Устройство для нанесения покрытий

Устройство для нанесения покрытий

Реферат

 

Использование: в устройствах, предназначенных для получения компактов струйного формообразования при изготовлении деталей, работающих в условиях высоких температур и в агрессивных средах. Сущность изобретения: взаимное перемещение источника высокоэнтальпийного газа и сопла позволяет обеспечить истечение через сопло парогазовой смеси только из зоны перегретого пара исходного материала, а конденсацию паров осуществлять в электрической части сверхзвукового сопла. Тем самым обеспечивается получение на выходе сверхзвукового потока газа-носителя с частицами ультрамелких размеров и узкой фракции. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к получению покрытий, в частности к устройствам, предназначенным для получения компактов струйного формообразования при изготовлении деталей, работающих в условиях высоких температур и в агрессивных средах, и может быть использовано в машиностроении, электронной промышленности и в приборостроении. Целью изобретения является повышение качества покрытий за счет уменьшения размеров наносимых частиц разброса фракционного состава и повышения однородности свойств. На чертеже представлена схема устройства для нанесения покрытий. Устройство содержит корпус 1, представляющий собой водоохлаждаемую камеру прямоугольного или круглого сечения, внутренние стенки которой имеют тепловую защиту в виде ряда радиационных экранов или футеровки 2 из материала, обладающего высокими теплозащитными свойствами. В верхней части корпуса испарителя установлен источник высокоэнтальпийного газа или плазмы в виде, например, плазматрона 3. Источник установлен в корпусе с помощью подвижных уплотнений 4, обеспечивающих перемещение его вдоль оси с сохранением герметичности внутреннего объема корпуса. В нижней части корпуса установлен тигель 5 с исходным материалом покрытия. Тигель расположен соосно с плазматроном 3 и имеет систему подачи исходного материала (во внутреннюю полость испарителя). Материал в виде, например, прутка может подаваться извне с переменной скоростью, что позволяет варьировать положение поверхности испарения. Контроль за ходом испарения материала из тигля осуществляется визуально через окно в боковой стенке корпуса. Плазматрон 6 установлен в боковой стенке корпуса испарителя соосно с соплом 7. Он как и плазматрон 3, может перемещаться вдоль своей оси. Дополнительный плазматрон 6 предназначен для прогрева внутренней поверхности футеровки 2 и сопла 7, особенно если оно неохлаждаемое и выполнено из тугоплавкого материала. Испаритель с тиглем 5 и источником высокоэнтальпийного газа представляет собой дозвуковую часть сверхзвукового сопла 7. Сопло 7 установлено в боковой стенке испарителя и так же, как плазматрон 3 может перемещаться. Конструктивно сопло 7 состоит из входной части с критическим сечением и профилированной закритической зоной, из цилиндрической закритической части, формирующей двухфазный сверхзвуковой поток. Входная часть сопла может быть выполнена охлаждаемой или неохлаждаемой и в случае выхода из строя может быть легко заменена. Цилиндрическая часть сопла водоохлаждаемая, закреплена в корпусе и герметизирована уплотнениями. Испаритель прикреплен к рабочей камере 8, откачиваемой вакуумной системой 9, снабженной устройством 10 для фильтрации отбойного порошка. Внутри камеры размещен водоохлаждаемый манипулятор 11, позволяющий укрепить неподвижно или перемещать в пространстве обрабатываемые детали, а также подавать на них отрицательный потенциал от автономного источника постоянного напряжения. Система 12 подачи реакционноспособного газа состоит из баллона, вентилей и трубопроводов и обеспечивает подачу реакционноспособной среды как во внутреннюю полость испарителя, так и в рабочую камеру 8. Устройство для нанесения покрытий работает следующим образом. Исходный материал покрытия (металл, полупроводник или диэлектрик) в виде слитка, порошка, расплава и тому подобное) закладывают однократно или подают непрерывно в тигель 5. Поднимают плазматрон 3 вверх, включают плазматрон 6 и, перемещая его вдоль оси, прогревают расположенные внутри корпуса 1 испарителя теплозащитные экраны или внутреннюю поверхность футеровки 2, а также сопло, особенно если входная часть его выполнена неохлаждаемой из тугоплавкого материала. С помощью такого предварительного прогрева внутренней полости испарителя уменьшают конденсацию на ее поверхностях паров исходного материала на начальном этапе рабочего процесса. Выключают плазматрон 6 и включают плазматрон 3. Контролируя процесс через смотровое окно, направляют поток высокоэнтальпийного газа или плазмы на исходный материал, испаряют его и пары перегревают до ненасыщенного состояния. Необходимые условия для образования ненасыщенного пара в объеме испарителя создают путем регулирования режима работы плазматрона 3, исключая таким образом возможность конденсации паров в дозвуковой части сверхзвукового сопла. Образованную таким образом ненасыщенную парогазовую смесь направляют в сопло 7, которое перемещают в осевом направлении так, чтобы дозвуковая его часть находилась в той температурной зоне парогазовой смеси, где пары находятся в перегретом состоянии. В сверхзвуковой части сопла парогазовую смесь ускоряют до сверхзвуковой скорости, одновременно понижая температуру и давление парогазовой смеси. При этом пары исходного материала покрытия переводят в перенасыщенное состояние, которое необходимо для полной (без остатка) спонтанной конденсации их в потоке газа и образования ультрадисперсных частиц с одинаковой совокупностью определяющих свойств (размер, форма, скорость, температура, структура и т.д.). Получение частиц с одинаковыми свойствами обеспечивают тем, что в любом поперечном сечении профилированного сверхзвукового сопла значения давления, скорости и температуры в струе одинаковы во всех точках площади сопла (за исключением узкого пристеночного пограничного слоя). Образованный таким образом двухфазный сверхзвуковой поток направляют на поверхность обрабатываемых изделий. Изделия закрепляют на водоохлаждаемом манипуляторе 11 и при нанесении покрытий перемещают их в пространстве, чем обеспечивают равномерное осаждение слоя покрытия на изделиях сложной формы. При этом на изделие подают отрицательный потенциал от автономного источника постоянного напряжения и покрытие осаждают в условиях ионной бомбардировки. При необходимости с помощью системы 12 подают газ - реагент, предварительно подогревая его, через плазматрон 6 с целью интенсификации прохождения плазмохимических реакций. Таким образом, испаряя из тигля, например, титан и подавая в испаритель азот, можно осаждать покрытия, например, из нитрида титана. По сравнению с известным данное устройство позволяет повысить качество покрытий, так как взаимное перемещение источника высокоэнтальпийного газа и сопла 7 позволяет обеспечить истечение через сопло 7 парогазовой смеси только из зоны перегретого пара исходного материала, а конденсацию паров осуществлять в электрической части сверхзвукового сопла 7. Тем самым обеспечивается получение на выходе сверхзвукового потока газа-носителя с частицами ультрамелких размеров и узкой фракции. Покрытия, получаемые осаждением таких частиц, обладают существенно более высокими свойствами по всем определяющим их параметрам. (56) Авторское свидетельство СССР N 1575919, кл. Н 05 В 7/22, 1988. Патент Великобритании N 2093484 А, кл. С 23 С 13/12, 1981.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, содержащее корпус и размещенные в нем нагреватель, тигель с исходным материалом наносимого покрытия и выходное сопло, отличающееся тем, что, с целью повышения качества покрытий за счет уменьшения размеров наносимых частиц, разброса фракционного состава и повышения однородности свойств покрытия, нагреватель выполнен в виде автономного источника высокоэнтальпийного газа или плазмы, а сопло установлено в корпусе с возможностью перемещения относительно источника газа или плазмы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным автономным подвижным источником высокоэнтальпийного газа или плазмы, размещенным в корпусе соосно с соплом.

РИСУНКИ

Рисунок 1