СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2021 года по МПК C23C4/08 C23C4/137 

Описание патента на изобретение RU2754915C1

Изобретение относится к области поверхностной термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя металлических изделий.

Известны способы плазменной термической обработки поверхностного слоя деталей, при которых (патент РФ №2064511 опубл. 27.07. 1996 г., №2069131, опубл. 20.11. 1996 г., №2343211 опубл. 10.01.2009 г.) плазменную обработку ведут плазменной струей (дугой косвенного действия), горящей между электродом-катодом плазмотрона и плазмообразующим соплом - анодом (прямая полярность тока). При этом обеспечивается технологическая гибкость процесса поверхностной термической обработки.

Признаки известных способов, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что поверхностную термическую обработку ведут плазменной струей.

Причина, препятствующая получению в известных способах технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением, заключается в том, что плазменная струя прямой полярности тока горит между электродом - катодом плазмотрона и плазмообразующим соплом-анодом. Материал катода обладает высокими эмиссионными свойствами, что сводит к минимуму эрозию катода. Это приводит к тому, что отсутствует повышение качества поверхностной обработки металлов (окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость и др.) путем осаждения и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода (продуктами эрозии катода).

Известны технические решения (см. например, патент РФ №2430166 опубл. 27.09. 2011 г., патенты на полезную модель РФ №78193 опубл. 20.11.2008 г., №95665 опубл. 10.07. 2010 г.), при которых плазменную поверхностную термообработку изделий ведут путем перемещения по поверхности изделия одной или двух плазменных дуг прямого действия током прямой полярности (изделие является анодом). При этом обеспечивается высокая плотность теплового потока и скорость нагрева поверхности изделия, что повышает производительность и качество поверхностной термообработки.

Признаки известных способов, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что для поверхностной термической обработки используют плазменную дугу прямого действия.

Причина, препятствующая получению в известных способах технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением, заключается в том, что для обработки используется плазменная дуга прямого действия прямой полярности тока, которая горит между электродом-катодом плазмотрона и изделием - анодом. Это приводит к тому, что отсутствует повышение качества поверхностной обработки металлов (окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость и др.) путем осаждения и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода.

Известен способ плазменной обработки (см., например, патент на изобретение РФ №2560493 опубл. 20.08.15), при котором плазменную обработку поверхности металла с целью повышения эксплуатационного ресурса изделий осуществляют плазменной дугой прямого действия обратной полярности тока. Обработка током обратной полярности обеспечивает равномерное распределение характеристик упрочненного слоя по ширине и глубине.

Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что для поверхностной обработки используют плазменную дугу прямого действия обратной полярности тока.

Причина, препятствующая получению в известном способе технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением, заключается в том, что для обработки используется плазменная дуга прямого действия и изделием-катодом. Это приводит к тому, что отсутствует повышение качества обратной полярности тока, которая горит между электродом-анодом плазмотрона поверхностной обработки металлов (окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость и др.) путем осаждения и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ плазменной термической обработки поверхностного слоя изделий (патент на изобретение РФ №2686505, опубл. 29.04.19), при котором повышение качества поверхностной обработки металлов (окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость и др.) обеспечивается путем осаждения и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода плазмотрона (продуктами эрозии катода). Обработку в известном способе ведут расположенными соосно, плазменной струей обратной полярности тока, горящей между электродом плазмотрона-анодом и плазмообразующим соплом катодом и рабочей плазменной дугой прямой полярности, горящей между плазмообразующим соплом-катодом и изделием-анодом. Это обеспечивает эрозию и перенос материала сопла-катода на поверхность изделия. Для питания дуг используются отдельные источники питания. Техническим результатом изобретения является повышение качества (окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость и др.) поверхностной обработки металлов (термической и химико-термической) путем покрытия и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода. Данный способ принят за прототип.

Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что способ плазменной обработки металлического изделия, а именно плазменной поверхностной термической и химико-термической обработки, путем покрытия и насыщения поверхностного слоя изделия продуктами эрозии материала плазмообразующего сопла-катода. Обработку ведут плазменной струей и плазменной дугой прямого действия. Эрозия катода обеспечивается тем, что между электродом плазмотрона-анодом и плазмообразующим соплом-катодом горит дуга обратной полярности тока. Для обработки используют два отдельных источника питания плазменных дуг.

Причина, препятствующая получению в известном способе технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что рабочая плазменная дуга, горящая между соплом плазмотрона-катодом и изделием-анодом, работает на токе прямой полярности. Это приводит к тому, что снижается качество адгезии переносимого плазменной дугой материала катода с поверхностью изделия из-за наличия оксидов и других загрязнений на поверхности изделия. Кроме того, происходит снижение скорости движения и соударения положительных ионов материала катода с поверхностью изделия (является анодом).

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении качества поверхностной обработки металлов (термической и химико-термической) путем покрытия и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода за счет улучшения адгезии переносимого плазменной дугой материала катода с поверхностью изделия.

Техническим результатом является повышение эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей изделий, таких как окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе плазменной обработки металлического изделия, а именно плазменной поверхностной термической и химико-термической обработки, путем покрытия и насыщения поверхностного слоя изделия продуктами эрозии материала плазмообразующего сопла - катода, при этом обработку ведут плазменной струей обратной полярности тока и плазменной дугой прямого действия, работающих от отдельных источников питания, согласно изобретению обработку ведут раздельно плазменной струей обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом и плазмообразующим соплом-катодом отдельного плазмотрона и плазменной дугой прямого действия обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом второго плазмотрона и изделием-катодом.

Новые признаки способа заключаются в том, что плазменная поверхностная обработка выполняется раздельно плазменной струей обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом и плазмообразующим соплом-катодом отдельного плазмотрона и плазменной дугой обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом второго плазмотрона и изделием-катодом. Эрозия материала катода (сопла) перенос и осаждение продуктов эрозии на поверхность изделия осуществляется плазменной струей обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом и плазмообразующим соплом-катодом отдельного плазмотрона. Плазменная дуга обратной полярности тока, горящая между электродом-анодом второго плазмотрона и изделием-катодом обеспечивает предварительный нагрев и очистку поверхности изделия. Очистка поверхности от оксидов и загрязнений осуществляется за счет эффекта катодного распыления.

Отличительные признаки, в совокупности с известными, обеспечивают улучшенную адгезию и диффузию материала катода отдельного плазмотрона (продуктов эрозии сопла плазмотрона) переносимых плазменной струей и, как следствие, повышение эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей изделий, таких как окалиностойкость, жаростойкость, твердость, коррозионная стойкость и др.

Улучшение адгезии и диффузии обеспечивается тем, что продукты эрозии материала сопла - катода отдельного плазмотрона, переносимые плазменной струей, взаимодействуют с поверхностью изделия, предварительно очищенной и нагретой плазменной дугой прямого действия обратной полярности тока второго плазмотрона. Кроме того, отсутствует снижение скорости движения и соударения положительных ионов материала катода с поверхностью изделия.

На чертеже показана поверхность изделия из стали 16ГСА, после алитирования (один проход).

Осуществление способа заключаются в следующем.

Плазменную поверхностную термическую и химико-термическую обработку выполняют плазменной дугой прямого действия обратной полярности тока, перемещающейся относительно изделия. Производится предварительный нагрев и очистка поверхности изделия плазменной струей обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом плазмотрона и плазмообразующим соплом-катодом обеспечивается перенос и осаждение продуктов эрозии материала катода (плазмообразующего сопла) на нагретую и очищенную поверхность изделия. В зависимости от температуры поверхности изделия и длительности воздействия происходит осаждение или осаждение с диффузией материала плазмообразующего сопла на рабочих поверхностях изделия. При этом обеспечивается получение заданных характеристик рабочих поверхностей изделий.

Заявляемый способ иллюстрируется следующим примером.

Разработан и изготовлен стенд (опытный образец) для осуществления описанного способа плазменной обработки металлов. Стенд включает два плазмотрона (один для плазменной обработки плазменной дугой прямого действия током обратной полярности, второй - для плазменной обработки плазменной струей прямого действия током обратной полярности) два источника питания плазменных дуг с напряжением холостого хода не ниже 70 В и падающей внешней вольт-амперной характеристикой, необходимое вспомогательное оборудование. При осуществлении способа ток дуги прямого действия обратной полярности анод плазмотрона - изделие изменяли в диапазоне 50-120А, ток плазменной струи между анодом плазмотрона и плазмообразующим соплом-катодом (алюминий) - 50-150A. Расход плазмообразующих газов (аргон) составлял 2-5 л/мин. Расстояние от рабочего торца плазмотронов до поверхности изделия (дистанция обработки) составляло 8-20 мм. Перемещение плазмотронов относительно изделия производилось со скоростью 1-10 мм/сек. Материалом рабочей вставки был алюминий. Изделие-образец из стали 16ГСА. Ширина дорожки составляла 10-16 мм. Толщина алитированного слоя составила 0,03-0,3 мм. На чертеже представлен результат обработки за один проход. Материалами, наносимыми на поверхность изделия, могут быть никель медь, и др.

Процесс плазменной поверхностной обработки отличается высокой стабильностью.

Похожие патенты RU2754915C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ 2018
  • Щицын Юрий Дмитриевич
  • Трушников Дмитрий Николаевич
  • Щицын Владислав Юрьевич
  • Неулыбин Сергей Дмитриевич
RU2686505C1
СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ 2014
  • Щицын Юрий Дмитриевич
  • Кучев Павел Сергеевич
  • Щицын Владислав Юрьевич
  • Неулыбин Сергей Дмитриевич
RU2595185C2
СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ИЗДЕЛИЙ 2014
  • Щицын Юрий Дмириевич
  • Щицын Владислав Юрьевич
  • Белинин Дмитрий Сергеевич
RU2560493C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО И ЛЕЧЕБНОГО ОБЛУЧЕНИЯ 2009
  • Щицын Юрий Дмитриевич
  • Щицын Владислав Юрьевич
RU2409398C1
СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ И СВАРКИ КОМБИНАЦИЕЙ ДУГ 2023
  • Щицын Юрий Дмитриевич
  • Щицын Владислав Юрьевич
  • Овчинников Иван Петрович
RU2815965C1
СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ 2023
  • Щицын Юрий Дмитриевич
  • Щицын Владислав Юрьевич
  • Овчинников Иван Петрович
RU2815524C1
СПОСОБ МИКРОПЛАЗМЕННОЙ СВАРКИ МЕТАЛЛОВ 2009
  • Агриков Юрий Михайлович
  • Семёнов Александр Юрьевич
  • Иванов Сергей Александрович
RU2411112C2
СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ НЕГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ 2009
  • Агриков Юрий Михайлович
  • Семёнов Александр Юрьевич
RU2418662C1
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ 2013
  • Василик Николай Яковлевич
  • Колисниченко Олег Викторович
  • Тюрин Юрий Николаевич
RU2541325C1
СПОСОБ НАПЫЛЕНИЯ ПЛАЗМЕННОГО ПОКРЫТИЯ (ВАРИАНТЫ) 2006
  • Гизатуллин Салават Анатольевич
  • Галимов Энгель Рафикович
  • Даутов Гали Юнусович
  • Хазиев Ринат Маснавиевич
  • Гизатуллин Радик Анатольевич
  • Беляев Алексей Витальевич
RU2338810C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 754 915 C1

Реферат патента 2021 года СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится способу плазменной химико-термической обработки поверхности металлического изделия. Выполняют предварительный нагрев и очистку поверхности металлического изделия посредством обработки плазменной дугой прямого действия обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом второго плазмотрона и металлическим изделием-катодом. Проводят осаждение покрытия с насыщением поверхностного слоя изделия продуктами эрозии материала плазмообразующего сопла-катода первого плазмотрона путем обработки плазменной струей, образованной посредством плазменной дуги обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом и плазмообразующим соплом-катодом упомянутого первого плазмотрона. Работу указанных первого и второго плазмотронов обеспечивают от отдельных источников питания. Осуществляется повышение эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей изделий, а именно окалиностойкости, жаростойкости, твердости и коррозионной стойкости за счет улучшения адгезии переносимого плазменной дугой материала катода с поверхностью изделия. 1 ил., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 754 915 C1

Способ плазменной химико-термической обработки поверхности металлического изделия, включающий осаждение покрытия с насыщением поверхностного слоя изделия продуктами эрозии материала плазмообразующего сопла-катода первого плазмотрона, отличающийся тем, что выполняют предварительный нагрев и очистку поверхности металлического изделия посредством обработки плазменной дугой прямого действия обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом второго плазмотрона и металлическим изделием-катодом, а упомянутое осаждение проводят путем обработки плазменной струей, образованной посредством плазменной дуги обратной полярности тока, горящей между электродом-анодом и плазмообразующим соплом-катодом упомянутого первого плазмотрона, при этом работу указанных первого и второго плазмотронов обеспечивают от отдельных источников питания.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2754915C1

СПОСОБ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ 2018
  • Щицын Юрий Дмитриевич
  • Трушников Дмитрий Николаевич
  • Щицын Владислав Юрьевич
  • Неулыбин Сергей Дмитриевич
RU2686505C1
Плазмотрон для плазменно-селективного припекания металлических порошков 2018
  • Нефедьев Сергей Павлович
  • Шаповалов Алексей Николаевич
  • Дёма Роман Рафаэлевич
  • Харченко Максим Викторович
  • Ганин Дмитрий Рудольфович
RU2705847C1
Приспособление к стогометателю-погрузчику для погрузки навоза или силоса 1961
  • Данилов В.И.
  • Исаенко А.А.
  • Король Ж.П.
  • Луговой В.П.
  • Любицкий А.Н.
  • Строков С.А.
  • Шевченко С.И.
  • Штейн Э.М.
SU150716A1
WO 1998048073 A1, 29.10.1998
US 8685213 B2, 01.04.2014.

RU 2 754 915 C1

Авторы

Щицын Юрий Дмитриевич

Щицын Владислав Юрьевич

Неулыбин Сергей Дмитриевич

Никулин Роман Германович

Даты

2021-09-08Публикация

2020-10-27Подача