Установка для вакуумно-плазмової обробки виробів

1. Установка для вакуумно-плазмової обробки виробів, що містить вакуумну камеру, розміщену усередині її перегородку з отворами, що розділяє вакуумну камеру на робочу камеру й емісійну камеру, катод, розташований в емісійній камері, 3 25285 розташований в емісійній камері, тримач виробів, установлений у робочій камері й виконаний з можливістю обертання навколо осі робочої камери. Установка містить також джерело живлення вакуумно-дугового розряду, позитивний полюс якого підключений до корпусу вакуумної камери, джерело живлення стислого вакуумно-дугового розряду, підключене негативним полюсом до корпусу вакуумної камери, а позитивним - до тримача виробів. Отвори в перегородці, що з'єднують робочу й емісійну камери сприяють збільшенню спадання напруги в зоні отворів, що веде до збільшення швидкості електронів у плазмі дугового розряду й, як наслідок, до збільшення потужності прогріву оброблюваного виробу. Однак виконання перегородки у вигляді пластини з отворами не дозволяє створювати потоки електронів, що забезпечують контрольований прогрів великогабаритних (у т.ч. протяжних) виробів. В основу корисної моделі поставлене завдання - створити таку установку вакуумно-плазмової обробки виробів, що у порівнянні з установкою, обраної як прототип, дозволяла б більш ефективно проводити хіміко-термічну обробку великогабаритних (довгомірних) виробів. Поставлене завдання вирішується в установці для вакуумно-плазмової обробки виробів, що містить вакуумну камеру, розміщену усередині її перегородку з отворами, яка розділяє вакуумну камеру на робочу камеру й емісійну камеру, катод, розташований в емісійній камері, тримач виробів, установлений у робочій камері й виконаний з можливістю обертання навколо осі робочої камери, джерело живлення вакуумно-дугового розряду, позитивний полюс якого підключено до корпусу вакуумної камери, джерело живлення стиснутого вакуумно-дугового розряду, підключене негативним полюсом до корпусу вакуумної камери, а позитивним - до тримача виробів. Відповідно до винаходу робоча камера виконана співвісно емісійній камері, перегородка виконана у вигляді заглушеної з обох торців тр уби, вісь якої перпендикулярна робочої поверхні катода, отвори виконані уздовж бічної поверхні труби. Для одержання більше високого результату катод може бути розташований на осі емісійної камери. Розташування робочої камери співвісно емісійній камері, а також виконання перегородки у вигляді заглушеної з обох торців труби, вісь якої перпендикулярна робочої поверхні катода, забезпечується більш рівномірний розподіл виробів у робочій камері, що сприяє контрольованій дії потоків електронів на вироби й, як наслідок більш ефективній хіміко-термічній обробці великогабаритних (довгомірних) виробів. Виконання отворів у перегородці уздовж бічної поверхні труби сприяє формуванню потоків електронів у робочу камеру, уздовж всієї висоти великогабаритних виробів (у т.ч. і протяжних), які створюють умови для контрольованого прогріву виробів, що веде до підвищення ефективності хіміко-термічної обробки виробів. Розташування катода на осі емісійної камери сприяє створенню однорідного потоку уздовж осі емісійної камери й рівномірному виходу електронів 4 з емісійної камери, що обумовлює підвищення ефективності хіміко-термічної обробки великогабаритних (довгомірних) виробів. На Фіг.1 представлена схема пропонованої установки для вакуумно-плазмової обробки виробів (емісійна камера усередині труби). На Фіг.2 наведений варіант виконання установки (робоча камера усередині труби). Установка (Фіг.1) містить вакуумну камеру 1, розміщену у її середині перегородку 2 з отворами 3, що розділяє вакуумну камеру 1 на робочу камеру 4 і емісійну камеру 5, катод 6, розташований в емісійній камері 5, тримач виробів 7, установлений у робочій камері 4 і виконаний з можливістю обертання навколо осі робочої камери. Установка містить також джерело живлення 8 вакуумно-дугового розряду (ВДР), позитивний полюс якого підключений до корпусу вакуумної камери 1, а негативний до катода 6. Установка містить джерело живлення 9 стиснутого вакуумно-дугового розряду (СВДР), підключене негативним полюсом до корпусу вакуумної камери 1, а позитивним - до тримача виробів 7. Робоча камера 4 виконана співвісно емісійній камері 5, перегородка 2 виконана у вигляді заглушеної з обох торців труби, вісь якої перпендикулярна робочої поверхні катода 6, отвори 3 виконані по всій бічній поверхні труби 2. Катод 6 може бути встановлений в емісійній камері 5 на її осі. Роботу пристрою розглянемо на прикладі нагрівання протяжних виробів Вакуумна камера 1 із закріпленими в тримачі 7 виробами 10 відкачують високо-вауумним насосом (на кресленні не показаний), а потім у її напускають реакційний газ до заданого тиску. Після вмикання джерела 8 ВДР між катодом 6 і емісійною камерою 5, що є анодом, збуджується вакуумно-дуговий розряд. При включенні джерела живлення 9 під впливом електричного поля анода СВДР, яким є тримач 7з виробами 10, електрони плазми через отвори 3 проникають у робочу камеру 4. У зоні перетиснення плазмового потоку, поблизу отворів 3, створюється спадання напруги, що збільшує енергію електронів, що приводить до ефективної іонізації реакційного газу в робочій камері 4 і прогріву виробів 10. Вибором величини розрядного струму й напруги, діаметра й числа отворів, величини робочого тиску можна забезпечити потужність прогріву, обчислювальну десятками кВт, що дозволяє прогрівати відносно великі маси великогабаритних виробів 10 за короткий час, оскільки практично вся енергія електронного потоку прикладена до них. При проведенні хіміко-термічної обробки, у якій як реакційний газ використовують, наприклад, азот, вироби 10 прогріваються прискореними електронами, одночасно їхня поверхня піддається дії хімічно активної газової плазми. Все це сприяє підвищенню ефективності хіміко-термічної обробки. Оскільки в цьому випадку процес хімікотермічної обробки відбувається при електронному бомбардуванні, то вона не приводить збільшенню шорсткості поверхні виробів 10 (як це відбувається при бомбардуванні виробу при хіміко-термічної обробки з використанням іонного бомбардування), 5 25285 що також обумовлює високу ефективність хімікотермічної обробки. Приклад. У робочій камері 4, у якій розташований механізм планетарного обертання тримача 7, установлювали вироби 10, що представляють собою сталеві труби в кількості 12шт., діаметром 100мм, довжиною 750мм, товщиною стінки 3мм. Вироби 10 розташовували навколо перегородки 2, що мала по всій бічній поверхні рівномірно розташовані 150 отворів, діаметром 6мм. Загальна вага труб становила ~ 65кг. Діаметр титанового катода 6, розташованого в емісійній камері 5 складав 100мм. Робочу 4 і емісійну 5 камери відкачували до тиску 1,3х 10-3 Па, а потім до них напускали аргон до тиску 0,5 Па. Після вмикання джерела 8 постійного струму між катодом 6 і емісійною камерою 5, що є анодом, збуджується вакуумнодуговий розряд і в емісійній камері 5 виникала аргонова плазма. Після вмикання джерела живлення 9, електрони плазми через отвори 3 проникали в робочу камеру 4 і іонізували газ у її просторі. На Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 6 явність отворів 3 у перегородці 2 сприяло збільшенню енергії електронів, що приводило до ефективної іонізації газу в робочій камері 4 і прогріву виробів 10 (у цьому випадку до 500°С). Час прогріву складав близько 20хв. Обертання виробів 10 навколо спільної осі здійснювали зі швидкістю 30 про/хв. За один оберт навколо спільної осі кожний виріб 10 поверталося на один оберт навколо власної осі. Хіміко-термічну обробку проводили при напуску в робочу камеру реакційного газу (азоту). Процес азотування проходив при температурі 500°С на протязі 30хв. Товщина утвореного азотованого шару на поверхні оброблюваних виробів складав ~ 30мкм. У такий спосіб пропонована установка дозволяє в порівнянні з установкою, обраною як прототип, більш ефективно проводити хіміко-термічну обробку великогабаритних (довгомірних) виробів. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601