Пристрій для вакуумно-плазмової обробки виробів

1. Устройство для вакуумно-плазменной обработки изделий, содержащее источник питания, цилиндрическую камеру, экран, разделяющий камеру на рабочий объем, с размещенными в нем анодом и держателем изделий, и дополнительный, с размещенным в нем расходуемым катодом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что экран снабжен диафрагмой, размещенной по оси камеры с зазором относительно экрана и обеспечивающей оптическую непрозрачность рабочих поверхностей катода и анода, а анод выполнен в виде обечайки с поперечным размером, большим размера отверстия диафрагмы, и снабжен соленоидом, размещенным по оси камеры. 2. Устройство п о п . 1 , о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено расходуемым электродом, выполненным в виде дополнительной диафрагмы, размещенной по оси камеры между основной диафрагмой и анодом и подключенной к отрицательной клемме источника питания. Изобретение относится к области химико-термической обработки изделий и может быть использовано в машиностроении. Известно устройство для вакуумноплазменной обработки изделий, реализующее способ получения высокоионизированной газовой плазмы с помощью двухступенчатого вакуумно-дугового разряда (ДВДР) с интегрально холодным катодом [1]. В этом устройстве газовая плазма в рабочем объеме создается с помощью интегрально холодного металлического катода, размещенного в дополнительном объеме, отделенном от рабочего объема оптически непрозрачным, но проницаемым для электронов экраном. При этом анод ДВДР установлен в рабочем объеме так, что обрабатываемые изделия находится в пространстве между экраном и упомянутым анодом. При возбуждении дугового разряда между интегрально холодным катодом и анодом ионы металлической пла^змы, генерируемые этим катодом и распространяющиеся от него по прямолинейным траекториям, не попадают в рабочий объем, поскольку задерживаются оптически непрозрачным экраном. Электроны металлической плазмы, движущиеся вдоль силовых линий поля, проникают в рабочий объем, ионизируют рабочий газ (с парциальным давлением 10"2,...10 Па), создавая высокоионизированную газовую плазму. Сила тока ДВДР может составлять десятки и сотни ам 19678 пер и определяется теплофизическими свойствами катода и параметрами источника питания дугового разряда. Прототипом изобретения явпяется устройство [2] для вакуумно-плазменной обработки изделий (преимущественно полых), содержащее источник питания дугового разряда, цилиндрическую вакуумную камеру с оптически непрозрачным экраном, разделяющим ее на рабочий и дополнительный объемы. В рабочем объеме размещен анод и держатель изделий. В дополнительном расходуемый катод электродугового испарителя. Устройство содержит также источник питания дугового разряда. Держатель изделий выполнен в виде электроизолированной от вакуумной камеры перегородки с отверстиями и размещен между экраном и анодом. Подключен держатель к отрицательному полюсу источника напряжения смещения через замыкающий контакт токового реле. При работе устройства между расходуемым катодом и анодом возбуждается ДВДР. Газовая составляющая плазмы ДВДР заполняет пространство внутри полых изделий, установленных в отверстиях держателя. Сквозь полые изделия проходит ток ДВДР. После возбуждения ДВДР контакты токового реле замыкают цепь источника питания напряжения смещения, в результате чего на электроизолированный держатель, а, следовательно, и на изделия подается высоковольтный отрицательный потенциал относительно газовой плазмы. Под воздействием этого потенциала положительные газовые ионы бомбардируют внутреннюю поверхность полости изделий, прогревая ее, осуществляя необходимую химико-термическую обработку. Недостатком устройства является невысокая интенсивность процесса ионно-плазменной обработки обусловленная недостаточной степенью ионизации плазмы. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является усовершенствование устройства для вакуумно-плазменной обработки и изделий путем интенсификации процесса распыления расходуемого электрода, повышение, тем самым, степени ионизации плазмы. Результатом этого должно быть повышение интенсивности ионноплазменной обработки. Поставленная задача решается в предлагаемом устройстве для вакуумно-плазменной обработки изделий, которое так же, как и устройство-прототип, содержит источник питания, цилиндрическую вакуумную камеру, экран, разделяющий камеру на рабочий и дополнительный объемы. В рабочем объеме размещен анод и держатель изделий. В дополнительном - расходуемый электрод. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В отличие от устройства-прототипа в предлагаемом устройстве экран снабжен диафрагмой, размещенной по оси камеры с зазором относительно экрана. Диафрагма обеспечивает оптическую непрозрачность рабочих поверхностей катода и анода. Анод выполнен в виде обечайки с поперечным размером, большим размера отверстия диафрагмы и снабжен соленоидом, размещенным по оси камеры. Расходуемый электрод может быть выполнен в виде дополнительной диафрагмы, подключенной к отрицательной клемме источника питания и размещенной на оси камеры между о с н о в н о й д и а ф р а г м о й и анодом. Конструктивные особенности предлагаемого устройства в значительной мере повышают степень ионизации плазмы, так как заставляют электроны разрядного тока двигаться в скрещенных Е и Н полях. В плазме создаются условия для появления азимутального холловского тока. При этом напряженность электрического поля по радиусу возрастает, а вместе с ней увеличивается степень ионизации. Соответствующую составляющую магнитного поля создает соленоид, а необходимую составляющую электрического поля обеспечивает конструктивное выполнение диафрагмы. Использование расходуемого электрода в виде дополнительной диафрагмы обеспечивает возможность нанесения покрытий на изделия из материала расходуемого электрода при подаче на него высоковольтного отрицательного потенциала. Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известными аналогичными устройствами увеличивает интенсивность процесса вакуумно-плазменной обработки изделий за счет повышения степени ионизации плазмы в скрещенных Е и Н полях, что и решает поставленную задачу. На фиг.1 приведена конструктивная схема устройства для химико-термической обработки и ионной очистки; на фиг.2 - схема устройства для химико-термической обработки и нанесения упрочняющего покрытия методом ионно-плазменного напыления. Устройство для вакуумно-плазменной обработки выполнено в виде цилиндрической камеры 1, на верхнем торце которой установлен катод 2, а на периферии - анод 3 в виде цилиндрической обечайки. Между катодом и анодом расположен оптически непрозрачный, но проницаемый для электронов экран, выполненный в виде диафрагмы 4 с отверстием в центре и диска 5, закрывающего отверстие диафрагмы и создающего оптическую непрозрачность катода 2 и ано 19678 да 3, размещенного в рабочей камере 6. В торце рабочей камеры установлен держатель 7 для установки обрабатываемых изделий. Его можно перемещать вдоль оси для изменения сечения разрядного промежутка. 5 Снаружи рабочей камеры 6 установлен соленоид 8. В рабочей камере может устанавливаться электроизолированный расходуемый электрод 9, выполненный из материала покрытий в виде дополнительной диафрагмы. 10 Устройство работает следующим образом. На держателе 7 загружаются изделия таким образом, что между ними и диафрагмой устанавливается минимальный зазор. 15 Вакуумная камера откачивается до давления 10"3 Па, затем в нее напускают рабочий газ (азот, аргон и др.) до парциального давления 10~2,...10° Па. После этого подают напряжение на катод 2 и анод 3 с помощью 20 системы поджига и возбуждают двухступенчатый вакуумно-дуговой разряд. Оптически непрозрачный экран между катодом и анодом делит междуэлектродный промежуток разряда на две разнородные в физическом 25 отношении области: область металло-газовой плазмы между экраном и катодом и область чисто газовой плазмы между экраном и анодом. Геометрия экрана и анода внутри вакуумной камеры такова, что электриче- 30 ское поле направлено от анода к оси камеры (фиг.1). При включении соленоида 8 образуется аксиально симметричное магнитное поле, силовые линии которого в объеме 6 перпендикулярны силовым линиям электрического поля. В таких скрещенных полях появляется азимутальный холловский ток, осуществляющий дополнительную ионизацию газа. Изделия, помещенные в плазму, прогреваются до рабочей температуры и азотируются. Устройство может быть использовано и для ионного травления поверхности. В этом случае в качестве рабочего газа используется аргон, а на держатель изделий подается высокий отрицательный потэнциал. Под воздействием отрицательного потенциала из аргоновой плазмы извлекаются ионы, которые ускоряются и бомбардируют загрязненную поверхность, очищая ее. Устройство комплексной обработки, изображенное на фиг.2, работает аналогично устройству, представленному на фиг.1, при проведении процесса азотирования или ионной очистки. Для осуществления процесса напыления подается высокий отрицательный потенциал на электрод 9 и он подвергается бомбардировке ионами рабочего газа. Распыленные атомы материала электрода осаждаются на изделии. 19678 Фиг. 2 Упорядник Замовлення 4349 Техред М.Келемеш Коректор А. Обручар Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл м 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101