Способ обработки изделий в установках вакуумно-плазменного нанесения покрытий Советский патент 1993 года по МПК C23C14/00 

Изобретение относится к способам обработки изделий методами вакуумно-плаз- менной технологии и может быть применено в машиностроении при химико- термической обработке, ионной очистке, ка- тодном распылении в плазме двухступенчатого вакуумно-дугового разряда.

Целью изобретения является повышение качества обработки в условиях двухступенчатого вакуумно-дугового разряда.

На чертеже приведен пример реализации способа обработки изделий в установке для азотирования в плазме двухступенчатого вакуумно-дугового разряда.

Данная установка содержит: вакуумную камеру 1, катод электродугового испарителя 2, оптически непрозрачный, но проницаемый для электронов экран 3. обрабатываемое изделие 4, анод двухступенчатого вакуумно-дугового разряда 5. источник питания электродугового испарителя 6, источник питания двухступенчатого вакуумно-дугового разряда 7, состоящий из трансформатора 8 и выпрямителя 9, высоковольтный источник питания 10, состоящий из трансформатора 11 и выпрямителя 12, токовое реле 13, объем камеры, заполненный метал- логазовой плазмой 14, объем камеры, заполненный газовой плазмой 15. Сущность способа обработки заключается в следующем, В вакуумной камере возбуждают двухступенчатый вакуумно-дуговой разряд включением источников питания б и 7 и подачей рабочего газа (азота) при давлении 5x10 - 5 Па. При возбуждении разряда объем 14 вакуумной камеры заполняется металяогазовой плазмой, а часть объема 15 вакуумной камеры заполняется чисто газовой плазмой. Границей между этими частями объемов служит оптически непрозрачный, но проникаемый для электронов экран, на котором задерживаются атомы металла, распространяющиеся с раСП

ш

ы |Ь

Ч)

W

бочей поверхности катода по прямолиней; ным траекториям. Разряд возбуждается между катодом 2 и анодом 5. На изделие для проведения процесса химико-термической обработки подают отрицательный потенциал от источника 10. Ионы азота ускоряются под воздействием потенциала к поверхности изделия, бомбардируют ее, очищая поверхность и одновременно прогревая изделие. При температуре изделия свыше 400°С становится существенным процесс диффузии азота в изделие с образованием упрочненного поверхностного слоя. В процессе работы возможно образование дуговых пробоев на поверхности изделия, особенно в местах загрязнений иа поверх- ности. При образовании дугового пробоя происходит скачок тока в цепи выпрямителя 12. срабатывает токовое реяв 13, отключая контактами Pi и Ра высоковольтный источник и источник вакуумно-дугового разряда. Дуговой разряд гаснет, репе 13 отпускается - источники питания 8 и 10 включаются. Рассмотрим, что происходит при отключении только высоковольтного источника питания, как дто происходит в способе-прототипе. При возникновении дугового «ре язяеяии и отключении источника питание на изделии, помещенном в газовую плазму, возможно существование униполярной вакуумной дуги, для существования которой «в требуется подвода электронов от внешних источников. Подвод электронов #ш существования разряда осу- щеетелявтся «а гвзееей плазмы, вследствие большей пойвяж«оети эйвюгеониого компонента плазмы «о ерэвиению с ионным. Отвод электронов от изделия производится вследствие эмиссии эявктроншш катодного пятна дуги в положительно заряженную

0

5

0

5

0

5

0

относительно изделия плазму газового разряда.

Проверка предлагаемого способа обработки осуществлялась на модернизированной под комплексную обработку (азотирование+упрочняющее покрытие) установке Булат 6, содержащей три электродуговых испарителя. В модернизированной установке на один из испарителей установлен оптически непрозрачный экран, а напротив него установлен анод и проведена коммутация существующих источников питания по схеме, изображенной на фиг. 1.

Без отключения газовой ступени двухступенчатого вакуумно-дугового разряда длина треков катодных пятен дуги при токе разряда 150 А и напряжении между катодом и анодом 60 в составляла до 100-150 нм, т.е. при отключении высоковольтного источника 10 катодные пятна не прекращали свое существование, а гасли самопроизвольно вследствие случайных причин. При отключении источника питания 7, образующего газовую ступень двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, длина треков не превосходила 3 мм,

Приведенные результаты свидетельствуют о целесообразности использования предлагаемого изобретения для повышения качества обработки.

Формул а изобретения

Способ обработки изделий в установках вакуумно-ядазменного нанесения покрытий, включающий подачу отрицательного напряжения на изделие и снятие его при возникновении дуговых пробоев на изделии, отличающийся тем, что одновременно со снятием с изделия отрицательного напряжения производят отключение возникающей при двуступенчатом вакуумно-дуго- вом разряде газовой ступени.

it

Использование: в машиностроении при химико-термической обработке, ионной очистке, катодном распылении в плазме двухступенчатого вакуумно-дугового разряда. Сущность изобретения: при обработке в условиях двухступенчатого вакуумно-дугового разряда одновременно со снятием отрицательного потенциала с изделия производят отключение газовой ступени. Это позволяет исключить эрозию поверхности изделия. 1 ил.

Редактор М.Васильева Техред М.Моргентал

Заказ 2705Тираж.Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Корректор i П.Гереши