УСТАНОВКА ДЛЯ ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ В ПЛАЗМЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА Российский патент 2022 года по МПК C23C8/36 C23C14/06 C23C14/56 

Описание патента на изобретение RU2777250C1

Изобретение относится к области оборудования для модификации поверхности деталей в низкотемпературной газоразрядной плазме, и может быть использовано в ионно-плазменных процессах очистки, активации и легирования поверхности деталей.

Известна установка для проведения ионно-плазменной обработки (патент РФ № 70893, кл. C23C 14/56, опубл. 20.02.2008), состоящая из вакуумной камеры с устройством напуска азота, горячего эмиссионного катода с источником питания, заслонки с поворотными шторками, основного анода с источником питания и источника питания, подающего отрицательное напряжение на обрабатываемую деталь, при этом внутри вакуумной камеры с устройством напуска азота дополнительно вмонтированы пирометр и нагревательный элемент, при этом пирометр последовательно связан электрической цепью с преобразователем, на выходе последний соединен с входом регулятора нагрева детали, а выход регулятора нагрева детали связан с входом источника питания, который затем соединен с нагревательным элементом, расположенным внутри камеры с устройством напуска азота, а анод основного разряда соединен с положительным полюсом источника питания и параллельно с прибором контроля величины тока анода основного разряда, выход последнего соединен с входом блока управления током анода основного разряда, выход которого соединен с исполнительным механизмом, обеспечивающим вертикальное перемещение заслонки с поворотными шторками и поворот ее шторок, также в качестве прибора контроля установлен амперметр.

Недостатком аналога является сложность конструкции из-за наличия дополнительных вводов, которые являются источниками дополнительного натекания атмосферы в рабочее пространство камеры, наличие дополнительного источника нагрева обрабатываемых деталей в рабочем пространстве камеры, наличие дополнительных источников питания для подачи напряжения на катод, анод, нагревательный элемент и обрабатываемую деталь.

Известно оборудование для ионного азотирования/нитроцементации, состоящее из двух печных камер с общим ресурсом, способное непрерывно проводить обработку в тлеющем разряде между двумя камерами (WO №2017122044A1, МПК C23C16/34, H01J37/32, 20.07.2017), включающая две технологические камеры, которые могут совместно использовать общие ресурсы для подачи газа, генерации плазмы и вакуумной системы, а также аппаратные и программные конфигурации, позволяющие осуществлять непрерывную обработку в тлеющем разряде между двумя камерами. Каждая камера имеет два режима работы; один связан с нагревом заготовок до температуры, необходимой для азотирования/нитроцементации, который осуществляется путем конвективного нагрева в контролируемой атмосфере при избыточном давлении с принудительной циркуляцией. Другой относится к обработке в тлеющем разряде, осуществляемой в контролируемой атмосфере с подачей газа, контролем температуры и вакуума, что в сочетании с приложенным внешним электрическим полем создает тлеющий разряд между заготовкой (катодом) и стенкой печи (анодом). Два производственных заказа могут выполняться одновременно, по одному в каждой камере, так что нагрев в одной камере может быть завершен, в то время как в другой камере выполняется обработка в тлеющем разряде.

Недостатком аналога является общая сложность конструкции и высокие массогабаритные показатели установки.

Известна печь для ионного азотирования (Патент № CN103334078A, кл.C23C8/36, опубл. 02.10.2013), состоящая из корпуса печи, рабочего стола печи, охлаждающего устройства и системы впуска и выпуска, при этом корпус печи и рабочий стол печи соединяются между собой, образуя рабочую камеру печи; внутри рабочей камеры печи установлена катодная пластина; катодная пластина соединена с рабочим столом печи через опоры; катодный инструмент и катодные опоры установлены на катодной пластине; катодная крышка установлена над катодной пластиной, и поддерживается катодными опорами.

Недостатком аналога является общая сложность конструкции и высокие массогабаритные показатели установки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является установка для ионно-плазменной обработки (патент РФ № 187937, кл. C23C 8/36, опубл. 25.03.2019), содержащая камеру с вакуумной системой для откачки воздуха и системой смешения и напуска рабочих газов, генератор плазмы и ускорения ионов и держатель изделия, вместе с тем оно дополнительно содержит плоские электроды, источник постоянного электрического поля для создания электрического смещения на обрабатываемом изделии и резистивный нагреватель обрабатываемого изделия, конструктивно совмещенный с упомянутым держателем, при этом генератор плазмы выполнен в виде высокочастотного 13,6 МГц генератора электрического поля для генерации высокоплотной плазмы, причем плоские электроды подключены к упомянутому генератору, а стенки камеры и обрабатываемое изделие подключены к источнику питания постоянного тока.

Недостатком прототипа является наличие дополнительного источника нагрева обрабатываемых деталей в рабочем пространстве камеры и дополнительного источника питания для резистивного нагревателя, а также высокие массогабаритные показатели.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение технологических возможностей установки за счет увеличения эффективности ионного азотирования в низкотемпературной газоразрядной плазме тлеющего разряда путем использования электромагнитной системы для одновременного генерирования в камере скрещенных электрических и магнитных полей, а также снижение массогабаритных показателей.

Технический результат - увеличение скорости и эффективности ионного азотирования в низкотемпературной газоразрядной плазме.

Задача решается, а технический результат достигается тем, что установка содержит вакуумную камеру и подключенные к ней форвакуумный насос и блок управления расходом газа, к которому подключены баллоны с газами, электроды для возбуждения тлеющего разряда, установленные в рабочем пространстве камеры, анод и подложка-катод, соединенные с источником питания разряда, в отличие от прототипа содержит электромагнитную систему, установленную под подложкой-катодом, с возможностью одновременного генерирования в камере скрещенных электрических и магнитных полей, обеспечивая формирование тороидальной области вращения электронов, в которой образуется плазма азота повышенной плотности, приводящая к увеличению скорости азотирования деталей.

Сущность заявляемой установки поясняется чертежами:

- на фиг. 1 изображена схема установки для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда;

- на фиг. 2 изображена схема установки для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда в скрещенных электрических и магнитных полях.

Заявляемая установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда (фиг. 1 и 2) содержит:

1. Вакуумная камера.

2. Форвакуумный насос.

3. Блок управления расходом газа.

4. Баллоны с газами.

5. Анод.

6. Подложка-катод.

7. Источник питания разряда.

8. Изоляторы.

9. Обрабатываемые детали.

10. Электромагнитная система.

11. Источник питания электромагнитной системы.

Установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда работает следующим образом:

В камере 1 располагают детали9 на подложке-катоде6, затем откачивают воздух из камеры до5-15 Па, с использованием форвакуумного насоса 2. После откачки воздуха, камеру продувают аргоном до 1000 Па, затем камеру снова откачивают до 5-15 Па и зажигают тлеющий разряд путем подачи на электроды, анод 5 и подложку-катод 6, разности потенциалов при помощи источника питания разряда7. При напряжении 800-1000 В осуществляется ионная очистка поверхности обрабатываемой детали. После 15 минут обработки по режиму катодного распыления напряжение понижают до рабочего, включают форвакуумный насос и откачивают аргон из вакуумной камеры. Далее при помощи блока управления расходом газа3 задают необходимое соотношение газов из баллонов 4, напускают в камеру рабочую смесь до рабочего давления, и проводят процесс ионного азотирования в плазме тлеющего разряда. Для проведения ионного азотирования в плазме тлеющего разряда в скрещенных электрических и магнитных полях, в камере 1 устанавливают электромагнитную систему 10, над которой располагают подложку-катод 6 с обрабатываемыми деталями 9.

Заявляемое изобретение позволяет увеличить скорость и эффективность ионного азотирования в низкотемпературной газоразрядной плазме в 1,5-2 раза за счет образования плазмы азота повышенной плотности в тороидальной области вращения электронов, создаваемая в скрещенных электрических и магнитных полях, что было подтверждено результатами проведенных экспериментов (фиг. 3) над образцами из нержавеющей стали при следующих режимах: Т = 550°С, Р = 50 Па, t = 6 ч. Из графика видно, что после ионного азотирования с магнитным полем (МП), поверхностная твердость и толщина упрочненного слоя увеличились в 1,5-2 раза по сравнению с ионным азотированием без магнитного поля.

Похожие патенты RU2777250C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛИ ТИПА ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО 2019
  • Вафин Руслан Каримович
  • Николаев Алексей Александрович
  • Асылбаев Александр Владиславович
RU2711064C1
Способ генерации низкотемпературной плазмы в узких протяженных металлических трубках 2022
  • Бакеев Илья Юрьевич
  • Зенин Алексей Александрович
  • Климов Александр Сергеевич
RU2799184C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЫ 1997
  • Борисов Д.П.
  • Коваль Н.Н.
  • Щанин П.М.
RU2116707C1
ДУГОВОЙ ГЕНЕРАТОР ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЫ С ХОЛОДНЫМ ПОЛЫМ КАТОДОМ 2002
  • Григорьев С.В.
  • Коваль Н.Н.
  • Щанин П.М.
RU2227962C2
СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ 2016
  • Будилов Владимир Васильевич
  • Рамазанов Камиль Нуруллаевич
  • Есипов Роман Сергеевич
  • Лаптева Татьяна Витальевна
  • Мухомедьянова Лилия Магсумовна
  • Исяндавлетова Гузеля Басировна
RU2625864C1
СПОСОБ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ 2017
  • Будилов Владимир Васильевич
  • Рамазанов Камиль Нуруллаевич
  • Агзамов Рашид Денисламович
  • Хусаинов Юлдаш Гамирович
  • Есипов Роман Сергеевич
  • Тагиров Айнур Фиргатович
RU2664106C2
СПОСОБ ИОННОЙ ОЧИСТКИ В СКРЕЩЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ ПЕРЕД ВАКУУМНОЙ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКОЙ 2019
  • Вафин Руслан Каримович
  • Николаев Алексей Александрович
  • Асылбаев Александр Владиславович
RU2711065C1
СПОСОБ ВАКУУМНОГО ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО АЗОТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТАЛИ 2009
  • Будилов Владимир Васильевич
  • Рамазанов Камиль Нуруллаевич
  • Вафин Руслан Каримович
RU2418095C2
СПОСОБ ЛОКАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНОГО ИЗДЕЛИЯ ПРИ ИОННОМ АЗОТИРОВАНИИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ 2016
  • Будилов Владимир Васильевич
  • Рамазанов Камиль Нуруллаевич
  • Хусаинов Юлдаш Гамирович
  • Есипов Роман Сергеевич
  • Золотов Илья Владимирович
  • Агзамов Рашид Денисламович
RU2640703C2
СПОСОБ ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ В СКРЕЩЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ 2019
  • Вафин Руслан Каримович
  • Асылбаев Александр Владиславович
  • Николаев Алексей Александрович
RU2711067C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 777 250 C1

Реферат патента 2022 года УСТАНОВКА ДЛЯ ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ В ПЛАЗМЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА

Изобретение относится к области оборудования для модификации поверхности деталей в низкотемпературной газоразрядной плазме и может быть использовано в ионно-плазменных процессах очистки, активации и легирования поверхности деталей. Установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда содержит вакуумную камеру и подключенные к ней форвакуумный насос и блок управления расходом газа, к которому подключены баллоны с газами, электроды для возбуждения тлеющего разряда, установленные в рабочем пространстве камеры, анод и подложка-катод, соединенные с источником питания разряда. Указанная установка содержит электромагнитную систему, установленную под подложкой-катодом, с возможностью одновременного генерирования в камере скрещенных электрических и магнитных полей, обеспечивая формирование тороидальной области вращения электронов, в которой образуется плазма азота повышенной плотности. Обеспечивается увеличение скорости и эффективности ионного азотирования в низкотемпературной газоразрядной плазме. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 777 250 C1

Установка для ионного азотирования в плазме тлеющего разряда, содержащая вакуумную камеру и подключенные к ней форвакуумный насос и блок управления расходом газа, к которому подключены баллоны с газами, электроды для возбуждения тлеющего разряда, установленные в рабочем пространстве камеры, анод и подложка-катод, соединенные с источником питания разряда, отличающаяся тем, что содержит электромагнитную систему, установленную под подложкой-катодом, с возможностью одновременного генерирования в камере скрещенных электрических и магнитных полей, обеспечивая формирование тороидальной области вращения электронов, в которой образуется плазма азота повышенной плотности.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2022 года RU2777250C1

СПОСОБ ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ В СКРЕЩЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ 2019
  • Вафин Руслан Каримович
  • Асылбаев Александр Владиславович
  • Николаев Алексей Александрович
RU2711067C1
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛИ ТИПА ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО 2019
  • Вафин Руслан Каримович
  • Николаев Алексей Александрович
  • Асылбаев Александр Владиславович
RU2711064C1
Вакуумная установка для нанесения наноструктурированного покрытия из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали 2018
  • Балаев Эътибар Юсиф Оглы
  • Бледнова Жесфина Михайловна
  • Боровец Олег Игоревич
RU2674532C1
Электрический выключатель 1934
  • Бачурин Н.И.
SU44980A1
Абразивный круг 1977
  • Шушпан Юрий Иванович
SU878558A1
US 9694115 B2, 04.07.2017.

RU 2 777 250 C1

Авторы

Нагимов Рустем Шамилевич

Асылбаев Александр Владиславович

Варданян Эдуард Леонидович

Назаров Алмаз Юнирович

Абдуллин Равиль Айратович

Есипов Роман Сергеевич

Хусаинов Юлдаш Гамирович

Николаев Алексей Александрович

Олейник Алексей Валерьевич

Даты

2022-08-01Публикация

2021-11-17Подача