ПЛАЗМЕННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК H05H1/42 

Изобретение относится к плазменной технике напыления покрытий различного назначения, износостойких, коррозионностойких, теплостойких, декоративных, функциональных покрытий, и т.д., напыляемых как в атмосферных условиях, так и в вакуумных и изолированных камерах для работы в различных условиях.

В технике напыления покрытий используют плазменные установки типа УПУ-8М с плазмотроном ПП-25 (см. инструкцию по эксплуатации, производства ПО «Электромеханика», г.Ржев, Российская Федерация).

Данная установка для напыления покрытий содержит плазмотрон, включающий систему подачи напыляемых материалов в плазму (за дуговым разрядом), источник электропитания постоянного тока, систему охлаждения плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, канал подачи напыляемого материала в плазму за анодным пятном дуги в сопле плазмотрона, катод из термоэмиссионного материала, закрепленный в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло-анод и межэлектродную вставку.

Данная плазменная установка имеет следующие недостатки: малая скорость напыляемых частиц, низкая прочность сцепления с подложкой и низкая прочность покрытий, большие потери напыляемого материала, низкий к.п.д. нагрева напыляемых частиц, низкая производительность, большие расходы на напыление покрытий из-за относительно недостаточной скорости и температуры плазмы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является плазменная установка (см. Кудинов В.В., Бобров Г.В. Нанесение покрытий, напыление, теория, технология, оборудование. - М. Металлургия, 1992 г., стр.75). Плазменная установка для нанесения покрытий содержит плазмотрон, включающий систему подачи напыляемого материала в дуговой разряд, источник электропитания постоянного тока, систему охлаждения плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, систему управления и контроля, соединенную с плазмотроном, с системой подачи напыляемого материала (в дуговой разряд), с источником электропитания постоянного тока, с системой охлаждения плазменной установки, с системой подачи плазмообразующих газов, катод плазмотрона содержит осевой канал подачи напыляемых материалов в дуговой разряд, катод, выполненный в виде стержня из термоэмиссионного материала, закрепленный в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло-анод и межэлектродную вставку.

Недостатком этой плазменной установки является то, что газ, транспортирующий порошок, приводит к отклонению дугового разряда от оси дугового канала, что приводит к перегреву и быстрому эрозионному износу сопла, разбросу напыляемых частиц, в том числе на стенки сопла и холодные области дугового канала, что ведет к низкому качеству покрытий, низкой производительности, большим потерям напыляемого материала. Такие установки с плазмотронами такого типа не нашли практического применения.

Техническая задача, решаемая с помощью предложенной конструкции, заключается в повышении качества покрытий, повышении скорости и температуры напыляемых частиц, увеличении адгезии и прочности покрытий, увеличении к.п.д. нагрева напыляемых частиц, повышении производительности и, как следствие, - в уменьшении расходов и себестоимости покрытий.

Решаемая техническая задача в первом варианте плазменной установки для напыления покрытий, содержащей плазмотрон, систему подачи напыляемого материала в дуговой разряд, источник электропитания постоянного тока, систему охлаждения плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, систему управления и контроля, соединенную с плазмотроном, с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд, с источником электропитания постоянного тока, с системой охлаждения плазменной установки, с системой подачи плазмообразующих газов, при этом плазмотрон содержит осевой канал подачи напыляемого материала в дуговой разряд, катод плазмотрона и выполнен из термоэмиссионного материала, закреплен в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло, анод и межэлектродную вставку, достигается тем, что катод плазмотрона выполнен полым с конической частью со стороны сопла плазмотрона, канал подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда выполнен в виде осевого отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода, в плоскостях, проходящих через ось полого катода, на наружной поверхности трубки и внутренней поверхности катододержателя выполнена система каналов, соединенных с системой подачи горючей, плазмообразующей смеси, при этом сопло в конце плазмотрона выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями, одна из последних секций выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу источника электропитания постоянного тока, выполненного высоковольтным, т.е. является охлаждаемым анодом, на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла от секции-анода сопла расположена электромагнитная катушка или кольцо из намагниченного материала, межэлектродная вставка выполнена секционированной из охлаждаемых секций, либо тугоплавкого, пористого диэлектрического материала, пропускающего охлаждающий дуговой канал в межэлектродной вставке газ или жидкость, отношение суммы длин дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке и сопле, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки находится в пределах от 4 до 250.

Решаемая техническая задача во втором варианте плазменной установки для напыления покрытий, содержащей плазмотрон, систему подачи напыляемого материала в дуговой разряд, источник электропитания постоянного тока, систему охлаждения плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, систему управления и контроля, соединенную с плазмотроном, с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд, с источником электропитания постоянного тока, с системой охлаждения плазменной установки, с системой подачи плазмообразующих газов, при этом плазмотрон содержит осевой канал подачи напыляемого материала в дуговой разряд, катод плазмотрона выполнен из термоэмиссионного материала, закреплен в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло, анод и межэлектродную вставку, достигается тем, что катод плазмотрона выполнен полым с конической частью со стороны сопла плазмотрона, канал подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда выполнен в виде осевого отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода, в плоскостях, проходящих через ось полого катода, на наружной поверхности трубки выполнена система каналов, соединенных с системой подачи горючей, плазмообразующей смеси, при этом сопло в конце плазмотрона выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями, одна из последних секций выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу источника электропитания постоянного тока, который выполнен высоковольтным, т.е. является охлаждаемым анодом, на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла от секции-анода сопла расположена электромагнитная катушка или кольцо из намагниченного материала, межэлектродная вставка выполнена секционированной из охлаждаемых секций, либо тугоплавкого, пористого диэлектрического материала, пропускающего охлаждающий дуговой канал в межэлектродной вставке газ или жидкость, отношение суммы длин дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке и сопле, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки находится в пределах от 4 до 250.

Решаемая техническая задача в третьем варианте плазменной установки для напыления покрытий, содержащей плазмотрон, систему подачи напыляемого материала в дуговой разряд, источник электропитания постоянного тока, систему охлаждения плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, систему управления и контроля, соединенную с плазмотроном, с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд, с источником электропитания постоянного тока, с системой охлаждения плазменной установки, с системой подачи плазмообразующих газов, при этом плазмотрон содержит осевой канал подачи напыляемого материала в дуговой разряд, катод плазмотрона выполнен из термоэмиссионного материала, закреплен в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло, анод и межэлектродную вставку, достигается тем, что катод плазмотрона выполнен полым с конической частью со стороны сопла плазмотрона, канал подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда выполнен в виде осевого отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода, в плоскостях, проходящих через ось полого катода, на внутренней поверхности катододержателя выполнена система каналов, соединенных с системой подачи горючей, плазмообразующей смеси, при этом сопло в конце плазмотрона выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями, одна из последних секций выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу источника электропитания постоянного тока, выполненного высоковольтным, т.е. является охлаждаемым анодом, на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла от секции-анода сопла расположена электромагнитная катушка или кольцо из намагниченного материала, межэлектродная вставка выполнена секционированной из охлаждаемых секций, либо тугоплавкого, пористого диэлектрического материала, пропускающего охлаждающий дуговой канал в межэлектродной вставке газ или жидкость, отношение суммы длин дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке и сопле, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки находится в пределах от 4 до 250.

Решаемая техническая задача в четвертом варианте плазменной установки для напыления покрытий, содержащей плазмотрон, систему подачи напыляемого материала в дуговой разряд, источник электропитания постоянного тока, систему охлаждения плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, систему управления и контроля, соединенную с плазмотроном, с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд, с источником электропитания постоянного тока, с системой охлаждения плазменной установки, с системой подачи плазмообразующих газов, при этом плазмотрон содержит осевой канал подачи напыляемого материала в дуговой разряд, катод плазмотрона выполнен из термоэмиссионного материала, закреплен в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло, анод и межэлектродную вставку, достигается тем, что катод плазмотрона выполнен полым с конической частью со стороны сопла плазмотрона, канал подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда выполнен в виде осевого отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода, в плоскостях, проходящих через ось полого катода, на наружной поверхности трубки и внутренней поверхности катододержателя выполнена система каналов, соединенных с системой подачи горючей, плазмообразующей смеси, при этом сопло в конце плазмотрона выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями, одна из средних секции выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу источника электропитания постоянного тока, выполненного высоковольтным, т.е. является охлаждаемым анодом, на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла от секции-анода сопла расположена электромагнитная катушка или кольцо из намагниченного материала, межэлектродная вставка выполнена секционированной из охлаждаемых секций, либо тугоплавкого, пористого диэлектрического материала, пропускающего охлаждающий дуговой канал в межэлектродной вставке газ или жидкость, отношение суммы длин дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке и сопле, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки находится в пределах от 4 до 250.

Решаемая техническая задача в пятом варианте плазменной установки для напыления покрытий, содержащей плазмотрон, систему подачи напыляемого материала в дуговой разряд, источник электропитания постоянного тока, систему охлаждения плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, систему управления и контроля, соединенную с плазмотроном, с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд, с источником электропитания постоянного тока, с системой охлаждения плазменной установки, с системой подачи плазмообразующих газов, при этом плазмотрон содержит осевой канал подачи напыляемого материала в дуговой разряд, катод плазмотрона выполнен из термоэмиссионного материала, закреплен в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло, анод и межэлектродную вставку, достигается тем, что катод плазмотрона выполнен полым с конической частью со стороны сопла плазмотрона, канал подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда выполнен в виде осевою отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода, в плоскостях, проходящих через ось полого катода, на наружной поверхности трубки выполнена система каналов, соединенных с системой подачи горючей, плазмообразующей смеси, при этом сопло в конце плазмотрона выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями, одна из средних секции выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу источника электропитания постоянного тока, выполненного высоковольтным, т.е. является охлаждаемым анодом, на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла от секции-анода сопла расположена электромагнитная катушка или кольцо из намагниченного материала, межэлектродная вставка выполнена секционированной из охлаждаемых секций, либо тугоплавкого, пористого диэлектрического материала, пропускающего охлаждающий дуговой канал в межэлектродной вставке газ или жидкость, отношение суммы длин дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке и сопле, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки находится в пределах от 4 до 250.

Решаемая техническая задача в шестом варианте плазменной установки для напыления покрытий, содержащей плазмотрон, систему подачи напыляемого материала в дуговой разряд, источник электропитания постоянного тока, систему охлаждения плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, систему управления и контроля, соединенную с плазмотроном, с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд, с источником электропитания постоянного тока, с системой охлаждения плазменной установки, с системой подачи плазмообразующих газов, при этом плазмотрон содержит осевой канал подачи напыляемого материала в дуговой разряд, катод плазмотрона выполнен из термоэмиссионного материала, закреплен в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло, анод и межэлектродную вставку, достигается тем, что катод плазмотрона выполнен полым с конической частью со стороны сопла плазмотрона, канал подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда выполнен в виде осевого отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода, в плоскостях, проходящих через ось нового катода, на внутренней поверхности катододержателя выполнена система каналов, соединенных с системой подачи горючей, плазмообразующей смеси, при этом сопло в конце плазмотрона выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями, одна из средних секций выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу источника электропитания постоянного тока, выполненного высоковольтным, т.е. является охлаждаемым анодом, на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла от секции-анода сопла расположена электромагнитная катушка или кольцо из намагниченного материала, межэлектродная вставка выполнена секционированной из охлаждаемых секций либо тугоплавкого, пористого диэлектрического материала, пропускающего охлаждающий дуговой канал в межэлектродной вставке газ или жидкость, отношение суммы длин дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке и сопле, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки находится в пределах от 4 до 250.

Во всех вариантах в плазменной установке конечная часть сопла плазмотрона может быть выполнена расширяющейся.

Во всех вариантах в плазменной установке катод может быть выполнен многополостным.

Во всех вариантах в плазменной установке внутренняя полостью полого катода может быть выполнена в продольном осевом сечении фигурной.

Выполнение, по всем вариантам, плазменной установки катода плазмотрона полым с конической частью со стороны сопла с осевым каналом в трубке подачи напыляемого материала, с подачей в высокотемпературную приосевую область дугового разряда этим обеспечивают нагрев и разгон напыляемых частиц в приосевой области дугового разряда, напыляемые частицы доводят до полного испарения и уменьшают при необходимости до атомарного, молекулярного состояния и частично ионизированной плазмы, смешанной с плазмой дугового разряда. Это значительно повышает к.п.д. нагрева, уменьшает потери напыляемого материала, увеличивает скорость и температуру частиц.

Система каналов, выполненных на наружной поверхности трубки и/или катододержателе обеспечивает при подаче плазмообразующей горючей смеси, которая при сгорании создает пламенно-плазменный конус, переходящий в дуговой разряд с температурой 20000-50000К, предварительную ионизацию плазмообразующей смеси газов, транспортирование и удержание напыляемого материала в приосевой высокотемпературной области дугового разряда и плазмы.

При катодная часть дугового разряда входит внутрь полого катода образует внутри полого катода диффузную привязку, таким образом, образуется пламенно-плазменный конический факел кольцевого сечения с температурой более 2000-3000К, что обеспечивает устойчивую работу пламенно-плазменного полого катода с диффузной привязкой внутри катодной части дугового разряда без срывов в контрагированную привязку высоковольтного дугового разряда при давлениях выше атмосферного (0,5-1 МПа).

Выполнение канала подачи напыляемого материала в виде осевого отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода, позволяет вводить напыляемый материал в приосевую область полого катода и дугового разряда.

Выполнение системы каналов в плоскостях, проходящих через ось полого катода, на внутренней поверхности катододержателя и/или на наружной поверхности трубки обеспечивает подачу в полый катод горючих плазмообразующих газов, которые образуют пламенно-плазменный конус без вращения его вокруг оси плазмотрона, и транспортирование напыляемого материала в приосевой области дугового разряда.

Выполнение сопла сверхзвуковым позволяет разгонять плазмообразующий газ до сверхзвуковой скорости и разгонять напыляемый материал до необходимой скорости от 600 до 3000 м/с и более при необходимости.

Выполнение сопла секционированным с электрически изолированными секциями, одна из последних или средних секций которого выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу источника электропитания, позволяет увеличить рабочую площадь анода. Это приводит при вращении при анодной части дугового разряда к резкому увеличению ресурса анода и стабильности работы плазмотрона, а значит, стабильности качества и свойств покрытий.

Выполнение источника электропитания плазмотрона высоковольтным позволяет создать дуговой разряд большой протяженности, до 1 м, что позволяет увеличить производительность, к.п.д. нагрева напыляемого материала, скорость частиц и качество покрытий.

Расположение электромагнитной катушки, магнитной системы или кольца из намагниченного материала на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла от секции-анода сопла позволяет вращать прианодную часть дугового разряда, что резко, в десятки раз увеличивает ресурс анода, т.к. последняя секция сверхзвукового сопла имеет значительно больший диаметр, при этом предупреждается двойное дугообразование и повышается стабильность работы плазмотрона, а при медленном вращении практически не сказывается на движение частиц без разброса к периферийным относительно холодным областям.

Расстояние электромагнитной катушки, соленоида или кольца из намагниченного материала, составляющего более внутреннего диаметра последней секции сопла, уменьшает силу, действующую на прианодную часть дуги, и замедляет вращение, что приводит к усилению местной эрозии секции сопла.

Выполнение по всем вариантам плазменной установки межэлектродной вставки секционированной, когда каждая секция может быть выполнена из электрически изолированных охлаждаемых секций либо тугоплавкого, пористого, диэлектрического материала, пропускающего охлаждающий газ или жидкость, позволяет удерживать дуговой разряд вблизи приосевой области дугового канала без двойного дугообразования по всей длине межэлектродной вставки.

То, что отношение длины дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке к диаметру дугового канала межэлектродной вставки, находится в пределах от 4 до 250 (длина дугового разряда может достигать одного метра), позволяет разогревать и распылять любой материал, разгонять до высоких скоростей, увеличить к.п.д. нагрева напыляемого материала. Отношение длины дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки менее 4 не обеспечивает нагрева напыляемого материала, подаваемого в большом количестве, и получение качественного покрытия.

Отношение длины дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки более 250 нецелесообразно, т.к. при этом требуются источники электропитания с очень высоким напряжением. Выполнение одной из средних секций из электропроводного материала по сравнению с подсоединением одной из последних секций сверхзвукового сопла дает вышеуказанные преимущества, но несколько уменьшает ресурс секций анода.

Выполнение установки по всем вариантам с конечной частью сопла плазмотрона расширяющейся, секционированной позволяет также увеличить ресурс секции анода, не достигая сверхзвуковой скорости истечения плазмы и обеспечивая расплавление и напыление любых материалов обеспечивая необходимое качество покрытия.

Выполнение по всем вариантам плазменной установки с многополостным катодом из термоэмиссионного материала позволяет уменьшить температуру катода за счет увеличения термоэмиссионной площади катода и увеличить ресурс катода.

Выполнение плазменной установки по всем вариантам с фигурной внутренней полостью полого катода в продольном осевом сечении позволяет реализовать более плавное, без завихрений течение пламенно-плазменного факела внутри полого катода и предотвратить разброс напыляемого материала из приосевой высокотемпературной области дуги в периферийные более холодные.

На фиг.1 показан общий вид плазменной установки для напыления покрытий по всем вариантам.

На фиг.2 показан общий вид плазмотрона для напыления покрытий по всем вариантам плазменной установки, в разрезе.

На фиг.3 показана часть плазмотрона для напыления покрытий по первому варианту плазменной установки, в разрезе.

На фиг.4 показана часть плазмотрона для напыления покрытий по первому варианту плазменной установки, в разрезе.

На фиг.5 показана часть плазмотрона для напыления покрытий по второму варианту плазменной установки, в разрезе.

На фиг.6 показана часть плазмотрона для напыления покрытий по второму варианту плазменной установки, в разрезе.

На фиг.7 показана часть плазмотрона для напыления покрытий по третьему варианту плазменной установки, в разрезе.

На фиг.8 показана часть плазмотрона для напыления покрытий по третьему варианту плазменной установки, в разрезе.

На фиг.9 показана часть плазмотрона для напыления покрытий по четвертому варианту плазменной установки, в разрезе.

На фиг.10 показана часть плазмотрона для напыления покрытий по четвертому варианту плазменной установки, в разрезе.

На фиг.11 показана часть плазмотрона для напыления покрытий по пятому варианту плазменной установки, в разрезе.

На фиг.12 показана часть плазмотрона для напыления покрытий по пятому варианту плазменной установки, в разрезе.

На фиг.13 показана часть плазмотрона для напыления покрытий по шестому варианту плазменной установки, в разрезе.

На фиг.14 показана часть плазмотрона для напыления покрытий по шестому варианту плазменной установки, в разрезе.

На фиг.15 показана конечная часть сопла плазмотрона, выполненная расширяющейся, в разрезе для всех вариантов плазменной установки.

На фиг.16 показан многополостной катод, в разрезе для всех вариантов плазменной установки.

На фиг.17 показан полый катод, выполненный в продольном сечении фигурным, в разрезе для всех вариантов плазменной установки.

На фиг.18 приведен алгоритм работы системы управления и контроля.

На фиг.1 показана плазменная установка для напыления покрытий (общий вид), содержащая плазмотрон 1, систему подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда 2, высоковольтный источник электропитания постоянного тока 3, систему охлаждения плазменной установки 4, систему подачи плазмообразующего газа 5, например, воздуха или другого, плазмообразующего защитного газа, систему подачи плазмообразующей горючей смеси 6. Установка также содержит систему управления и контроля установки 7, соединенную с плазмотроном 1, с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд 2, с высоковольтным источником электропитания постоянного тока 3, с системой охлаждения плазменной установки 4, с системой подачи плазмообразующих газов 5, например воздуха, система подачи плазмообразующего газов может содержать компрессор с ресивером при использовании воздуха или баллон с системой подачи плазмообразующей газовой смеси 6.

На фиг.2 показан общий вид конструкции плазмотрона по всем вариантам плазменной установки.

Плазмотрон (см. фиг.1 поз.1) содержит осевой канал 8 подачи напыляемого материала (в виде порошка, проволоки, стержня) в приосевую область дугового разряда, катод 9 плазмотрона 1, и выполнен из термоэмиссионного материала (например, из циркония или гафния и их сплавов) закреплен в катододержателе 10, сопло 11, анод 12 и межэлектродную вставку 13, катод 9 выполнен полым с конической частью 14 с углом раскрытия внутреннего конуса от 20 до 90° со стороны сопла 11 плазмотрона 1. Плазмотрон 1 содержит осевой канал 8 подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда, выполнен в виде осевого отверстия в трубке 15, расположенной внутри полого катода 9, в плоскостях проходящих через ось 16 полого катода 9 на наружной поверхности трубки 15 и внутренней поверхности катододержателя 10 расположена система каналов 17 и 18, в количестве, например, шести и соединенных с системой подачи горючей плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.6), при этом сопло 11 в конце плазмотрона 1 выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями 12 и 19.

Последняя секция 12 выполнена из электропроводящего материала (меди, циркония, гафния, других материалов или их сплавов) с токоподводом 20 и подсоединена к плюсу источника высоковольтного электропитания постоянного тока (см. фиг.1 поз.3), т.е. является секцией-анодом 12 сопла 11, на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции-анода 12 сопла 11 от секции-анода 12 сопла 11 расположена, например, электромагнитная катушка 21 (соленоид, кольцо из намагниченного материала, магнитная система), соединенная с высоковольтным источником электропитания постоянного тока (см.фиг. поз.3).

Межэлектродная вставка 13 выполнена секционированной из охлаждаемых секций 22, 23, отношение суммы длин дугового канала секций 22 и 23, расположенного в межэлектродной вставке 13 и сопле 11 к диаметру дугового канала 24 и 25 межэлектродной вставки 13 находится в пределах от 4 до 250 с увеличением длины дуги количество секций межэлектродной вставки увеличивается.

Система подачи горючей плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.6) соединена через канал в трубке 26 с полостью 27 катододержателя, которая соединена с системой каналов 17, выполненной на наружной поверхности трубки 15, и системой каналов 18 на внутренней поверхности катододержателя 10, например в количестве от 4 до 8, и с полым катодом 9.

Катододержатель 10 закреплен в металлическом катодном корпусе 28, плюс высоковольтного источника электропитания постоянного тока (см. фиг.1 поз.3) подсоединен к последней секции-аноду 12 посредством трубки токоподвода 20, соединенной с системой охлаждения плазменной установки (дистиллированной воды, см. фиг.1 поз.4), минус высоковольтного источника электропитания (см. фиг.1 поз.3) подсоединен к отверстию 29 в катодном корпусе 28.

Между катодным корпусом 28, выполненным из металла, и металлической секцией 22 межэлектродной вставки 13 расположена диэлектрическая вставка 30 с каналом 31, соединенная с системой подачи плазмообразующего газа (см. фиг.1 поз.5): воздуха, азота, аргона, гелия, и их смесей горючих газов и распределительное кольцо 32 с радиальными каналами 33 в количестве от 4 до 8.

Между металлическими секциями межэлектродной вставки 22 и 23 установлено кольцо 34 из диэлектрического материала, например фторопласта или капролона, и кольцо 35 между металлической секцией 22 и корпусом сопла 36, в котором установлена охлаждаемая секция 19 сопла 11, выполненная из металла или пористого тугоплавкого диэлектрика, пропускающего газ или воду (на фиг.2 не показано).

Между первой секцией 19 сопла 11 и последней секцией - анодом 12 установлено диэлектрическое уплотнительное кольцо 37.

Полости в катодном корпусе 28 и катододержатель 10 с полым катодом 9, секции 22, 23 межэлектродной вставки 13, секции 19, секцией - анодом 12, сопла 11 соединены трубками 38, 39, 40 из диэлектрического материала фторопласта.

На фиг. 3 и 4 показаны части плазмотрона 41 по первому варианту плазменной установки, содержащей осевой канал 42 подачи напыляемого материала в дуговой разряд, катод 43 плазмотрона 41 выполнен из термоэмиссионного материала (циркония, гафния его сплавов и других материалов) и закреплен в катододержателе 44, который закреплен в катодном корпусе 45, сопло 46, анод 47 (см. фиг.4) и межэлектродную вставку 48.

Катод 43 выполнен полым, с конической частью 49 с внутренним углом раскрытия от 20 до 90° со стороны сопла 46 плазмотрона 41, имеет осевой канал подачи 42 напыляемого материала в приосевую высокотемпературную область дугового разряда (в виде порошка, проволоки или стержней) выполнен в виде осевого отверстия 42 в трубке 50, расположенной внутри полого катода 43 на расстоянии порядка внутреннего диаметра трубчатой части полого катода, и соединен с системой подачи напыляемого материала (см. фиг.1, поз.2).

В плоскостях, проходящих через ось 51 полого катода 43, на наружной поверхности трубки 50 выполнена система каналов 52 и внутренней поверхности катододержателя 44 выполнена система каналов 53 (в количестве, например, от 4 до 8), соединенных с системой подачи горючей плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.5), например кислорода, воздуха и водорода, природного газа, ацетилена, пропан-бутана или жидкого горючего вещества (спирт, бензин и другие), при этом сопло 46 в конце плазмотрона 41 выполнено сверхзвуковым, водоохлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями 54 и 47.

Последняя секция-анод 47 сопла 46 выполнена из электропроводящего материала меди типа M1 и подсоединена к плюсу источника электропитания постоянного тока, выполненного высоковольтным 3 (см. фиг.1) с помощью трубки 55, т.е. является охлаждаемой секцией-анодом 47 сопла 46.

На расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции-анода 47 сопла 46 от секции 47 сопла-анода расположено кольцо из намагниченного материала 56. Межэлектродная вставка 48 выполнена секционированной из электрически изолированных металлических охлаждаемых секций 57 и 58.

Отношение суммы длин дугового канала 59, 60 секций, расположенных в межэлектродной вставке 48 и сопле 46, к диаметру дугового канала 59 межэлектродной вставки 48 находится в пределах от 4 до 250 (длина дуги может достигать 1м).

Между катодным корпусом 45 и первой металлической охлаждаемой секцией 57 межэлектродной вставки 48 расположена диэлектрическая вставка 61 с каналом 62 и распределителем газа 63 с системой каналов 33, соединенных с системой подачи плазмообразующего газа, воздуха, азота, аргона и горючих газов, водород, ацетилен и другие (см. фиг.1 поз.6).

Система подачи горючей плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.6) соединена с помощью канала в трубке 64 с полостью 65. Между металлическими секциями 57, 58 межэлектродной вставки 48 установлено диэлектрическое кольцо 66. Между секцией 58 и корпусом сопла 67 установлена диэлектрическая вставка 68 и кольцо 69 из диэлектрического тугоплавкого материала с радиальными отверстиями (см. фиг.3 и 4), соединенная с системой подачи плазмообразующего и охлаждающего газа (газов).

Плазмотрон 41 содержит каналы для охлаждения катододержателя 44 с катодом 43, в корпусе плазмотрона 41 в межэлектродной вставке 48, в сопле 46 и установлены диэлектрические трубки из фторопласта 70, 71, 72, 73 (см фиг.3, 4) для соединения водоохлаждаемых элементов плазмотрона катододержателя 44 с катодом 43, сопла 46 и межэлектродной вставки 48. Между секциями 54, 47 сопла 46 расположено кольцо 74 из диэлектрического материала фторопласта и защитное кольцо 75 из тугоплавкого материала (кардиерита).

Кроме того, имеется уплотнение 76, 77, например из фторопласта, и уплотнение 78, 79 из фторопласта, резины между полым катодом 43 и катодным корпусом 45. Каналы подвода 80 и отвода в трубке 55 воды соединены с системой охлаждения плазменной установки (см. фиг.1 поз.4).

На фиг.5, 6 показаны части плазмотрона 81 по второму варианту, плазменной установки для напыления покрытий, содержащей осевой канал 82 подачи напыляемого материала (порошка, проволоки, стержня) в дуговой разряд.

Катод 83 плазмотрона 81 выполнен из термоэмиссионного материала, например циркония, гафния и его сплавов (внутренняя поверхность может быть покрыта термоэмиссионным покрытием), закреплен в катододержателе 84, который закреплен в катодном корпусе 85. Плазмотрон 81 содержит сопло 86, анод 87 и межэлектродную вставку 88.

Катод 83 плазмотрона 81 выполнен полым с конической частью 89 со стороны сопла 86 с углом раскрытия внутреннего конуса от 20 до 90° плазмотрона 81, с осевым каналом подачи 82 напыляемого материала в просевую область дугового разряда и выполнен в виде осевого отверстия 82 в трубке 90, расположенного внутри полого катода 83 и закрепленного в катододержателе 84, в плоскостях, проходящих через ось 91 полого катода 83, на наружной поверхности трубки 90 выполнена система каналов 92, 93 (в количестве от 3 до 8), соединенных с системой подачи горючей плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.6).

Сопло 86 в конце плазмотрона 81 выполнено сверхзвуковым, водоохлаждаемым, секционированным, с электрически изолированными секциями 94 и 87. Последняя секция 87 сопла 86 выполнена из электропроводящего материала, например из меди, и подсоединена к плюсу высоковольтного источника электропитания постоянного тока (см. фиг.1 поз.3) посредством токоподвода 95, т.е. является охлаждаемой секцией-анодом 87.

На расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции-анода 87 от секции-анода 87 расположено, например, кольцо 96 из намагниченного материала или магнитная система.

Межэлектродная вставка 88 выполнена, например, из тугоплавкого пористого материала, пропускающего охлаждающий дуговой канал 97 в межэлектродной вставке 88 газ или воду. В корпусе межэлектродной вставки 98 выполнен канал подвода 99 газа или воды. Отношение суммы длин дугового канала 97, расположенного в межэлектродной вставке 88 и сопле 86, к диаметру дугового канала 97 в межэлектродной вставке 88 находится в пределах от 4 до 250.

Катододержатель 84 с полым катодом 83 соединен через каналы 100, 101 с системой охлаждения плазменной установки (см фиг.1 поз.4), канал 100 является токоподводом, соединен с высоковольтным источником электропитания постоянного тока (см. фиг.1 поз.3).

Между пористой диэлектрической вставкой 88 и катодным корпусом 85 установлена диэлектрическая вставка 102 с каналом 103 и кольцом 104 с радиальными каналами 105, 106 в количестве от 4 до 8 из диэлектрического тугоплавкого материала, например, кардиерита. В катододержателе 84 выполнена кольцевая полость 107, соединяющая систему каналов 92, 93 с системой подачи горючей плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.6) посредством канала в трубке 108.

Между катодным корпусом 85 и катододержателем 84 установлены уплотнения 109, 110, например, из фторопласта.

Между межэлектродной вставкой 88 и корпусом сопла 111 может быть установлено диэлектрическое уплотнительное кольцо 112 из фторопласта или капролона.

Первая секция 94 секционированного сопла 86 имеет резиновые уплотнения 113 и 114 и соединена с последней секцией анодом 87 диэлектрической трубкой 115 из фторопласта, между секцией-анодом 87, секцией 94 сопла 86 установлено диэлектрическое уплотнительное кольцо 116 и диэлектрическое защитное кольцо 117.

Сопло 86 имеет трубку подвода 95, которая является токоподводом жидкости, воды, и трубку отвода 118. Секции 87 и 94 сопла 86 соединены с осциллятором.

На фиг.7, 8 показаны части плазмотрона по третьему варианту плазменной установки. Плазмотрон 119 содержит осевой канал 82 в трубке 120 подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда, катод 83, выполненный из термоэмиссионного материала, и закреплен в катододержателе 121, который закреплен в катодном корпусе 85, сопло 86 и межэлектродную вставку 88.

Катод 83 плазмотрона 119 выполнен полым с внутренней конической частью 89, углом раскрытия конуса от 20 до 90° со стороны сопла 86 плазмотрона 119. В плоскостях, проходящих через ось 91 полого катода 83, на внутренней поверхности катододержателя 121 выполнена система каналов 122, 123 в количестве от 3 до 8, соединенных с системой подачи горючей плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.6).

Сопло 86 в конце плазмотрона 119 выполнено сверхзвуковым, секционированным, с электрически изолированным секциями 94, 87, последняя секция 87 выполнена из электропроводного материала, меди M1, и подсоединена к плюсу высоковольтного источника электропитания постоянного тока (см. фиг.1 поз.3) посредством токоподвода 95, т.е. является охлаждаемой секцией - анодом 87. В плоскости секции - анода 87 расположено, например, кольцо из магнитного материала 96, электромагнитная катушка или магнитная система.

Межэлектродная вставка 88 выполнена, например, из тугоплавкого материала, пропускающего охлаждающий газ или дистиллированную воду в дуговой канал 97 межэлектродной вставки 88. В корпусе 98 межэлектродной вставки выполнен канал 99 для подвода воды или газа (газов).

Отношение суммы длин дугового канала 97 в межэлектродной вставке 88 и сопле 86 к диаметру дугового канала находится в пределах от 4 до 250.

Катододержатель 121 соединен посредством каналов 100, 101 с системой охлаждения плазменной установки (см. фиг.1 поз.4). Канал 100 является токоподводом и соединен с минусом источника высоковольтного электропитания постоянного тока (см. фиг.1 поз.3).

Между межэлектродной вставкой 88 и катодным корпусом 85 установлена диэлектрическая вставка 102 с каналом 103 и кольцом 104 из диэлектрического, тугоплавкого материала с радиальными каналами 105, 106 в количестве от 4 до 8.

В катододержателе 121 выполнена кольцевая полость 124, соединяющая между собой посредством системы каналов 122, 123 периферийную область полого катода с системой подачи напыляемого материала (см. фиг.1 поз.2) посредством трубки 108.

Между катодным корпусом 85 и катододержателем 121 установлены уплотнения 109, 110.

Между межэлектродной вставки 88 и корпусом сопла 111 установлено кольцо 112 из фторопласта или капролона.

Первая секция 94 секционированного сопла 86 имеет резиновые уплотнения 113, 114 и соединена с последней секцией - анодом 87 посредством трубки 115 из фторопласта, между ними установлены диэлектрическое уплотнительное кольцо 116 и защитное кольцо 117. Сопло 86 плазмотрона 119 имеет трубки подвода 95 и отвода 118 охлаждающей воды, соединенные с осциллятором.

На фиг.9, 10 показаны части плазмотрона 125 по четвертому варианту плазменной установки. Плазмотрон 125 содержит осевой канал 42 подачи напыляемого материала в дуговой разряд. Катод 43 плазмотрона 125 выполнен из термоэмиссионного материала (циркония, гафния и др. материалов) и закреплен в катододержателе 44, который установлен в катодном корпусе 45. Плазмотрон 125 содержит сопло 126 анод 127 и секционированную межэлектродную вставку 128. Катод 43 плазмотрона 125 выполнен полым с конической частью 49 с внутренним углом раскрытия от 20 до 90° со стороны сопла 126 плазмотрона 125.

Осевой канал 42 подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда в виде осевого отверстия 42 подачи напыляемого материала в трубке 50 расположен частично внутри полого катода 43 и соосно ему и соединен с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд (см. фиг.1 поз.2) в виде порошка, проволоки, стержня.

В плоскостях, проходящих через ось симметрии полого катода 51, на наружной поверхности трубки 50 выполнена система каналов 52 и на внутренней поверхности катододержателя 44 - система каналов 53 в количестве от 4 до 8, соединенных с системой подачи горючей плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.6), например, кислорода (воздуха) с водородом, природным газом, ацетиленом, пропан-бутаном или с жидким горючим веществом (спиртом, бензином и др.). При этом сопло 126 в конце плазмотрона 125 выполнено сверхзвуковым, водоохлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями: средней секцией - анодом 127, первой секцией 129, последней секцией 130 сопла 126.

Средняя секция - анод 127 соединена с плюсом высоковольтного источника электропитания постоянного тока посредством медной трубки 55 (см. фиг.1 поз.3) и выполнена из электропроводящего материала - меди, т.е. является охлаждаемой секцией - анодом 127 сопла 126.

На расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции 130 от средней секции - анода 127 сопла 126 расположено кольцо 131 из намагниченного материала или магнитная система

Межэлектродная вставка 128 выполнена секционированной, из электрически изолированных металлических охлаждаемых секций 57, 58, 132, секций с дуговыми каналами 59, 60, 133.

Отношение суммы длин дугового канала в межэлектродной вставке 128 сопле 126 к диаметру дугового канала 59 межэлектродной вставки 128 находится в пределах от 4 до 250 (длина межэлектродного промежутка достигает до 1 метра).

Между катодным корпусом 45 и первой металлической водоохлаждаемой секцией 57 расположена диэлектрическая вставка 61 с каналом 62 и распределителем газа 63 и системой радиальных отверстий 33 в количестве от 4 до 8. Канал 62 соединен с системой подачи охлаждающей и плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.6).

Система подачи горючей плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.6) соединена с помощью канала в трубке 64 с полостью 65.

Между металлическими секциями 57, 58, 132 межэлектродной вставки 128 установлены диэлектрические уплотнительные кольца 66, 67 из фторопласта или капролона.

Между металлической секцией 132 и сопловым корпусом 134 сопла 126 установлено диэлектрическое уплотнительное кольцо 135 с каналом 136, соединенным с системой подачи плазмообразующего газа (см.фиг.1 поз.5) или дистиллированной воды, и кольцо 137 с радиальными 138 каналами в количестве от 4 до 8.

Между металлическими первой секцией 129, средней секцией - анодом 127, последней секцией 130 установлены диэлектрические уплотнительные кольца из фторопласта 139, 140 и защитные кольца 141, 142 из тугоплавкого диэлектрика.

Между сопловым корпусом 134 и первой секцией 129 сопла 126 установлены уплотнительные кольца 143, 144. Между водяными каналами в плазмотроне 125 установлены диэлектрические трубки 70, 71, 145, 146, 147, 148, 149.

Секция 129 и секция - анод 127 соединены с осциллятором, входящим в комплект высоковольтного источника питания постоянного тока (см. фиг.1 поз.3).

На фиг.11 и 12 показаны части плазмотрона 150 по пятому варианту плазменной установки. Плазмотрон 150 содержит осевой канал 42 подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда. Катод 43 плазмотрона 150 выполнен из термоэмиссионного материала циркония или гафния и их сплавов и закреплен в катододержателе 44. Катод 43 закреплен в катодном корпусе 45.

Плазмотрон 150 содержит сопло 126 анод 127 и секционированную межэлектродную вставку 128. Катод 43 плазмотрона 150 выполнен полым с конической частью 49 со стороны сопла 126 с внутренним углом раскрытия от 20 до 90°. Осевой канал 42 подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда выполнен в виде осевого отверстия 42 в трубке 50. Трубка 50 расположена внутри полого катода 43 на расстоянии порядка внутреннего диаметра цилиндрической части полого катода 43 и соосно полому катоду 43. Осевой канал 42 соединен с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд (см. фиг.1 поз.2) в виде порошка проволоки или стержня.

В плоскостях, проходящих через ось симметрии 51 полого катода 43, на наружной поверхности трубки 50 выполнена система каналов 52 в количестве от 4 до 8, соединенных с системой подачи горючей плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.6), например кислорода (воздуха) с водородом, природным газом, ацетиленом, пропан-бутаном или жидким горючим веществом, спиртом, бензином и другими.

При этом сопло 126 в конце плазмотрона 150 выполнено сверхзвуковым водоохлаждаемым, секционированным с электрически изолированными первой секцией 129 средней секцией - анодом 127 и последней секцией 130.

Средняя секция - анод 127 соединена с плюсом высоковольтного источника электропитания постоянного тока (см. фиг.1 поз.3) посредством трубки 55 и выполнена из токопроводящего материала меди, т.е. является охлаждаемым секцией - анодом 127 сопла 126. Межэлектродная вставка 128 выполнена секционированной из электрически изолированных металлических секций 57, 58, 132 с дуговыми каналами 59, 60, 133.

Отношение длины дугового канала в межэлектродной вставке 128 и сопла 126 к диаметру дугового канала 59 межэлектродной вставки 128 находится в пределах от 4 до 250 (длина дугового разряда может достигать до 1 метра).

Между катодным корпусом 45 и первой металлической водоохлаждаемой секцией 57 межэлектродной вставки 128 расположена диэлектрическая вставка 61 из капролона с каналом 62 и распределителем 63 плазмообразующего и охлаждающего газа с радиальными каналами 33 в количестве от 4 до 8. Канал 62 соединен с системой подачи плазмообразующего газа (см. фиг.1 поз.5), например воздуха.

Система подачи горючей плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.6) соединена с помощью канала в трубке 64 с полостью 65.

Между металлическими секциями 57, 58, 132 межэлектродной вставки 128 установлены уплотнительные диэлектрические кольца 66, 67 из капролона.

Между металлической секцией 132 и сопловым корпусом 134 сопла 126 установлено диэлектрическое уплотнительное кольцо 135 с каналом 136, соединенным с системой подачи плазмообразующих газов (воздух, азот, водород, горючие газы см. фиг.1 поз 5) и распределительное кольцо 137 с радиальными 138 в количестве от 4 до 8.

Между охлаждаемыми средней секцией - анодом 127, первой секцией 129 и последней секцией 130 сопла 126 установлены диэлектрические уплотнительные кольца 139, 140 из фторопласта или капролона и теплозащитные кольца 141, 142.

Между водяными каналами в деталях плазмотрона 150 установлены диэлектрические трубки 70, 71, 145, 146, 147, 148, 149.

На фиг.13 и 14 показаны части плазмотрона 151 по шестому варианту плазменной установки. Плазмотрон 151 содержит осевой канал 82 подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда. Катод 83 плазмотрона 151 выполнен из термоэмиссионного материала циркония или гафния и их сплавов и закреплен в катододержателе 121. Катод 83 закреплен в катодном корпусе 45.

Плазмотрон 151 содержит сопло 126 анод 127 и секционированную межэлектродную вставку 128. Катод 83 плазмотрона 151 выполнен полым с конической частью 89 со стороны сопла 126 с внутренним углом раскрытия от 20 до 90°. Осевой канал 82 подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда выполнен в виде осевого отверстия 82 в трубке 120. Трубка 120 расположена внутри полого катода 83 на расстоянии порядка внутреннего диаметра цилиндрической части полого катода 83 и соосно полому катоду 83. Осевой канал 82 соединен с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд (см. фиг.1 поз.2) в виде порошка проволоки или стержня.

В плоскостях, проходящих через ось симметрии 91 полого катода 83, на внутренней поверхности катододержателя 121 выполнена система каналов 123, 124 в количестве от 4 до 8, соединенных с системой подачи горючей плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.6), например кислорода (воздуха) с водородом, природным газом, ацетиленом, пропан-бутаном или жидким горючим веществом, спиртом, бензином и другими.

При этом сопло 126 в конце плазмотрона 151 выполнено сверхзвуковым водоохлаждаемым, секционированным с электрически изолированными первой секцией 129, средней секцией - анодом 127 и последней секцией 130.

Средняя секция - анод 127 соединена с плюсом высоковольтного источника электропитания постоянного тока (см. фиг.1 поз.3) посредством трубки 55 и выполнена из токопроводящего материала меди, т.е. является охлаждаемым секцией - анодом 127 сопла 126.

Межэлектродная вставка 128 выполнена секционированной из электрически изолированных металлических секций 57, 58, 132 с дуговыми каналами 59, 60, 133.

Отношение длины дугового канала в межэлектродной вставке 128 и сопле 126 к диаметру дугового канала 59 межэлектродной вставке 128 находится в пределах от 4 до 250 (длина дугового разряда может достигать до 1 метра).

Между катодным корпусом 45 и первой металлической водоохлаждаемой секцией 57 межэлектродной вставки 128 расположена диэлектрическая вставка 61 из капролона с каналом 62, распределитель 63 плазмообразующего и охлаждающего газа с радиальными каналами 33 в количестве от 4 до 8. Канал 62 соединен с системой подачи плазмообразующего газа (см. фиг.1 поз.5), например воздуха.

Система подачи горючей плазмообразующей смеси (см. фиг.1 поз.6) соединена с помощью канала в трубке 108 с полостью 122.

Между металлическими секциями 57, 58, 132 межэлектродной вставки 128 установлены уплотнительные диэлектрические кольца 66, 67 из капролона.

Между металлической секцией 132 и сопловым корпусом 134 сопла 126 установлено диэлектрическое уплотнительное кольцо 135 с каналом 136, соединенным с системой подачи плазмообразующих газов (воздух, азот, водород, горючие газы см. фиг.1 поз.5) и распределительное кольцо 137 с радиальными каналами 138 в количестве от 4 до 8.

Между охлаждаемыми средней секцией - анодом 127, первой секцией 129 и последней секцией 130 сопла 126 установлены диэлектрические уплотнительные кольца 139, 140 из фторопласта или капролона и теплозащитные кольца 141, 142.

Между водяными каналами в деталях плазмотрона 151 установлены диэлектрические трубки 70, 71, 145, 146, 147, 148, 149.

Конечная часть сопла 152 плазмотрона 1 (см. фиг.1) по всем вариантам плазменной установки может быть выполнена (см. фиг.15) расширяющейся.

Конечная часть сопла 152 плазмотрона 1 содержит медные: первую охлаждаемую секцию 153 и последнюю секцию - анод 154. Сопловой корпус 155 из нержавеющей стали.

Первая секция 153 выполнена с резко расширяющимся каналом 156.

Внутренний рабочий диаметр секции - анода 154 может быть выполнен, например, в 5-20 раз больше, чем диаметр дугового канала в межэлектродной вставке. Конечная часть сопла содержит магнитную систему 157, диэлектрическую вставку 158 и защитное кольцо 159. Секция - анод 154 содержит токоподвод 160, выполненный в виде медной трубки. Катод 161 плазмотрона для всех вариантов плазменной установки (см. фиг.16) может быть выполнен многополосным и содержит цилиндрическую часть 162 и коническую часть 163, систему полосных каналов 164, 165, оси которых лежат в плоскости оси 167 многополосного катода.

Полый катод 168 для всех вариантов плазменной установки (см. фиг.17) содержит трубчатую часть 169 и фигурную часть 170.

Рассмотрим работу плазменной установки для напыления покрытий с первого по шестой его вариант (см. с фиг.1 по фиг.17).

Включают систему управления и контроля 7, с помощью которой автоматически включают систему охлаждения плазменной установки 4, систему подачи горючей плазмообразующей смеси 6, высоковольтный источник электропитания постоянного тока 3, систему подачи плазмообразующих газов 5, далее включают подачу охлаждающей жидкости в плазмотрон 1 и другие элементы плазменной установки от системы охлаждения плазменной установки (см. фиг.1 поз.4), подают плазмообразующую горючую смесь в плазмотрон 1, искровым пробоем между электрическими изолированными секциями 12 и 19 с помощью осциллятора, приводят к возгоранию горючей плазмообразующей смеси и частичной ее ионизации.

Подключают плазмотрон 1 к высоковольтному источнику электропитания постоянного тока 3 с помощью сигнала системы управления и контроля (см. фиг.1 поз.3), возбуждают дуговой разряд между полым катодом 9 плазмотрона 1 и секцией - анодом 12 сопла 11. В периферийную область полости полого катода 9 подают горючую, плазмообразующую смесь под давлением от 0.5 до 1 МПа через систему каналов 17 и 18 в количестве, например, шести, выполненных на наружной поверхности трубки 15 подачи напыляемого материала и внутренней поверхности катододержателя 10, расположенных в плоскостях, лежащих на оси 16 трубки 15, при этом создают конусообразный пламенно-плазменный факел, сходящийся в дуговой разряд, который вводят во внутреннюю полость полого катода 9, чем создают его диффузионную привязку внутри катодной части дуги, напыляемый материал транспортируют через осевой канал 8 трубки 15 в приосевую область полого катода 9, внутрь конусообразного пламенно-плазменного факела и в приосевую область дугового разряда, в котором создают температуру до 20000 - 50000К, фиксированную протяженность дугового разряда от 0,05 до 1 м и силу тока дугового разряда от 150 до 1000 А. Напыляемый материал транспортируют внутри дугового разряда в межэлектродной секционированной вставке 13, подают смесь плазмообразующего и охлаждающего газов или жидкость в периферийные области дугового канала межэлектродной вставки через канал 31 диэлектрической вставке 30 и далее через распределительное кольцо 32 с системой радиальных каналов 33 от системы подачи плазмообразующего газа, например воздуха (см. фиг.1 поз.5), напыляемые частицы нагревают до температуры выше температуры плавления, разгоняют, подают в количестве, обеспечивающем охлаждение высокотемпературной области дугового разряда до температуры 5000-6000К, напыляемые частицы разгоняют в сверхзвуковом сопле 11 и за соплом до скорости 1-3 км/с, прианодную часть дугового разряда вращают по площади последней секции-анода 12 сопла с угловой скоростью не менее 6,0 об/мин, при этом напыляемые частицы при встрече с напыляемой поверхностью образуют плазменное покрытие.

Остальные варианты плазменной установки работают таким же образом.

Изобретение относится к плазменной технике напыления покрытий различного назначения. Катод плазменной установки выполнен полым с конической частью со стороны сопла плазмотрона. Канал подачи напыляемого материала выполнен в виде осевого отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода. В плоскостях, проходящих через ось полого катода, на наружной поверхности трубки и внутренней поверхности катододержателя выполнена система каналов, соединенных с системой подачи горючей, плазмообразующей смеси. Сопло в конце плазмотрона выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями. Одна из секций выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу высоковольтного источника постоянного тока. На расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла от секции-анода сопла расположена электромагнитная катушка. Межэлектродная вставка (МЭВ) выполнена секционированной из охлаждаемых секций. Отношение суммы длин дугового канала, расположенного в МЭВ и сопле к диаметру дугового канала МЭВ находится в пределах от 4 до 250. Изобретение направлено на повышение качества покрытий, повышение скорости и температуры напыляемых частиц, увеличение адгезии и прочности покрытий, увеличение КПД нагрева напыляемых частиц, повышение производительности, на уменьшение расходов и себестоимости покрытий. 6 н. и 18 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Плазменная установка для напыления покрытий, содержащая плазмотрон, систему подачи напыляемого материала в дуговой разряд, источник электропитания постоянного тока, систему охлаждения плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, систему управления и контроля, соединенную с плазмотроном, с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд, с источником электропитания постоянного тока, с системой охлаждения плазменной установки, с системой подачи плазмообразующих газов, при этом плазмотрон содержит осевой канал подачи напыляемого материала в дуговой разряд, катод плазмотрона выполнен из термоэмиссионного материала, закреплен в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло, анод и межэлектродную вставку, отличающаяся тем, что катод плазмотрона выполнен полым с конической частью со стороны сопла плазмотрона, канал подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда выполнен в виде осевого отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода, в плоскостях, проходящих через ось полого катода, на наружной поверхности трубки и внутренней поверхности катододержателя выполнена система каналов, соединенных с системой подачи горючей, плазмообразующей смеси, при этом сопло в конце плазмотрона выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями, одна из последних секций выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу источника электропитания постоянного тока, выполненного высоковольтным, т.е. является охлаждаемым анодом, на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла, от секции-анода сопла расположена электромагнитная катушка или кольцо из намагниченного материала, межэлектродная вставка выполнена секционированной из охлаждаемых секций, либо тугоплавкого, пористого диэлектрического материала, пропускающего охлаждающий дуговой канал в межэлектродной вставке газ или жидкость, отношение суммы длин дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке и сопле, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки находится в пределах от 4 до 250.2. Плазменная установка по п.1, отличающаяся тем, что конечная часть сопла плазмотрона выполнена расширяющейся.3. Плазменная установка по п.1, отличающаяся тем, что катод выполнен многополостным.4. Плазменная установка по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя полость полого катода в продольном осевом сечении выполнена фигурной.5. Плазменная установка для напыления покрытий, содержащая плазмотрон, систему подачи напыляемого материала в дуговой разряд, источник электропитания постоянного тока, систему охлаждения плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, систему управления и контроля, соединенную с плазмотроном, с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд, с источником электропитания постоянного тока, с системой охлаждения плазменной установки, с системой подачи плазмообразующих газов, при этом плазмотрон содержит осевой канал подачи напыляемого материала в дуговой разряд, катод плазмотрона выполнен из термоэмиссионного материала, закреплен в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло, анод и межэлектродную вставку, отличающаяся тем, что катод плазмотрона выполнен полым с конической частью со стороны сопла плазмотрона, канал подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда выполнен в виде осевого отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода, в плоскостях, проходящих через ось полого катода, на наружной поверхности трубки выполнена система каналов, соединенных с системой подачи горючей, плазмообразующей смеси, при этом сопло в конце плазмотрона выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями, одна из последних секций выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу источника электропитания постоянного тока, который выполнен высоковольтным, т.е. является охлаждаемым анодом, на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла от секции-анода сопла расположена электромагнитная катушка или кольцо из намагниченного материала, межэлектродная вставка выполнена секционированной из охлаждаемых секций, либо тугоплавкого, пористого диэлектрического материала, пропускающего охлаждающий дуговой канал в межэлектродной вставке газ или жидкость, отношение суммы длин дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке и сопле, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки находится в пределах от 4 до 250.6. Плазменная установка по п.5, отличающаяся тем, что конечная часть сопла плазмотрона выполнена расширяющейся.7. Плазменная установка по п.5, отличающаяся тем, что катод выполнен многополостным.8. Плазменная установка по п.5, отличающаяся тем, что внутренняя полость полого катода в продольном осевом сечении выполнена фигурной.9. Плазменная установка для напыления покрытий, содержащая плазмотрон, систему подачи напыляемого материала в дуговой разряд, источник электропитания постоянного тока, систему охлаждения плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, систему управления и контроля, соединенную с плазмотроном, с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд, с источником электропитания постоянного тока, с системой охлаждения плазменной установки, с системой подачи плазмообразующих газов, при этом плазмотрон содержит осевой канал подачи напыляемого материала в дуговой разряд, катод плазмотрона выполнен из термоэмиссионного материала, закреплен в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло, анод и межэлектродную вставку, отличающаяся тем, что катод плазмотрона выполнен полым с конической частью со стороны сопла плазмотрона, канал подачи напыляемого в приосевую область дугового разряда материала в дуговой разряд выполнен в виде осевого отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода, в плоскостях, проходящих через ось полого катода, на внутренней поверхности катододержателя выполнена система каналов, соединенных с системой подачи горючей, плазмообразующей смеси, при этом сопло в конце плазмотрона выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями, одна из последних секций выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу источника электропитания постоянного тока, выполненного высоковольтным, т.е. является охлаждаемым анодом, на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла от секции-анода сопла расположена электромагнитная катушка или кольцо из намагниченного материала, межэлектродная вставка выполнена секционированной из охлаждаемых секций, либо тугоплавкого, пористого диэлектрического материала, пропускающего охлаждающий дуговой канал в межэлектродной вставке газ или жидкость, отношение суммы длин дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке и сопле, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки находится в пределах от 4 до 250.10. Плазменная установка по п.9, отличающаяся тем, что конечная часть сопла плазмотрона выполнена расширяющейся.11. Плазменная установка по п.9, отличающаяся тем, что катод выполнен многополостным.12. Плазменная установка по п.9, отличающаяся тем, что внутренняя полость полого катода в продольном осевом сечении выполнена фигурной.13. Плазменная установка для напыления покрытий, содержащая, плазмотрон, систему подачи напыляемого материала в дуговой разряд, источник электропитания постоянного тока, систему охлаждении плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, систему управления и контроля, соединенную с плазмотроном, с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд, с источником электропитания постоянного тока, с системой охлаждении плазменной установки с системой подачи плазмообразующих газов, при этом плазмотрон содержит осевой канал подачи напыляемого материала в дуговой разряд, катод плазмотрона выполнен из термоэмиссионного материала, закреплен в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло, анод и межэлектродную вставку, отличающаяся тем, что катод плазмотрона выполнен полым с конической частью со стороны сопла плазмотрона, канал подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда выполнен в виде осевого отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода, в плоскостях, проходящих через ось полого катода, на наружной поверхности трубки и внутренней поверхности катододержателя выполнена система каналов, соединенных с системой подачи горючей, плазмообразующей смеси, при этом сопло в конце плазмотрона выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями, одна из средних секций выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу источника электропитания постоянного тока, выполненного высоковольтным, т.е. является охлаждаемым анодом, на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла от секции-анода сопла расположена электромагнитная катушка или кольцо из намагниченного материала, межэлектродная вставка выполнена секционированной из охлаждаемых секций, либо тугоплавкого, пористого диэлектрического материала, пропускающего охлаждающий дуговой канал в межэлектродной вставке газ или жидкость, отношение суммы длин дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке и сопле, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки находится в пределах от 4 до 250.14. Плазменная установка по п.13, отличающаяся тем, что конечная часть сопла плазмотрона выполнена расширяющейся.15. Плазменная установка по п.13, отличающаяся тем, что катод выполнен многополостным.16. Плазменная установка по п.13, отличающаяся тем, что внутренняя полость полого катода в продольном осевом сечении выполнена фигурной.17. Плазменная установка для напыления покрытий, содержащая, плазмотрон, систему подачи напыляемого материала в дуговой разряд, источник электропитания постоянного тока, систему охлаждения плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, систему управления и контроля, соединенную с плазмотроном, с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд, с источником электропитания постоянного тока, с системой охлаждении плазменной установки, с системой подачи плазмообразующих газов, при этом плазмотрон содержит осевой канал подачи напыляемого материала в дуговой разряд, катод плазмотрона выполнен из термоэмиссионного материала, закреплен в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло, анод и межэлектродную вставку, отличающаяся тем, что катод плазмотрона выполнен полым с конической частью со стороны сопла плазмотрона, канал подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда выполнен в виде осевого отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода, в плоскостях, проходящих через ось полого катода, на наружной поверхности трубки выполнена система каналов, соединенных с системой подачи горючей, плазмообразующей смеси, при этом сопло в конце плазмотрона выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями, одна из средних секций выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу источника электропитания постоянного тока, выполненного высоковольтным, т.е. является охлаждаемым анодом, на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла от секции-анода сопла расположена электромагнитная катушка или кольцо из намагниченного материала, межэлектродная вставка выполнена секционированной из охлаждаемых секций, либо тугоплавкого, пористого диэлектрического материала, пропускающего охлаждающий дуговой канал в межэлектродной вставке газ или жидкость, отношение суммы длин дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке и сопле, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки находится в пределах от 4 до 250.18. Плазменная установка по п.17, отличающаяся тем, что конечная часть сопла плазмотрона выполнена расширяющейся.19. Плазменная установка по п.17, отличающаяся тем, что катод выполнен многополостным.20. Плазменная установка по п.17, отличающаяся тем, что внутренняя полость полого катода в продольном осевом сечении выполнена фигурной.21. Плазменная установка для напыления покрытий, содержащая плазмотрон, систему подачи напыляемого материала в дуговой разряд, источник электропитания постоянного тока, систему охлаждения плазменной установки, систему подачи плазмообразующих газов, систему управления и контроля, соединенную с плазмотроном, с системой подачи напыляемого материала в дуговой разряд, с источником электропитания постоянного тока, с системой охлаждении плазменной установки, с системой подачи плазмообразующих газов, при этом плазмотрон содержит осевой канал подачи напыляемого материала в дуговой разряд, катод плазмотрона выполнен из термоэмиссионного материала, закреплен в катододержателе, который закреплен в катодном корпусе, сопло, анод и межэлектродную вставку, отличающаяся тем, что катод плазмотрона выполнен полым с конической частью со стороны сопла плазмотрона, канал подачи напыляемого материала в приосевую область дугового разряда выполнен в виде осевого отверстия в трубке, расположенной внутри полого катода, в плоскостях, проходящих через ось полого катода, на внутренней поверхности катододержателя выполнена система каналов, соединенных с системой подачи горючей, плазмообразующей смеси, при этом сопло в конце плазмотрона выполнено сверхзвуковым, охлаждаемым, секционированным с электрически изолированными секциями, одна из средних секций выполнена из электропроводящего материала и подсоединена к плюсу источника электропитания постоянного тока, выполненного высоковольтным, т.е. является охлаждаемым анодом, на расстоянии не более внутреннего диаметра последней секции сопла от секции-анода сопла расположена электромагнитная катушка или кольцо из намагниченного материала, межэлектродная вставка выполнена секционированной из охлаждаемых секций, либо тугоплавкого, пористого диэлектрического материала, пропускающего охлаждающий дуговой канал в межэлектродной вставке газ или жидкость, отношение суммы длин дугового канала, расположенного в межэлектродной вставке и сопле, к диаметру дугового канала межэлектродной вставки находится в пределах от 4 до 250.22. Плазменная установка по п.21, отличающаяся тем, что конечная часть сопла плазмотрона выполнена расширяющейся.23. Плазменная установка по п.21, отличающаяся тем, что катод выполнен многополостным.24. Плазменная установка по п.21, отличающаяся тем, что внутренняя полость полого катода в продольном осевом сечении выполнена фигурной.