана с соплом плазматрона и является анодным узлом, верхняя часть - стержневой катодный узел. В его центральной части расположен катод. Сопловой и стержневой электродные узлы связаны между собой электроизоляционной проставкой. Охлаждение осуществляется дистиллированной водой, прокачиваемый через канал, расположенный в корпусе. Для герметизации канала охлаждения предусмотрены прокладки и стяжные винты. Дуга возбуждается и горит между стержневым электродом и соплом. Плазменная струя, вытекающая из сопла, является источником нагрева, и служит для распыления и ускорения частиц.

Для лазерно-плазменного нанесения покрытий данное устройство не применимо, поскольку имеет следующие недостатки:
- незначительный ресурс положительного электрода (анода), связанный с его разрушением из-за действия электрической дуги;
- круглое сечение плазменного факела, что приводит к большим потерям энергии лазерного излучения при прохождении через плазменный сгусток;
- круглая форма пятна нагрева от плазмотрона, что приводит к необходимости перекрытия зон обработки, достигающего 2/3 ширины зоны, из-за чего значительно снижается производительность процесса нанесения покрытия.

В основу изобретения поставлены следующие задачи:
- увеличить ресурс работы плазмотрона;
- получить прямоугольную форму сечения плазменного факелы, обеспечивающую минимальное расстояние, проходимое лазерным излучением в плазме;
- повысить производительность процесса нанесения покрытия за счет использования прямоугольной формы пятна нагрева от плазменного факела.

Данная задача решается тем, что в устройстве, состоящем из корпуса, основного катода, сопла, штуцеров для подвода плазмообразующего газа, согласно изобретению корпус выполнен П-образным, закрывающимся двумя боковыми крышками, на которых расположены вспомогательные аноды с диэлектрическими подложками и вспомогательными катодами, при этом вспомогательные аноды образуют сопло с отверстием прямоугольного поперечного сечения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлено устройство в разрезе, на фиг. 2 - сечение A-A фиг. 1.

Плазмотрон состоит из корпуса 1, имеющего П-образную форму, и выполненного из термостойкого изолирующего материала, в верхней части которого расположен основной катод 2, зафиксированный гайкой 3 и шайбой 4, которые служат, кроме того, токопроводами для подачи напряжения на основной катод, а также два штуцера 5 для подачи плазмообразующего газа. Боковые поверхности плазматрона образованы изолирующими крышками 6, которые зафиксированы на корпусе винтами 7, прижимая при этом вспомогательные катоды 8 и диэлектрические подложки 9. Между крышками 6 и подложками 9 расположены водоохлаждаемые аноды 11, образующие выходное отверстие прямоугольного сечения, которые после установки закрепляются винтами 12, служащими также для крепления токоведущих шин (кабелей). Для охлаждения анодов водой предусмотрены каналы 12 и 13. Для ввода порошкообразного напыляемого материала в корпусе плазматрона выполнено отверстие 14.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Поток плазмообразующего газа через штуцеры 5 и отверстия 6 подается в разрядную камеру плазматрона, образованную корпусом 1, вспомогательными катодами 8, диэлектрическими подложками 9 и анодами 10. После подачи напряжения на вспомогательные катоды 8 и аноды 10 на поверхности подложек возникает скользящий электрический разряд, который появляется после подачи напряжения на основной катод 2. В зону горения основного разряда через отверстия 14 подается напыляемый порошкообразный материал, который разогревается, распыляется и ускоряется плазменной струей и выносится из плазматрона через выходное отверстие, образованное анодами 10.

Такое устройство позволяет получить форму пятна нагрева близкую к прямоугольной и в 1,5-2 раза увеличить ширину зоны обработки, увеличить ресурс плазматрона в связи с меньшим износом положительного электрода (анода) и обеспечить минимальное расстояние прохождения лазерного излучения (на чертеже не показано) через плазменный сгусток. Это приводит к экономии энергетических ресурсов, росту производительности и срока службы плазматрона при нанесении покрытия.

Изобретение относится к устройствам нанесения покрытий плазменным напылением и может быть использовано для нанесения упрочняющего покрытия на металлические и металлосодержащие поверхности. Технический результат - увеличение ресурса работы плазматрона, повышение производительности процесса обработки. Сущность изобретения заключается в том, что корпус устройства выполнен П-образным, закрывающимся двумя боковыми крышками, на которых расположены вспомогательные аноды с диэлектрическими подложками и вспомогательными катодами, при этом вспомогательные аноды образуют сопло с отверстием прямоугольного поперечного сечения. А в качестве анода предложена конструкция, состоящая из двух симметрично расположенных относительно плоскости перемещения плоского плазменного сгустка плазменных электродов, образованных скользящим электрическим разрядом, возникающим между защемленным анодом и вспомогательным катодом и распространяющимся на поверхности диэлектрической подложки, которая во избежание перегрева охлаждается водяным теплообменником, а нагрев порошковой массы лазерным излучением производится в плоскости касания ее с подложкой. 2 ил.

Плазматрон для лазерно-газотермического нанесения покрытия, состоящий из корпуса, основного катода, сопла, штуцеров для подвода плазмообразующего газа, отличающийся тем, что корпус выполнен П-образным, закрывающимся двумя боковыми крышками, на которых расположены вспомогательные аноды с диэлектрическими подложками и вспомогательными катодами, при этом вспомогательные аноды образуют сопло с отверстием прямоугольного поперечного сечения.