Установка для нанесения покрытий из газовой фазы Советский патент 1982 года по МПК C23C11/02 

Изобретение относится к металлургии, в частности к оборудованию для нанесения износостойких покрытий на изделия методом осаждения из газовой фазы.

Известна установка для нанесения покрытий из газовой фазы, содержащая испаритель, камеры предварительного нагрева изделий, реакционную камеру и камеру охлаждения, соединенные между собой вакуумными затворами, систему нейтрализации и камеру для осаждения порошка из непрореагировавшей в реакционной камере газовой смеси 1 .

Недостатком установки является сложность конструкции и. обслуживания, а также низкая производительность .

Известна также установка для нанесения покрытий на изделия из газовой фазы, содержащая цилиндрические реакторы со съемной крышкой, приспособления размещения изделий и их нагрева, пульт подачи газовой смеси и пульт управления, размещенные в общем корпусе. В этой установке приспособления для размещения из.делий и их нагрева совмещены и выпол иены в виде зигзагообразных горизонтально расположенных нагревательных элементов, а реакторы расположены горизонтально. Загрузка изделий осуществляется в реакторе при снятой крышке непосредственно на нагреватели 2..

Такая нагрузка представляет значительные трудности,- поскольку .через горловину реактора на нагрева10тели необходимо разместить большое количество изделий с небольшими зазорами, но так, чтобы они не касались друг друга, так как это приведет к браку.

15

Размещение изделий в один слой практически по диаметру реактора вызывает необходимость применять реакторы достаточно большого диаметра для достижения необходимой произ20водительности установки, а это увеличивает ее габариты.

Увеличение диаметра реактора приводит к необходимости увеличения скорости подачи газовой смеси для до25стижения необходимой концентрации компонентов у поверхности изделий и, тем самым, увеличивается расход газовой смеси. Кроме того, после завершения процесса (при достижении не30обходимой толщины покрытия) еще не

прореагировавшая газовая смесь вытесняется из реактора инертным газо и направляется на выборос. Таким образом, в известной установке непроизводительно расходуются ценные реагенты, что увеличивает эксплуатационные расходы.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является установка, содержащая реакторы ,с водоохлаждаемыми крышками, печь для нагрева реакторов и приспособление для их охлаждения и подачи газовой смеси и устройство для нейтрализации газов.

В этой установке печь выполнена карусельной, реакторы закреплены на вращающемся своде печи, ступица которого снабжена устройством для распределения газовой смеси по реакторам, а приспособление для размещения изделий выполнено в виде дисковых полок, закрепленных на полой штанге с отверстиями, расположенными между полками. Приспособление для охлаждения реакторов не разработано, только предусмотрена возможность его применения .

Недостатками этой установки является слож.ность конструкции иненадежность в эксплуатации газораспределительного устройства, расположенного в ступице вращающегося свода, а также то,, что после выхода реактора из печи несмотря на высокую температуру ( 400с) он ничем не огражден, а это повышает опасность травматизма.

Цель изобретения - повышение надежности путем упрощения конструкции установки, безопасности об служивания и интенсивности охлаждения.

Поставленная цель достигается тем, что установка для нанесения покрытий из газовой , содержащая реакторы с водоохлаждаемыми крышками, печь для нагрева реакторов и приспособления для их охлаждения, пульт приготовления и подачи газовой смеси и устройство для нейтрализации использованных газов, снабжена устройством для перемещения печи в вертикальном направлении и от одного реактора к другому.При этом печь выполнена шахтной, а приспособление для охлаждения реактора выполнено в виде телескопического экрана, закрепленного на крышке, и сопел для подачи охлажданвдей среды на реактор.

На фиг.1 показана установка, общий вид; на фиг.2 - узел крепления реактора; на фиг.З - газовая схема установка.

Установка для нанесения покрытий на изделия из газовой фазы содержит

раму 1, два вертикально расположенных цилиндрических реактора 2 и 3 с водоохлаждаемыми крышками 4, закрепленными на раме 1, и приспособлениями 5 для размещения изделий, выполненными в виде дисковых полок б, закрепленных на трубчатом держателе 7 с помощью шпилек 8. Держател 7 выполнен с отверстиями 9, расположенными между полками 6 и снабжен шайбой 10 с выступами для установки в реакторы 2 и 3, Крышка 4 снабжена винтом 11 для крепления реактора 2 или 3 с каналом 12 для подвода газовой среды и рукояткой 13 для его вращения. Винт 11 установлен в крышке 4 на ша рикоподшипниках 14 и уплонен фторопластовыми шайбами 15.

Установка снабжена шахтной печью 16, установленн на платформе 17, Закрепленной на верхнем конце штока 18 гидроцилиндра 19, заканчивающегося подпружиненным конусом 20 для фиксации его в верхнем положении в замке 21. Платформа 17 установлена с возможностью поворота на 90 для последовательного сов мещения оси печи 16 с осями реакторов 2 и 3.

На крышке 4 закреплен телескопический экран 22 и сопла 23 для подачи охлаждающей среды на наружные стенки реакторов 2 и 3 (например воды или воздуха).

Установка снабжена пультом приготовления и подачи газовой смеси (не показан), содержащим аппарат 24 для очистки и осушки водорода, газораспределительное устройство 25 и термостат 26 с барботером для приготовления смеси паров, например, тетрахлорида титана и водорода.

Аппарат 24 для очистки И осушки водорода представляет собой набор палладиевых каппилярных трубок, являющихся молекулярным ситом, пропускающим только водород (чистота водорода на выходе не хуже 10 10 % (сумма кислорода и азота), точка росы не выше - ) .

Газораспределительное устройство 25 предназначено для приготовления газовой смеси и подачи ее поочередно в реакторы 2 и 3. Расход газов измеряется ротаметром 27 и регулируется вентилями 28-33. Вентили 34 и 35 служат для включения подачи газовой смеси соответственно в реакторы 2 и 3, а вентили 36 - 39 для подачи чистых газов (нейтральных азота, аргона или водорода).

Установка снабжена также пультом 40 управления, и устройством 41 для нейтрализации использованных газов, представляет собой барботер, заполненный щелочным раствором .(содовым или раствором едкого натра) для нейтрализации, образующейся в процессе реакции соляной кислоты.

Установка работает следующим образом.

Приспособление 5 для размещения изделий заполняют изделиями, вставляют его в реактор 2 и поворотом шайбы 10 закрепляют в нем. Затем реактор 2 соединяют с крышкой 4 и закрепляют его винтом 11, продувают нейтральным газом, затем водородом и надвигают разогретую печь 16. После достижения 1050°С в реакторе 2 в него подается газовая смесь, например, (.водород+метай+тетрахлорид титана), в случае получения покрытия из карбида тирана. В результате реакции на изделиях осаждается покрытие. После завершения процесса реактор 2 продувают водородом, а затем инертным газом. В это время печ 16 опускают и подводят под реактор 3.

При опускании печи 16 телескопический экран 22 раздвигается, за крывая раскаленный реактор 2. После продувки инертным газом начинают подавать охлаждающую среду (воздух воду) на поверхность реактора 2, закрытого экраном 22. После охлаждения реактора 2 его снимают вместе с приспособлением 5 для размещения изделий и разгружают.

В это время печь 16 надвигают на следующий реактор 3, подготовленный аналогично реактору 2, и проводят процесс осаждения так же, как и в реакторе 2.

В то время, как идет процесс осаждения в реакторе 3, реактор 2 уже остыл, разгружен и вновь загружен. Затем его продувают инертным газом и водородом (закачивают к момету завершения процесса в реакторе 3) печь 16 опускают, освобождая реактор 3, переводят к реактору 2 и вновь поднимают (реактор 2 снова начинает нагреваться).

В установке могут быть нанесены износостойкие покрытия, например, из карбида титана, карбонитрида или нитрида титана.

В случае нанесения нитрида титана в реактор подают газовую смесь, содержащую:водород, тетрахлорид титана и азот, а в случае нанесения покрытия из карбонитрида титана вначале наносят покрытие из карбида титана, а затем выдерживают изделие при в токе особого чистого азота.

Установка проста по конструкции и надежна в эксплуатации, поскольку содержит лишь один подвижный элемент печь, перемещаемую простым (конструктивно и кинематически) устройством, а реакторы с газоподводящими магистралями закреплены неподвижно на раме, а также безопасна в эксплуатации, .благодаря наличию телескопического экрана (в предлагаемой установке нет открытых горячих поверхностей) и позволяет повысить интенсивность охлаждения реактора и, тем самым, производительность установки.

Формула изобретения

1.Установка для нанесения покрытий из газовой фазы, содержащЕ1Я реакторы с водоохлаждаемыми крышками. Печь для нагрева реакторов и приспособления для их охлаждения и подачи газовой смеси, и устройство для нейтрализации газов, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем упрощения конструкции, она снабжена устроством перемещения печи в вертикальном направлении и от одного реактора к другому.

2.Установка по п.1, отличающаяся тем, что печь выполнена шахтной, а приспособление для охлаждения реактора выполнено

в виде телескопического экрана закрепленного на крышке и охватывающего реактор, и сопл для подачи хладагента на реактор. I Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельствоСССР 333225, кл. С 23 С,.11/02, 1969.

2.Авторское свидетельство СССР № 396448, кл. С 23 С 11/02, 1970.

3.Авторское свидетельство СССР 527478, кл. С 21 D 9/00, 1972. .

/

6

ригг

выхо

«4 , I

/2.3

Buxoff

ШЬ&1

J5

SuxoS

Вода

-0-И

«