Устройство электродугового испарения металлов

 

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий и может быть использовано в машиностроении при нанесении покрытий различного назначения преимущественно на длинномерные изделия. Цель - улучшение условий эксплуатации . Сущность изобретения: в вакуумной камере 2, которая является одновременно анодом эпектродугового испарителя установлены протяженный расходуемый катод 1 из испаряемого материала с токоподводами 3 и 4 на концах Напротив поверхности испарения катода 1 установлено изделие 3. В цепи токоподводов 3 и 4 к катоду 1 установлены управляемые ключи 6 и 7 с системами их упрааляения Токоподводы к катоду подключены к входу блока управления положением катодного пятна, а блок управления выполнен с преобразователем напряжения управляемым выходным сигналом блока сравнения и подключенным входом к выходу источника управляющего напряжения а выходом к одному из входов блока сравнения другой вход которого подключен к входу блока управления 1 ил.

(19) RU (11) (51) 5 С 23 С 14 32

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ЗСЕСЩфщц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Я-;",, ": - -. ив

К ПАТЕНТУ

ЬЭ

С) О

1 (21) 4931910/21 (22) 29.04.91 (46) 30.10.93 Бюл М 39-40 (71) Научно-производственное предприятие

"Новатех" (73) Научно-производственное предприятие

"Новатех" (54) УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ИСПАРЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий и может быть использовано в машиностроении при нанесении покрытий различного назначения преимущественно на длинномерные изделия Цель — улучшение условий эксплуатации Сущность изобретения: в вакуумной камере 2, которая является одновременно анодом электродугового испарителя установлены протя>кенный расходуемый катод 1 из иснаряемого материала с токоподводами 3 и 4 на концах. Напротив поверхности испарения катода 1 установлено изделие 3. В цепи токоподводов 3 и 4 к катоду 1 установлены управляемые ключи 6 и T с системами их управляения. Токоподводы к катоду подключены к входу блока управления положением катодного ля на, а блок управления выполнен с преобразователем нэпряженит управляемым выходным сигналом блока сравнения и подключенным входом к выходу источника управляющего напряжения а выходом к одному из входов блока сравнения, другой вход которого подключен к входу блока управления

1 ил.

2001971

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий и может быть использовано в машиностроении при нанесении покрытий различного назначе ия, преимущественно на длинномерные иэделия. Наиболее предпочтительно использовать устройство для испарения металлов, обладающих высоким удельным сопротивлением, таких как титан, цирконий, нержавеющая сталь и др.

Известно устройство для электродугового испарения металлов, предназначенное для нанесения покрытий на протяженные изделия, содержащее камеру-анод, в которой расположен протяженный катод с токоподводами на концах, соединенными с управляющими ключами, подсоединенными к источнику электропитания, соединенному с камерой-анодом, средства управления ключами, блок управления положением катодного пятна, с входом которого соединены токоподводы для датчика положения катодного пятна, а с выходом— средства управления ключами. Для получения однородных по толщине покрытий вынуждают катодное пятно сканировать по всей длине поверхности испарения катода, а изделие перемещают в направлении, нормальном продольной оси катода, Сканирование катодного пятна по катоду осуществляется с помощью электрических ключей, установленных в цепи токоподводов на концах катода. Катодное пятно дуги под воздействием магнитного поля тока, текущего по катоду, всегда движется в сторону включенного ключа. Когда катодное пятно достигает конца катода, в цепи концевого датчика, расположенного у конца катода, возникает электрический, сигнал, который через средства управления воздействуют на ключи в цепях токоподводов, переключая их. Катодное пятно при переключении ключей начинает двигаться в противоположном направлении, Недостатком этого устройства является то, что катодное пятно совершает возвратно-поступательное движение по всему катоду с равномерной скоростью и не представляется возможным регулировать местоположение катодных пятен по катоду с це ью получения покрытий переменной толщины по длине изделия или однородных по толщине покрытий на поверхности протяженного изделия.

Целью изобретения является повышение удобства эксплуатации при получении на изделиях покрытия заданной толщины, Цель достигается тем, что в устройстве злектродугового испарения металлов для нанесения покрытий, содержащем камеру5

55 анод, в которой расположен протяженный катод в токоподводами на концах, соединенными с управляемыми ключами, подсоединенными к источнику электропитания, соединенному с камерой-анодом. средства управления ключами. блок управления положением катодного пятна, с входом которого соединены токоподводы для датчика положения катодного пятна, а с выходом средства управления ключами, согласно изобретению блок управления положением катодного пятна выполнен в виде узла сравнения и соединенных с его соответствующими входами преобразователя напряжения и источника управляющего напряжения, концы катода соединены с токоподводами для датчика положения катодного пятна, подсоединенными через преобразователь напряжения к входу узла сравнения, выход которого соединен со средствами управления ключами и с преобразователем напряжения, Сущностью технического решения является то. что в устройстве каждому положению катодного пятна на катоде соответствует два различных значения напряжения на концах катода, который помимо своей основной функции — катода выполняет функциюдатчика текущего положения катодного пятна. Эти два значения напряжения, численно равные 4 и U-U, зависят от того. какой в данный момент включен ключ в целях токоподводов к катоду

Ux = Ip+ и.. à -(U — Ux) = Ip(R — гх), где U» — напряжение на участке катода между катодным пятном и концом катода;

U — максимальное напряжение, снимаемое с датчика-катода:

tp — ток разряда;

R — полное сопротивление катода;

rx — сопротивление на участке катода между катодным пятном и концом катода.

На чертеже изображена схема устройства.

Протяженный катод 1 расположен внутри вакуумной камеры-анода 2. Обрабатываемые протяженные изделия 3 установленные между катодом I и внутренними стенками вакуумной камеры 2. Катод имеет на концах токоподводы 4 и 5. 8 цепи токоподводов 4 и 5 установлены ключи 6 и 7 со средствами 8 и 9 их управления соответственно. Электропитание устройства осуществляется от источника 10 питания. К токоподводам 4 и 5 к катоду 1 подключен вход преобразователя 11 напряжения, состоящего из операционного усилителя 12, резистора 13 нагрузки и источника 14 напряжения. Выход последнего соединен с

2001971

45

55 ключами 15 и 16 преобразователя 11, в состав которого входят средства 17 и 18 управления ключами соответственно. Выходы преобразователя через ключи 15 и 16 подсоединены к одному из входов операционного усилителя 19, к другому входу которого подключен источник 20 управляющего напряжения, Работает устройство следующим образом.

Между катодом 1 и вакуумной камерой

2 возбуждается электрический разряд. Для получения однородного по толщине покрытия на поверхности протяженного иэделия вынуждают катодное пятно вдоль продольной оси катода, Схема управления движением катодного пятна вдоль продольной оси катода работает следующим образом.

При включении ключа 6 катодное пятно движется в сторону токоподвода 4. Напряжение на концах катода составляет Ux =-1рх

xrx. Это напряжение поступает на вход преобразователя 11 напряжения. На нагруэочном резисторе 13 появляется напряжение

Urlp = К 1.4, Гдв Олр — НаПряжЕНИЕ На ВЫХОде преобразователя 11; к — коэффициент усиления. Это напряжение через замкнутый ключ 15 поступает на вход операционного усилителя 19, На второй вход операционного усилителя поступает напряжение от источника 20 управляющего напряжения Оу р, Если к Ux — Оулр > О, включен ключ 7, если к Оулр < О, включен ключ 7. Катодное пятно движется по катоду в направлении токоподвода 4, пока не включится ключ 7 и не выключится ключ 6, При включении ключа 7 напряжение на концах катода скачком меняется до значения U — Ux = ip(R — rx), В это время отключается ключ 15 и включается ключ 16, На выходе преобразователя образуется напряжение Unp = к (U) — Ux) + Ои (Ои — это напряжение источника 14 питания. U>4 по

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОДУГОВОГО

ИСПАРЕНИЯ МЕТАЛЛОВ для нанесения покрытий, содержащее камеру-анод, в которой расположен протяженный катод с токоподводами на концах, соединенными с управляемыми ключами, подключенными к источнику электропитания. соединенному с камерой-анодом, средство управления ключами, блок управления положением катодного пятна, с входом которого соединены токоподводы для датчика положения катодного пятна, а с выходом - средство управления ключами, отличающееся тем, 5

Зг1

35 величине подбирается равным кО. Таким образом U

Для проверки работоспособности системы был изготовлен электродуговой испаритель. Катод электродугового испарителя был изготовлен из трубы С Т1х18Н10Т. Наружн ый диаметр которой 60 мм, внутренний

50 мм, длин 1000 мм.

По трубе пропускалась охлаждающая ее вода. Полное сопротивление трубы составляло 1 10 Ом. При токе разряда 250 А максимальное напряжение, снимаемое с концов катода, составляет 0,25 В, В качестве управляемых ключей использовались тиристорные группы (по три тиристора в каждой группе), входящие в состав выпрямителя по схеме сравнения Ларионова. Преобразователь напряжений и устройств сравнения сигналов построены на микросхеме К14ОУД15, в качестве управляемых ключей 15 и 16 использованы герконовые реле. Эксперимент показал, что при токе

200 А область перемещения катодных пятен составляет примерно 100 мм и неуправляемые колебания этой области составляют плюс-минус 40 мм. Минимальный ток стабильногоо горения дуги составляет примерно

100 А.

Поск0льку в данном устройстве функции да гчика текущего положения катодного пятна выполняет катод, то отпадаег необходи вость в el o периодической очистке. (56) Авторское свидетельство СССР

N. 461163. кл. С 23 С 14/32, 1975.

Отчет об опытно-экспериментальной работе. Комплексная ионно-плазменная обработка режущего инструмента иэ быстрорежущих сталей. Харьков, 1989, гос. реестр

M. 2232. с. 19-23. что, с целью повышения удобства в эксплуатации при получении на иэделиях покрытий заданной толщины, блок управления положением катодного пятна выполнен в виде узла сравнения и соединенных с соответствующими его входами преобразовэ- напряжения и источника уг,::авляющего напряжения, концы катода соединены с токоподводами для датчика положения катодного пятна, подключенными через преобразователь напряжения к входу узла сравнения, выход которого соедине со средствами управления ключами и преобразователем напряжения,