Анодный узел устройства для обработки изделий с использованием плазмы газового разряда

 

Использование: в машиностроении при обработке изделий в вакууме, в частности в установках для нагрева и комплексной обработки изделий в газовой ступени плазмы двухступенчатого вакуумно-дугового разряда. Сущность изобретения: анод выполнен из электроизолированных секций, соединенных через индивидуальные токоподводы с выводами фаз многофазного источника переменного тока. Общая точка соединенных звездой фаз источника соединена с землей и положительным полюсом источника постоянного тока. Отрицательный полюс последнего соединен с катодом разряда. Это повышает однородность обработки за счет обеспечения возможности изменения положения области плазмы с повышенной плотностью по заданной траектории. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области обработки изделий в вакууме и может быть использовано в установках для нагрева и комплексной обработки изделий в газовой плазме двухступенчатого вакуумнодугового разряда.

Известен анодный узел устройства для обработки изделий с использованием плазмы газового разряда, содержащий анод, средства электропитания разряда в виде источников постоянного тока и средство соединения анода с источником постоянного тока.

Недостатком известного анодного узла является то, что при использовании анодных узлов вышеописанной конструкции в установках для вакуумно-плазменной обработки изделий в плазме газового разряда (например, при химико-технической обработке, обжиге, нанесении тонкопленочных покрытий) невозможно осуществить равномерную обработку изделий по всей поверхности обработки в связи с тем, что в процессе работы электрическое поле анода постоянно сконцентрировано в одной определенной зоне установки. Это не позволяет управлять областью плазмы повышенной плотности путем изменения положения этой области относительно обрабатываемой поверхности изделий. На участках изделий, расположенных в зоне с повышенной плотностью плазмы, обработка ведется более интенсивно, что вызывает неоднородность обработки поверхности в целом.

Цель изобретения повышение однородности обработки за счет обеспечения возможности изменения положения области плазмы с повышенной плотностью по заданной траектории.

Поставленная цель достигается тем, что в анодном узле устройства для обработки изделий с использованием плазмы газового разряда, содержащем анод, средства электропитания разряда и средство соединения анода со средствами электропитания, анод выполнен в виде расположенных по замкнутому контуру электроизолированных одна от другой секций с индивидуальными средствами соединения со средствами электропитания в виде токоподводов. В качестве средств электропитания разряда использованы источник постоянного тока и многофазный источник переменного тока, фазы которого соединены "звездой". Выводы фаз соединены с соответствующими токоподводами к секциям анода. Общая точка "звезды" связана с "землей" и с положительным полюсом источника постоянного тока, отрицательный полюс которого выполнен с клеммой для соединения с катодом разряда. Целесообразно между выводами фаз многофазного источника переменного тока и соответствующими токоподводами к секциям анода устанавливать выпрямительные элементы.

На фиг.1 изображен анодный узел устройства для обработки изделий с использованием плазмы газового разряда; на фиг.2 вариант использования заявляемого узла в установке для вакуумно-плазменной обработки изделий, в частности установке для азотирования.

Анодный узел содержит анод 1, выполненный преимущественно из трех расположенных по замкнутому контуру, изолированных одна от другой секции 2 с индивидуальными токоподводами 3. Используемый в качестве многофазного источника переменного тока трехфазный трансформатор 4, подключенный к сети 5 переменного тока, и источник 6 постоянного тока выполняют функцию средств электропитания двухступенчатого вакууамно-дугового разряда (ДВДР). Трехфазный трансформатор 4 соединен с индивидуальными токоподводами 3 к секциям 2 анода 1, преимущественно через выпрямительные элементы 7. Общая точка соединения фаз трансформатора 4 и положительный полюс источника 6 постоянного тока соединены с "землей" преимущественно через диод 8. При использовании описанного анодного узла в установке для вакуумно-плазменной обработки изделий 9 общая точка соединения фаз трансформатора 4 и положительный полюс источника 6 выведены на корпус вакуумной камеры 10. Положительный полюс источника 6 соединен с интегрально-холодным катодом 11 двухступенчатого вакуумно-дугового разряда.

Работа анодного узла рассмотрена на примере использования его в установке для азотирования, которая содержит цилиндрическую вакуумную камеру 10, в которой на верхнем фланце установлен катод 11 ДВДР и непроницаемое для ионов металла средство 12. На нижнем фланце камеры установлены три изолированных секции 2 анода 1 с токоподводами 3. Вдоль цилиндрической внутренней поверхности камеры установлены омический нагреватель 13 и тепловые экраны 14. Электропитание ДВДР производится от источника 6 постоянного тока, отрицательный полюс которого соединен с катодом 11, а положительный полюс с вакуумной камерой 10 через диод 8. Секции 2 анода 1 через выпрямительные элементы 7 соединены с выводами вторичной обмотки трехфазного трансформатора 4.

Азотирование проводится при давлении азота в камере 10^-1 Па. Изделия 9 с помощью омического нагревателя 13 прогреваются до температуры 500^оС. После достижения рабочей температуры включается источник 6 постоянного тока и возбуждается ДВДР между катодом ДВДР и вакуумной камерой. Включая трансформатор, подают выпрямленное напряжение на секции 2 анода 1. Происходит возбуждение газовой ступени ДВДР в объеме вакуумной камеры 10. На каждой из секций анода появляется выпрямленное пульсирующее напряжение с частотой 50 Гц. С такой же частотой происходит перемещение области с максимальной плотностью плазмы внутри объема. Благодаря этому изделия 9 подвергаются однородной обработке, что способствует образованию однородного по толщине диффузионного слоя на поверхности изделия, установленного по периферии камеры 10. Необходимая толщина слоя определяется временем обработки, рабочей температурой, током ДВДР.

Формула изобретения

1. АНОДНЫЙ УЗЕЛ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАЗМЫ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА, содержащий анод, средства электропитания разряда и средство соединения анода со средствами электропитания, отличающийся тем, что анод выполнен в виде расположенных по замкнутому контуру электроизолированных одна от другой секций с индивидуальными средствами соединения со средствами электропитания в виде токопроводов, средства электропитания разряда выполнены в виде источника постоянного тока и многофазного источника переменного тока, фазы которого соединены звездой, выводы фаз источника переменного тока соединены с соответствующими токоподводами к секциям анодов, общая точка звезды заземлена и связана с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательный полюс выполнен с клеммой для соединения с катодом разрядного устройства.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что он снабжен выпрямительными элементами, установленными между выводами фаз многофазного источника переменного тока и соответствующими токоподводами к секциям анода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2