ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ИСПАРИТЕЛЬ Советский патент 1994 года по МПК C23C14/32 

Изобретение относится к нанесению покрытий в вакууме и может быть использовано в машиностроении.

Целью изобретения является повышение качества наносимых покрытий и срока испарителя.

На чертеже схематично представлена конструкция испарителя.

Электродуговой испаритель содержит полый электрод 1, выполненный в виде стакана с узлами расплавления и подачи наносимого материала в зону дугового разряда. Узел расплавления наносимого материала выполнен в виде стержневого электрода 2 из испаряемого материала, установленного с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно полого электрода 1, причем один конец стержневого электрода размещен в полости полого электрода. Узел подачи наносимого материала в зоне дугового ряда выполнен, например, в виде капиллярных отверстий 3, размещенных в основании стакана. Ниже уровня торца полого электрода 1 смонтирован кольцевой электрод 4. Между полым электродом 1 и кольцевым электродом 2, а также между полым электродом 1 и кольцевым электродом 4 смонтированы изолирующие муфты, состоящие из изоляционных колец 5, 6 и 7, на которых укреплены токоподводящее кольцо 8 и электроизолированный экран 9, предназначенный для стабилизации дуги на торце полого электрода 1. Кольцевые буртики 10, выполненные на электродах 1 и 4, экране 9 и кольце 8, образуют между собой меандрообразные зазоры, препятствующие запылению изоляционных колец 5, 6 и 7.

Испаритель дополнительно снабжен системой подачи газа в полость полого электрода 1, например баллоном 11 высокого давления с инертным газом, и стабилизатором давления газа, выполненным, например, в виде сосуда 12, снабженного редукционным клапаном 13 и клапаном 14 избыточного давления, причем посредством редукционного клапана 13 сосуд 12 соединен с баллоном 11, а порог срабатывания клапана 14 установлен незначительно (на доли или единицы процента) превышающим порог срабатывания редукционного клапана 13. Кран 15 предназначен для соединения сосуда 12 с полостью электрода 1.

Испаритель также снабжен механизмом 16 подачи стержневого электрода 2, источником 17 питания и системой возбуждения дугового разряда между полым электродом 1 и кольцевым электродом 4, состоящей, например, из поджигающего электрода 18 и резистора 19, предназначенного для ограничения величины тока в цепи поджигающего электрода. Балластный реостат 20 служит для ограничения величины тока дуги между электродами 1 и 2, а реостат 21 - для ограничения тока дуги между электродами 1 и 4. Предпочтительным является соединение полого электрода 1 с отрицательным полюсом источника 17 питания, а стержневого электрода 2 и кольцевого электрода 4 - с положительным.

Электродуговой испаритель работает следующим образом.

С помощью крана 15 соединяют сосуд 12 с полостью электрода 1, в результате чего инертный газ поступает в эту полость, а через капиллярные отверстия 3 - в промежуток между электродом 1 и кольцевым электродом 4. Затем кратковременно касаются поджигающим электродом 18 электрода 1, после чего путем их разведения возбуждают электрическую дугу между электродами 1 и 4 в среде инертного газа, которая нагревает дно электрода 1.

Затем внутри полости электрода 1 возбуждается дополнительный дуговой разряд между электродами 1 и 2, причем по мере расходования стержневой электрод 2 подается внутрь указанной полости при помощи механизма 16 подачи. Возбуждение дуги осуществляется путем кратковременного реверсирования подачи стержневого электрода 2. С помощью дополнительного дугового разряда осуществляется плавление стержневого электрода 2 и перенос его материала на электрод 1, в результате чего на дне полости электрода 1 образуется ванна расплавленного металла и в дальнейшем дуга горит между стержневым электродом и расплавом в среде инертного газа.

Расплавленный материал закрывает вход в отверстие 3 и тем самым автоматически перекрывает подачу инертного газа в промежуток между электродами 1 и 4. Инертный газ воздействует на поверхность расплава, в результате чего расплав под давлением поступает в капиллярные отверстия 3, где происходит его испарение за счет тепла, выделяемого на полом электроде 1 при горении внешней дуги.

При нагреве дугой инертного газа, находящегося в полости электрода 1, начинает повышаться его давление, что приводит к срабатыванию клапана 14, выпускающего часть этого газа в атмосферу. При уменьшении давления газа открывается клапан 13, подающий порцию газа из баллона 11 в сосуд 12. Таким образом осуществляется стабилизация давления инертного газа в полости электрода 1 и тем самым достигается стабилизация скорости поступления расплавленного материала в зону испарения.

Во внешнем разряде пары наносимого материала ионизируются и ускоряются в направлении поверхности конденсации. Испарение металла из капиллярных отверстий 3 охлаждает электрод 1 и препятствует его перегреву и проплавлению внешней дугой.

В процессе работы испарителя скорость подачи стержневого электрода 2 и величину тока внутренней дуги поддерживают такими, при которых обеспечивается постоянство уровня расплава в полости полого электрода и постоянство дугового промежутка между стержневым электродом 2 и поверхностью расплава, а значение величины тока внешней дуги выбирают из условия равенства скорости испарения расплавленного металла и скорости его поступления в зону испарения, так как только при этом условии полностью исключается капельная фракция в потоке и эрозия полого электрода в дуге. Регулировку величины тока разрядов осуществляют путем изменения сопротивления реостатов 20 и 21, а скорость подачи стержневого электрода варьируют, изменяя скорость вращения двигателя механизма 16 подачи.

Использование данного испарителя позволяет стабилизировать скорость поступления наносимого материала в зону испарения, благодаря чему достигается стабильность скорости испарения и обеспечивается воспроизводимость толщины наносимых покрытий. Кроме того, проведение процесса плавления наносимого материала в среде инертного газа позволяет снизить величину критического тока горения дуги между стержневым и полым электродами и исключить переброс катодных пятен разряда на стенки полого электрода, в результате чего достигается возможность плавного регулирования скорости плавления материала путем изменения тока дуги, а также повышаются срок службы испарителя и чистота наносимых покрытий и, соответственно, качество покрытий.

При этом сохраняются также важные преимущества, как высокий энергетический КПД процесса генерации плазмы наносимого материала и отсутствие капель в потоке плазмы, что делает весьма перспективным применение данного испарителя для получения высококачественных покрытий.

Изобретение может быть использовано в машиностроении при нанесении покрытий в вакууме. Цель изобретения - повышение качества наносимых покрытий и срока службы электродугового испарителя (ЭДИ). Для ее достижения ЭДИ имеет систему подачи газа, соединенную с полостью электрода (Э) 1 через стабилизатор давления, который выполнен, например, в виде сосуда 12 с редукционным клапаном 13 и клапаном 14 избыточного давления. В процессе работы с помощью крана 15 соединяют сосуд 12 с полостью Э 1, инертный газ поступает в эту полость, а через капиллярные отверстия 3 - в промежуток между Э 1 и кольцевым Э 4. Затем поджигающим Э 18 возбуждают электрическую дугу между Э 1 и кольцевым Э 4 для нагревания дна Э 1. Затем в полости Э 1 возбуждают дуговой разряд между Э 1 и стержневым Э 2, который плавится, в результате на дне полости Э 1 образуется ванна расплавленного металла, перекрывая вход инертного газа через капиллярные отверстия 3. Инертный газ воздействует на поверхность расплава, выдавливая его в капиллярные отверстия 3. Избыток или недостаток инертного газа в полости Э 1 регулируется клапанами 13 и 14. Таким образом, осуществляя стабилизацию давления инертного газа в полости Э 1, достигают стабилизации скорости поступления расплава в зону испарения. 1 ил.

ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ИСПАРИТЕЛЬ по авт. св. N 714807, отличающийся тем, что, с целью повышения качества наносимых покрытий и срока службы испарителя, он дополнительно снабжен системой подачи газа и стабилизатором давления, причем система подачи газа соединена с полостью электрода через стабилизатор давления.