Пристрій для хіміко-термічної обробки виробів у вакуумі

ДЛЯ СЛУЖЕБНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКЗ ( X ' 0 0 1 Q союз СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК S8 f W (И) (5D 4 C 2 3 і & С 14/32 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О7НРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ і (21) 4272644/24-21 (22) 01.07.87 (72) Л.ПсСаблев, А.А г Андреев, Е.Г.Гольдинер, Я.А.Лещинер, РоИ.Ступак и В.И.Шелохаев (53) 621.793.14 (088.8) (56) Лахтин Ю.М., Арзамасов Б*Н. Химико-термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1985, с.177181. Авторское свидетельство СССР № 1466260, кл. С 23 С 14/32, 1986а (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОИ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИИ Б ВАКУУМЕ (57) Изобретение относится упрочнению режущего инструмента и деталей машин методом вакуумно-плазменной технологии и может найти применение в машиностроении и станкоинструментальной промышленности. Цель изобретения - повышение стабильности процесса обработки. Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащей вакуумную камеру 1 с размещенными в ней анодом 2, изолированным столом 3 для установки изделий 4, устройство 9 для формирования границы металлической плазмы, являющейся плазменным катодом для ваку Изобретение относится к упрочнению режущего инструмента и деталей машин методом вакуумно-плазменной технологии и может быть использовано в машиностроении и станкоинструментальной промышленности. Цель изобретения - повышение стабильности процесса обработки,. 47-89 умнодугового разряда в газе, при давлении 6,6-10" -6,6 Па, выполнено в виде состыкованного с вакуумной камерой углового патрубка 5, на противоположном колене которого установлен расходуемый катод 6 электродугового испарителя. Питание испарителя осуществляется от источника 7 постоянного тока, соединенного с анодом и столом 3 через ключ. Граница металлической плазмы, образуемой катодными пятнами вакуумного дугового разряда в виде распространяющейся плазменной струи, расположена в колене углового патрубка и имеет форму эллипса. Электрическое поле анода 5 достигает границы 9 металлической плазмы разряда и электроны плазмы ускоряются и ионизуют насыщающий поверхность изделий газ. Применение углового патрубка для формирования границы металлической плазмы позволяет повысить стабильность разряда при давлениях 1,3*10 Па, что приводит к повышению мощности, выделяемой на аноде для прогрева изделия, а также повышению однородности плазмы в объеме вакуумной камеры и соответственно стабильности процесса химико-термической обработки изделий. 4 ил. На фиг.1 представлена конструктивная схема устройства для химико-термической обработки изделий І на фиг 2 и 3 - осциллограммы токов разряда в диапазоне рабочих давлений для известного и данного устройств * на фиг.4радиальное распределение плотности ионного тока при давлениях 6,6-11 Па С со ел 00 1531528 (кривая 1) и 1,3 Па (кривая 2 ) . лагаемого - 82%. Экспериментально (калориметрированием) определена доля энергии, выделяющейся на аноде. 2 Показано, что при давлении 6, 6-Ю* Па напряжение на электродах для известного и предлагаемого устройства при токе разряда 100 А составляет 52 и 37 В, соответственно, а коэффициент мощности К, выделяющейся на аноде (изделиях), составляет 36 и 46% соответственно, Устройство для химико-термической обработки (см.фит.1) содержит вакуумную камеру, в которой установлены анод 2 и изолированный от камеры стол 3 для установки изделий 4, К торцу вакуумной камеры пристыкован угловой патрубок 5 с катодом электродугового испарителя 6. Электропитание испарителя осуществляется от источника 7 питания, отрицательная клемма которого соединена с катодом, а положительр ная - через ключ 8 с анодом или стоПОЛИ 15 лом 3. где Р е т Н - мощность, выделяемая на При работе устройства чоны металаноде, лической плаямы дугового разряда, - мощность разряда ПОЛИ распространяющиеся из катодных пятен ьа поверхности расходуемого катода 6 U р 1р, пели по прямолинейным траекториям, обра- 20 где Up и I» - напряжение и ток дугозуют в колене углового патрубка гравого разряда. ницу металлической плазмы, имеющую Экспериментально установлено, что эллипсоидальную форму поверхности. применение углового патрубка (вместо Электрическое поле анода 2 или стола шевронной ловушки между анодом и ка3 с изделиями 4 проникает к границе 25 тодом) позволяет (см. осциллограммы металлической плазмы Электроны плазтоков) понизить диапазон рабочих мы под действием электрического поля давлений при стабильном разряде до ускоряются и ионизируют насыщающий 1,3-10 Па, это приводит к повышению газ, напускаемый в камеру (граница однородности плазмы в объеме вакуумметаллической плазмы является эммите, 30 ной камеры на 15% и повышению доли _ ром электронного потока). Вблизи граэнергии, выделяющейся на аноде, на ницы 9 металлической плазмы образует10%. Кроме того, наличие комбинирося непротя»енная область катодного ванного процесса (химико-термическая падения потенциала, а за ней расположен положительный столб дугового 35 обработка в среде насыщающего газа и нанесение износостойкого покрытия) разряда, заполняющий пространство позволяет повысить стойкость режущевакуумной камеры. Сравнительные исго инструмента в два-три раза по пытания известного устройства (с жасравнению с инструментом, на поверхлюзийнои ловушкой) и данного устройства (с угловым патрубком) показыва- 40 ность которого нанесено только износостойкое покрытие. ют преимущества, заключающиеся в слех дующем. Как следует из графиков (см. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я фиг.2 и 3) диапазон рабочих давлений данного устройства сдвинут на полпоУстройство для химико-термической рядка в сторону более низких давле- ^5 обработки изделий в вакууме, содержаннй. За счет этого повышена стабильщее камеру с размещенными в ней разрядность разряда в диапазоне давлений 2 ными электродами,разделенными оптичес(1,3-6,6э) 10" Па. Графики фиг 4 ки непрозрачным,проницаемым для элекиллюстрируют распределение плотности ионного тока плазмы в направлении 50 трического поля экраном, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью нормальном к оси симметрии камеры повышения стабильности процесса обрапри давлении 6,6 І 0 " На (известное ботки, экран выполнен в виде угловоустройство, кривая 1) и 1,3 10" Па го патрубка, один из торцов которого (предлагаемое устройство, кривая 2 ) , Как следует из приведенных графиков 55 соединен с камерой, а на другом установлен катод, поверхность испареотношение для известного устройства ния которого размещена вне зоны оп(с жалюзи) на расстоянии 15 см от тической видимости со стороны стенок оси камеры составляет 67%, для предкамеры. 1531528 5 9 I / \ ПҐ1П \ \ \ .1 10 10 -з Фиг 2 Ю'а (Р*133)Па 1531528 10' 10 10 -15 -10 -5 J О 70 10 (Рх/33)П