Електродуговий випарник металів та сплавів для нанесення покрить у вакуумі

Реферат: UA 77171 U UA 77171 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до нанесення покрить у вакуумі, а саме до електродугового випарника металів та сплавів і може бути використаною для нанесення покрить на вироби машинобудування та інших галузей техніки. Відомий електродуговий випарник металів для нанесення покрить у вакуумі, виконаний із матеріалу, що випаровується, який містить протяжний витрачуваний катод, анод, підпалюючий електрод, джерело живлення дуги, струмовідводи, засіб утримання положення катодної плями (Авторське свідоцтво СРСР № 1802550, м.кл. С23С 14/56, заявл. 28.05.1987, публ. 15.12.1994 [1]), він дозволяє наносити багатошарові покриття, але він не забезпечує значного підвищення рівномірності нанесення покриття на довгомірні вироби. Відомий електродуговий випарник для нанесення покрить у вакуумі, виконаний із матеріалу, що випаровується, містить протяжний витрачуваний катод, анод, вакуумну камеру, блок управління з програмованим пристроєм та джерелами постійного струму, котушку з двома соленоїдами (Патент Російської Федерації на винахід № 2186874, м.кл. С23С 14/35, публ. 10.08.2002 [2]), він дозволяє наносити багатошарові покриття, але він не забезпечує значного підвищення рівномірності нанесення покриття на довгомірні вироби. Відомий електродуговий випарник металів для нанесення покрить у вакуумі, виконаний із матеріалу, що випаровується, який містить протяжний витрачуваний катод, анод - камеру, підпалююче джерело, джерело постійного струму (Патент Російської Федерації на винахід № 2186874, м.кл. С23С 14/32, публ. 24.04.1997 [3]). він забезпечує підвищення коефіцієнта використання матеріалу катода та підвищення швидкості напилювання, але не забезпечує підвищення рівномірності нанесення покриття на довгомірні вироби. Відомий електродуговий випарник металів та сплавів для нанесення покрить у вакуумі, виконаний із матеріалу, що випаровується, містить протяжний (порожнистий витрачуваний катод, анод, джерело підпалювання електродуги (підпалюючий електрод), датчики положення дуги (катодної плями), джерело постійного струму (постійної напруги електроживлення дуги), з'єднане з анодом (вакуумна камера), струмовідводи, засіб визначення положення катодної плями у вигляді датчиків поточного положення катодної плями, блок керування роботою джерел постійного струму (Патент України на корисну модель № 1995, м.кл. С23С 14/32, публ. 15.09.2003 бюл. № 9 [4]). Таке технічне рішення має поширені технологічні можливості дозволяє наносити покриття на внутрішню поверхню глухого отвору, але цей випарник не забезпечує підвищення рівномірності нанесення покриття на довгомірні вироби. Відомий вакуумний електродуговий випарник, який містить катод, анод, додатковий анод виконаний як корпус вакуумної камери, постійні магніти, що виконані з можливістю їх переміщення, програмованого узгодження їх позицій відносно катода, джерела живлення, механізм переміщення, який зв'язаний з першим портом ПЕОМ (Персональної електроннообчислювальної машини) (Патент України на винахід № 86841, м.кл. С23С 14/00, публ. 25.05.2009 бюл. № 10 [5]). В такому винаході збільшена частина поверхні катода, яка випаровується, завдяки чому підвищується продуктивність цього пристрою, але він також не забезпечує підвищення рівномірності нанесення покриття на довгомірні вироби. Найбільш близьким аналогом до запропонованого електродугового випарника є електродуговий випарник металів та сплавів для нанесення покрить у вакуумі, виконаний із матеріалу, що випаровується, містить протяжний (порожнистий) витрачуваний катод, анод, джерело підпалювання електродуги (підпалюючий електрод), з'єднане з анодом (вакуумною камерою) джерело постійної напруги електроживлення дуги, струмопідводи, засіб визначення положення катодної плями у вигляді датчиків поточного положення катодної плями - дуги (Патент Російської Федерації на винахід № 2059737, м.кл. С23С 14/32, публ. 10.05.1996 [6]). Такий електродуговий випарник спрямований на забезпечення стабільного керування катодної плями для однорідної обробки поверхні виробу, що обробляють. Але це технічне рішення має резерв для удосконалення за рахунок поліпшення технологічних можливостей, і в результаті підвищення однорідності обробки поверхні виробів. В основу корисної моделі поставлена задача створення електродугового випарника металів та сплавів для нанесення покрить у вакуумі, який би за рахунок сукупності ознак, за рахунок його нових ознак - нових конструктивних елементів, зв'язків між ними дозволив би одержати технічний результат при його використанні - поліпшити технологічні можливості, підвисити однорідність обробки поверхні виробів, а також поширити асортимент сучасних електродугових випарників металів та сплавів. Поставлена задача вирішується тим, що запропонований електродуговий випарник металів та сплавів для нанесення покрить у вакуумі, виконаний із матеріалу, що випаровується, містить протяжний (порожнистий) витрачуваний катод, анод, джерело підпалювання електродуги (підпалюючий електрод), з'єднане з анодом (вакуумною камерою) джерело постійної напруги 1 UA 77171 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 електроживлення дуги, струмопідводи, засіб визначення положення катодної плями у вигляді датчиків поточного положення катодної плями. Новим у запропонованому пристрої є те, що він містить два комутатори, два регулятори перемінного струму, два керуючих трансформатори, електричні вентилі, які попарно об'єднані катодами через вторинні обмотки керуючих трансформаторів, при цьому середні точки вторинних обмоток керуючих трансформаторів об'єднані та підключені до негативного виходу джерела постійної напруги електроживлення дуги (дугового розряду), крім того, електродуговий випарник виконаний з можливістю переміщення катода у вертикальному або у горизонтальному напрямках відносно анода за рахунок наявності механічних вузлів, кожен з яких закріплений на виході катода. Додатково запропонований пристрій характеризується наступними уточнюючими новими ознаками. Електродуговий випарник містить два струмопідводи, до кожного з яких підключені об'єднані аноди електричних вентилів. Катоди кожного електричних вентилів підключені до вторинної обмотки відповідного керуючого трансформатора. Середні точки вторинних обмоток керуючих трансформаторів об'єднані та підключені до негативного виводу джерела постійної напруги електроживлення дуги, позитивний вихід якого з'єднаний з анодом. На кінцях протяжного витрачуваного катода розташовані датчики положення катодної плями (датчики для регулювання положення катодної плями), вихід кожного з яких з'єднаний з виходом відповідного комутатора. Вихід кожного комутатора зв'язаний з відповідним регулятором перемінного струму. Кожен регулятор перемінного струму підключений до первинної обмотки відповідного керуючого трансформатора. Джерело підпалювання виконано у вигляді блока підпалювання, який з'єднаний негативним виводом через об'єднані середні точки вторинних обмоток керуючих трансформаторів та електричних вентилів з струмовідводами і через позитивний вивід цей блок підпалювання з'єднаний з керамічним резистором. Кожен механічний вузол виконаний у вигляді металевої плити з пазами і закріпленими на ній гумовими ущільненнями. Промислова придатність запропонованого електродугового випарника металів та сплавів для нанесення покрить у вакуумі описана нижче, а також ілюстрована на фіг. 1, фіг. 2: Фіг. 1 - загальна схема запропонованого електродугового випарника металів та сплавів для нанесення покрить у вакуумі. Фіг. 2 - механічний вузол для переміщення катода 1 відносно анода 25. Опис статичного стану запропонованого електродугового випарника металів та сплавів для нанесення покрить у вакуумі: Електродуговий випарник металів та сплавів для нанесення покрить у вакуумі, виконаний із матеріалу, що випаровується, містить протяжний (порожнистий) витрачуваний катод 1 з струмовідводами 2 і 3 на його торцях. До струмопідводу 2 підключені об'єднані аноди 4 та 5 електричних вентилів 6 та 7, а до струмопідводу 3 підключені об'єднані аноди 8 та 9 електричних вентилів 10 та 11. Катоди 12 та 13 електричних вентилів 6 та 7 підключені до вторинної обмотки 14 керуючого трансформатора 15; катоди 16 та 17 електричних вентилів 10 та 11 відповідно підключені до вторинної обмотки 18 керуючого трансформатора 19. Середні точки 20 та 21 вторинних обмоток 14 та 18 керуючих трансформаторів 15 та 19 об'єднані та підключені до негативного виводу 22 джерела 23 постійної напруги електроживлення дуги, позитивний вихід 24 якого з'єднаний з анодом (вакуумною камерою) 25. На кінцях протяжного витрачуваного катода 1 розташовані датчики положення катодної плями 26 та 27 (датчики для регулювання положення катодної плями), виходи яких з'єднані з виходами комутаторів 28 та 29 відповідно. Вихід комутатора 28 зв'язаний з регулятором перемінного струму 30, а вихід комутатора 29 зв'язаний з регулятором перемінного струму 31. Регулятори перемінного струму 30 та 31 підключені відповідно до первинних обмоток 32 та 33 керуючих трансформаторів 15 та 19. Запропонований електродуговий випарник містить блок підпалювання 34, який з'єднаний негативним виводом 35 через об'єднані середні точки 20 та 21 вторинних обмоток 14 та 18 керуючих трансформаторів 15 і 19 та електричних вентилів 6, 7,10 та 11 зі струмопідводами 2 і 3 катода 1, і цей блок підпалювання 34 з'єднаний позитивним виводом 36 з керамічним резистором 37. На виводах катода 1 закріплені механічні вузли 38 та 39 для можливості переміщення катода 1 відносно анода 25 у горизонтальному напрямку та у вертикальному напрямку (горизонтальний та вертикальний напрямок руху на фіг. 1 зазначений двосторонніми стрілками). Механічні вузли 38 та 39 мають однакові складові елементи - зображення на фіг. 2, 2 UA 77171 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 де: 40 - вивід катода 1, 41 - клема струмовідводу, 42 - вакуумний ввід (верхня та нижня ізоляційні втулки, гумова прокладка, гайка - цифровими позиціями не зазначені), 43 - плита з пазами, 44 - фланець анода (вакуумної камери) зі шпильками, 45 - гумове ущільнення, 46 гайка та шайба. 47, 48, 49 - типові вакуумні ущільнення на вводах. Катод 1 може бути виконаним у вигляді труби із матеріалу, що випаровується, наприклад із титану ВТ-1, яка має довжину 1000-6000 мм, діаметр зовнішній 4-120 мм, діаметр внутрішній 1020 мм. Струмопідводи 2 та 3 являють собою нержавіючі труби, що закріплені на торцях катода 1, які водночас застосовують для підводу та відводу охолоджуючої рідини через катод 1. Електричний ланцюг через вторинні обмотки 14 та 18 керуючих трансформаторів 15 та 19 та електричні вентилі 6, 7, 10, 11 забезпечують симетричне підключення негативного виводу 22 джерела 23 постійної напруги електроживлення дуги до струмопідводів 2 та 3 катода 1. Електричні вентилі 6, 7, 10, 11 можуть бути виконані на діодах типу Д-161-320-14. Як джерело постійної напруги електроживлення дуги 23 може бути використаним зварювальний випрямовувач ВДУ-506. Як анод 25 може бути застосована камера вакуумної установки або додаткові електроди. Датчики 12 та 13 виконані у вигляді стрижнів із нержавіючої сталі, що закріплені на електричному екрані (цифровою позицією не зазначений) та ізольовані від нього. Комутатори 28 та 29 можуть бути виконані на тиристорних модулях типу МТОТО/3-80-12. Керуючі трансформатори 15 та 19 можуть бути типу ОСМ1-2,5 (з перемотаною вторинною обмоткою, яка має середню точку). Регулятори перемінного струму напруги 30 та 31 можуть бути типу АОМН-40-220-75. Блок підпалювання 34 формує високовольтний імпульс і може бути виконаним за будь-якою існуючою схемою. Вищеописані складові елементи запропонованого електродугового випарника наведені нижче у вигляді специфікаційного переліку. 1 - протяжний (порожнистий) витрачуваний катод 2 - струмопідвід (лівий) катода 1 3 - струмопідвід (правий) катода 4 - анод електричного вентиля 6 5 - анод електричного вентиля 7 6 - електричний вентиль 7 - електричний вентиль 8 - анод електричного вентиля 10 9 - анод електричного вентиля 11 10 - електричний вентиль 11 - електричний вентиль 12 - катод вентиля 6 13 -анод вентиля 7 14 - вторинна обмотка керуючого трансформатора 15 15 - керуючий трансформатор 16 - катод вентиля 10 17- катод вентиля 11 18 - вторинна обмотка керуючого трансформатора 19 19 - керуючий трансформатор 20 - середня точка вторинної обмотки 14 керуючого трансформатора 15 21 - середня точка вторинної обмотки 18 керуючого трансформатора 19 22 - негативний вивід джерела 23 постійної напруги електроживлення дуги 23 - джерело постійної напруги електроживлення дуги 24 - позитивний вихід джерела 23 25 - анод (вакуумна камера) 26 - датчик (для регулювання) положення катодної плями 27 - датчик (для регулювання) положення катодної плями 28 - комутатор 29 - комутатор 30 - регулятор перемінного струму 31 - регулятор перемінного струму 32 - первинна обмотка керуючого трансформатора 15 33 - первинна обмотка керуючого трансформатора 19. 34 - блок підпалювання (підпалюючий електрод) 35 - негативний вивід блока підпалювання 34 36 - позитивний вивід блока підпалювання 34 37- керамічний резистор 3 UA 77171 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 38, 39 - механічні вузли, які забезпечують переміщення катода 1 у вертикальному напрямку або у горизонтальному напрямку відносно анода 25 40 - вивід катода 1 41 - клема струмовідводу 42 - вакуумний ввід (верхня та нижня ізоляційні втулки, гумова прокладка, гайка -цифровими позиціями не зазначені) 43 - плита з пазами 44 - фланець анода (вакуумної камери) зі шпильками 45 - гумове ущільнення 46 - гайка та шайба 47, 48, 49 - типові вакуумні ущільнення на вводах. Запропонований електродуговий випарник металів та сплавів працює наступним чином. У вакуумну камеру (анод) 25 встановлюють деталі або вироби для нанесення на них покриття. Електродуговий випарник підключають до джерела постійної напруги електроживлення дуги 23 подають напругу холостого ходу між катодом 1 та анодом 25. Включають блок підпалювання дугового розряду 34 - при включенні блока 34 формується високовольтний імпульс, який пробиває іскру на поверхні кераміки керамічного резистора 37, при цьому ініціюється виникнення електричної дуги між катодом 1 та анодом 25 (в атмосфері азоту) - в області правого струмопідводу 3. При проходженні утвореної катодної плями в області струмовідводу 3, де ініційовано виникнення електричної дуги, сигнал керування з датчика 26 надходить на комутатор 28, який включає регулятор перемінної напруги (перемінного струму) 30 керуючого трансформатора 15. Керуючий трансформатор 15 через електричні вентилі 6 та 7 подає негативний потенціал на струмовідвід 2, у результаті чого з'являється (виникає) асиметрія у розподіленні напруги електричного поля по довжині катода 1 та анода 25, унаслідок чого катодна пляма переміщується у області лівого струмовідводу 2. При досягненні катодної плями струмовідводу 2 на датчику 27 з'являється сигнал керування, який надходить на комутатор 29, який включає регулятор перемінної напруги (перемінного струму) 29 керуючого трансформатора 19. Керуючий трансформатор 19 через електричні вентилі 10 та 11 подає негативний потенціал на струмовідвід 3, і катодна пляма переміщується в область правого струмовідводу 3. Таким чином забезпечується зворотно-поступальне переміщення катодної плями повздовж катода 1. Крім того, за допомогою регуляторів 16 та 17 можна змінювати швидкість переміщення катодної плями дуги повздовж катода 1. Механічні вузли 38 та 39 забезпечують рух катода 1 відносно анода 25 у вертикальному або у горизонтальному напрямках. Конструкція кожного механічного вузла 38 та 39 дозволяє виконувати переміщення катода 1 у вертикальному напрямі за допомогою верхньої та нижньої втулок, гумової прокладки та гайки вакуумного вводу 42, а переміщення катода 1 у горизонтальній площині виконується за допомогою плити 43 з пазами та гайки з шайбою 46. В процесі здійснення нанесення металів, сплавів на деталі, на вироби запропонованим електродуговим випарником досягається одержання абсолютно рівномірного покриття цих деталей, виробів металами або сплавами. Сукупність усіх ознак запропонованого електродугового випарника при його використанні, застосуванні дозволяє одержати технічний результат - поліпшити технологічні можливості, підвисити однорідність обробки поверхні виробів, а також поширити асортимент сучасних електродугових випарників металів та сплавів При експлуатації запропонованого випарника проявляються нові властивості цього технічного рішення, обумовлені введенням його нових ознак, в результаті яких проявляються його внутрішні властивості, які забезпечують поліпшення технологічних можливостей цього пристрою, абсолютну однорідність обробки поверхні виробів за рахунок нових ознак, а саме - за рахунок наявності двох комутаторів, двох регуляторів перемінного струму (перемінної напруги), двох керуючих трансформаторів, електричних вентилів, які попарно об'єднані катодами через вторинні обмотки трансформаторів, об'єднання середніх точок вторинних обмоток керуючих трансформаторів, що підключені до негативного виходу (клеми) джерела (постійної напруги) електроживлення дуги (дугового розряду), виконання електродугового випарника з можливістю переміщення катода у вертикальному або у горизонтальному напрямках відносно анода за рахунок наявності особливих конструктивних елементів. У поєднанні ці ознаки, їх нова сукупність призвели до одержання несподіваного ефекту регулювання, що обумовлює нанесення покрить з великим ступенем рівномірності по всій поверхні виробу. Ймовірно, оптимальний режим здійснення абсолютно рівномірного покриття при застосуванні запропонованого випарника обумовлений досягненням рівномірної рекомбінації частинок випаровуваного матеріалу (молекул титану) та молекул азоту в процесі кумулятивного 4 UA 77171 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 електромагнітного впливу та утворенням іонно-молекулярних зв'язків взаємодіючих середовищ, парів і плазми металу - з оптимальною інтенсивністю енергій і напрямком їх руху, при цьому не утворюються неелектропровідні сполучення. Застосування у запропонованому пристрої симетричного струмовідводу до торців довгомірного катода через електричні вентилі, які розташовані у вторинних обмотках керуючих трансформаторів, при цьому у залежності від місцезнаходження катодної плями на поверхні катоду, що визначається датчиками положення по сигналу, з яких через комутатори відбувається керування регуляторами перемінної напруги первинних обмоток керуючих трансформаторів, що відповідають за переміщення катодної плями, забезпечення переміщення катода у вертикальному та горизонтальному напрямках у поєднанні дозволяють здійснювати регульоване переміщення катодної плями дугового розряду по катоду і, відповідно - якісне, рівномірне нанесення покриття металів або сплавів на поверхню виробів. При використанні електродугового випарника технічний результат посилюється за рахунок наявності саме двох струмопідводів, до кожного з яких підключені об'єднані аноди електричних вентилів, підключення катодів електричних вентилів до вторинної обмотки керуючого трансформатора, об'єднання середніх точок вторинних обмоток керуючих трансформаторів та підключення їх до негативного виводу джерела постійної напруги електроживлення дуги, певне встановлення датчиків положення катодної плями, комутаторів, регуляторів перемінного струму, джерела підпалювання у вигляді блока підпалювання, що з'єднаний позитивним виводом через об'єднані середні точки вторинних обмоток керуючих трансформаторів та електричних вентилів з струмовідводами та через негативний вивід - з керамічним резистором. Запропонований електродуговий випарник металів та сплавів для нанесення покрить у вакуумі виготовлений у промислових умовах, проведені його широкі експериментальновиробничі випробування, які показали промислову здатність цього випарника, його високу ефективність при використанні: випробувальне покриття деталей, виробів (1000 одиниць на один катод) з застосуванням такого електродугового випарника були здійснені з високою точністю регулювання процесу і з одержанням абсолютної рівномірності покрить. Можливість виробництва створеного пристрою поширює асортимент сучасних електродугових випарників металів та сплавів. Джерела інформації: 1. Авторське свідоцтво СРСР № 1802550, м.кл. С23С 14/56, заявл. 28.05.1987, публ. 15.12.1994. 2. Патент Російської Федерації на винахід № 2186874, м.кл. С23С 14/35, публ. 10.08.2002. 3. Патент Російської Федерації на винахід № 2186874, м.кл. С23С 14/32, публ. 24.04.1997. 4. Патент України на корисну модель № 1995, м.кл. С23С 14/32, публ. 15.09.2003 бюл. № 9. 5. Патент України на винахід № 86841, м.кл. С23С 14/00, публ. 25.05.2009 бюл. № 10. 6. Патент Російської Федерації на винахід № 2059737, м.кл. С23С 14/35, публ. 10.06.1996 найближчий аналог. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Електродуговий випарник металів та сплавів для нанесення покрить у вакуумі, виконаний із матеріалу, що випаровується, містить протяжний витрачуваний катод, анод, джерело підпалювання електродуги, з'єднане з анодом джерело постійної напруги електроживлення дуги, струмопідводи, засіб визначення положення катодної плями у вигляді датчиків поточного положення катодної плями, який відрізняється тим, що він містить два комутатори, два регулятори перемінного струму, два керуючих трансформатори, електричні вентилі, які попарно об'єднані катодами через вторинні обмотки керуючих трансформаторів, при цьому середні точки вторинних обмоток керуючих трансформаторів об'єднані та підключені до негативного виходу джерела постійної напруги електроживлення дуги, крім того, електродуговий випарник виконаний з можливістю переміщення катода у вертикальному або у горизонтальному напрямках відносно анода за рахунок наявності механічних вузлів, кожен з яких закріплений на виході катода. 2. Електродуговий випарник за п. 1, який відрізняється тим, що він містить два струмопідводи, до кожного з яких підключені об'єднані аноди електричних вентилів. 3. Електродуговий випарник за п. 1, який відрізняється тим, що катоди електричних вентилів підключені до вторинної обмотки відповідного керуючого трансформатора. 4. Електродуговий випарник за п. 1, який відрізняється тим, що середні точки вторинних обмоток керуючих трансформаторів об'єднані та підключені до негативного виводу джерела постійної напруги електроживлення дуги, позитивний вихід якого з'єднаний з анодом. 5 UA 77171 U 5 10 5. Електродуговий випарник за п. 1, який відрізняється тим, що на кінцях протяжного витрачуваного катода розташовані датчики положення катодної плями, вихід кожного з яких з'єднаний з виходом відповідного комутатора. 6. Електродуговий випарник за п. 1, який відрізняється тим, що вихід кожного комутатора зв'язаний з відповідним регулятором перемінного струму. 7. Електродуговий випарник за п. 1, який відрізняється тим, що кожен регулятор перемінного струму підключений до первинної обмотки відповідного керуючого трансформатора. 8. Електродуговий випарник за п. 1, який відрізняється тим, що джерело підпалювання виконано у вигляді блока підпалювання, який з'єднаний негативним виводом через об'єднані середні точки вторинних обмоток керуючих трансформаторів та електричних вентилів зі струмовідводами і через позитивний вивід цей блок підпалювання з'єднаний з керамічним резистором. 9. Електродуговий випарник за п. 1, який відрізняється тим, що кожен механічний вузол виконаний у вигляді металевої плити з пазами та закріпленими на ній гумовими ущільненнями. 6 UA 77171 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7