Установка плазменного напыления

Изобретение относится к технике нанесения покрытий, а именно к нанесению покрытий из порошковых материалов на рабочие поверхности различных изделий, и может быть использовано для придания требуемых свойств поверхностям зубных протезов и имплантатов. Установка плазменного напыления содержит источник электрического питания, корпус с катодом и анодом, имеющим сквозное отверстие, системой подачи плазмообразующего газа, выполненной в виде отверстий, расположенных вокруг катода в держателе катода, шайбу из жаропрочного материала, систему подачи напыляемого порошкового материала. Система подачи напыляемого материала выполнена в виде отверстий. Катод и анод подключены к источнику электрического питания, а отверстие анода размещено симметрично относительно оси корпуса. Установка плазменного напыления снабжена соплом, установленным последовательно с анодом и шайбой с образованием цилиндрического канала транспортировки плазмы к системе подачи порошкового материала, расположенной в стенке сопла. Изобретение позволяет повысить качество покрытия и значительно уменьшить потери порошковых материалов. 2 ил.

 

Изобретение относится к технике нанесения покрытий, предназначено для нанесения покрытий из порошковых материалов на рабочие поверхности различных изделий и может быть использовано для придания требуемых свойств поверхностям зубных протезов и имплантатов.

Известна установка плазменного напыления, содержащая источник электрического питания, корпус с катодом и анодом, имеющим сквозное отверстие, симметричное относительно оси корпуса, системы подачи плазмообразующего газа и подачи напыляемого материала, выполненные в виде симметричного относительно оси корпуса отверстия в катоде, предназначенного для подачи плазмообразующего газа и сообщенного посредством канала транспортировки плазмообразующего газа, предназначенного для транспортирования последнего к системе подачи напыляемого порошкового материала, с радиальным отверстием, предназначенным для подачи напыляемого порошкового материала. Таким образом, обе системы выполнены с возможностью подачи напыляемого порошкового материала вместе с плазмообразующим газом в межэлектродный промежуток. Сквозное отверстие в аноде предназначено для транспортировки плазмы и порошкового материала из области электрического разряда к напыляемой поверхности. Катод и анод подключены к источнику электрического питания, в качестве которого использована электрическая сеть переменного тока напряжением 127 и 220 В. В качестве плазмообразующего газа использован аргон. Система подачи плазмообразующего газа связана через редуктор с газовым баллоном. Мощность установки составляет 100-250 Вт. Установка может быть использована в медицине для нанесения ретенционных покрытий на зубные протезы и имплантаты [см. патент RU №2071188, МПК7 В 05 В 7/22].

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к заявляемому изобретению является установка плазменного напыления, содержащая источник электрического питания, корпус с катодом и анодом, имеющим сквозное отверстие, системами подачи плазмообразующего газа и подачи напыляемого порошкового материала, выполненными в виде отверстий, расположенных вокруг катода в держателе катода, шайбу из жаропрочного материала. Катод и анод подключены к источнику электрического питания, состоящему из основного и вспомогательного источников. Шайба электрически соединена с анодом и установлена последовательно с ним с образованием электрического канала транспортировки плазмы и порошкового материала из области электрического разряда к напыляемой поверхности. В качестве плазмообразующего газа использован воздух. Установка может быть применена в условиях стоматологической лаборатории [см. патент RU №2196010, МПК7 В 05 В 7/22].

Общими недостатками описанных установок плазменного напыления являются неудовлетворительное качество получаемого покрытия и большие потери порошкового материала. Неудовлетворительное качество покрытия обусловлено неоднородностью напыляемой смеси плазмообразующего газа и порошкового материала, получаемой в условиях больших градиентов температур в области электрического разряда и поступления порошкового материала, то есть в условиях неоднородного и неравномерного нагрева порошкового материала в области электрического разряда. Большие потери порошкового материала обусловлены его оседанием на стенках корпусов в области электрического разряда и генерации плазмы, а также на внутренних поверхностях установок при дальнейшей транспортировке смеси плазмообразующего газа и порошкового материала.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения качества покрытия и снижения потерь порошкового материала.

Для достижения указанного технического результата установка плазменного напыления, содержащая источник электрического питания, корпус с катодом и анодом, имеющим сквозное отверстие, системой подачи плазмообразующего газа, выполненной в виде отверстий, расположенных вокруг катода в держателе катода, шайбу из жаропрочного материала, систему подачи напыляемого порошкового материала, выполненную в виде отверстий, причем катод и анод подключены к источнику электрического питания, а отверстие анода размещено симметрично относительно оси корпуса, снабжена соплом, установленным последовательно с анодом и шайбой с образованием цилиндрического канала транспортировки плазмы к системе подачи порошкового материала, расположенной в стенке сопла.

Повышение качества покрытия, получаемого посредством установки плазменного напыления, достигается за счет того, что введение изолированного от анода, и потому электрически нейтрального сопла, установленного последовательно с анодом и шайбой с образованием цилиндрического канала транспортировки плазмы к системе подачи порошкового материала, не изменяет состав плазмы при ее транспортировке, а после подачи порошкового материала обеспечивает перемешивание и большую однородность образовавшейся напыляемой смеси в условиях малых градиентов температур.

Снижение потерь порошкового материала достигается за счет того, что система подачи порошкового материала расположена в стенке сопла, следовательно, на малом пути транспортировки порошковый материал меньше оседает в канале транспортировки и отсутствует оседание порошкового материала в области электрического разряда.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид установки плазменного напыления, а на фиг.2 изображено сопло.

Установка плазменного напыления содержит источник 1 электрического питания, катод 2 и анод 3 со сквозным отверстием 4. Катод 2 и анод 3 размещены в корпусе 5 и подключены к источнику 1 электрического питания. В корпусе 5 расположена и система подачи плазмообразующего газа, выполненная в виде отверстий 6, размещенных вокруг катода 2 в держателе 7 катода. Сквозное отверстие 4 анода 3 расположено симметрично относительно оси корпуса 5. Последовательно с анодом 3 и шайбой 8, выполненной из жаропрочного электрически изолирующего материала, установлено сопло 9 с образованием цилиндрического канала транспортировки плазмы к системе подачи порошкового материала, выполненной в виде отверстий 10 и расположенной в боковой стенке сопла 9. Сопло 9 электрически нейтрально, так как изолировано от анода 3 шайбой 8. В качестве плазмообразующего газа может быть использован воздух.

Для загрузки порошкового материала в сопло 9 используется порошковый дозатор, выполненный, например, в виде цилиндрической емкости со шлангом, связанным с пневматическим приводом, и иглой (не показан). Доставка порошкового материала из системы подачи напыляемого порошкового материала в поток плазмы обеспечивается сжатым воздухом, который также применяется для пневматического привода иглы дозатора, продувки области электрического разряда и канала транспортировки плазмы.

Предлагаемая установка плазменного напыления работает следующим образом.

Источник 1 электрического питания обеспечивает электрической энергией функционирование всех узлов установки плазменного напыления. Мощность электрического межэлектродного дугового разряда выбирается в зависимости от температуры плавления, теплоемкости, теплопроводности, плотности, вязкости, расхода напыляемого порошкового материала, свойств обрабатываемой поверхности и других конкретных факторов. Включается источник 1 электрического питания, и между катодом 2 и анодом 3 возбуждается электрический разряд. В зависимости от требуемой мощности устанавливается ток электрического питания и расход плазмообразующего газа. Через отверстия 6 в держателе 7 катода подается плазмообразующий газ в область электрического разряда между катодом 2 и анодом 3. Воздух проходит через область образования плазмы между катодом 2 и анодом 3 и становится ионизированным. В область электрического разряда и образования плазмы между катодом 2 и анодом 3 порошковый материал не подается. Плазмообразующий газ в виде плазменной струи проходит через отверстие 4 в аноде 3, через отверстие шайбы 8, попадает в сопло 9, где захватывает порошковый материал, поступающий через отверстия 10, выполненные в стенке сопла 9. Отверстиями анода 3, шайбы 8 и сопла 9 образован цилиндрический канал транспортировки плазмы. Плазма локализуется в объеме канала транспортировки плазмы, который обеспечивает обмен энергией между составляющими плазменного потока и порошковым материалом, способствует равномерной подаче порошкового материала во все области плазменного потока, концентрирует и направляет энергию плазменного потока в направлении обрабатываемой детали. Цилиндрическим каналом транспортировки плазмы стабилизируется поток плазмы. Порошковый материал загружается в сопло 9 через отверстия 10 в стенке сопла 9 с помощью порошкового дозатора. Подача порошкового материала осуществляется в радиальных направлениях относительно оси сопла 9, в плоскости, перпендикулярной направлению потока плазмы. Доставка порошкового материала в поток плазмы производится сжатым воздухом. Расход порошкового материала для напыления зависит от размера дозатора, выходного отверстия иглы дозатора и параметров потока сжатого воздуха.

Пример. Была изготовлена установка плазменного напыления, предназначенная для нанесения ретенционных покрытий на зубные протезы и имплантанты. Проведено сопоставление качества покрытия, нанесенного путем подачи порошкового материала в область электрического разряда, с качеством покрытий, нанесенных путем внесения порошкового материала через отверстия в стенке сопла. Покрытия наносились на одинаково ровные поверхности, а сопоставление неоднородности покрытий осуществлялось по отклонению электрических токов в цепи фотоэлемента с реакцией на отраженный от нанесенного на поверхность покрытия свет. Покрытие, нанесенное путем поступления порошкового материала через отверстия в стенке сопла, давало на 7% меньшие колебания электрического тока в цепи фотоэлемента при сканировании поверхности фотоэлементом. При этом вес нанесенного покрытия оказался на 11% больше, что указывает на сокращение потерь напыляемого порошкового материала. Использовался катод с диаметром 3 мм и рабочей длиной 10 мм, изготовленный из циркония. Анод изготовлен из меди. Технические характеристики предлагаемой установки плазменного напыления: Потребляемая мощность - 2 кВт. Мощность дуги - 0,5 кВт. Электрический ток - 10 А. Диаметр катодного стержня - 3·10-3 м. Диаметр входных отверстий для подачи воздуха в держателе катода - 1,5·10-3 м. Число входных отверстий для подачи воздуха - 4. Тип компрессора для подачи воздуха - автомобильный. Напряжение питания компрессора - 12 В. Потребляемый компрессором постоянный ток - 14,5 А. Диаметр отверстия в аноде, диэлектрической шайбе и сопле - 5·10-3 м. Расход сжатого воздуха - 8 м3/час. Длина сопла - 40·10-3 м. Диаметр отверстий системы подачи порошкового материала в стенках сопла - 1,5·10-3 м. Число входных отверстий системы подачи порошкового материала в стенках сопла - 2. Расстояние между отверстиями системы подачи порошкового материала в стенках сопла - 8·10-3 м. Практическая производительность установки плазменного напыления - 0,2 м2/ч. При этом установка плазменного напыления совместно с системами контроля и регулирования процесса напыления обеспечивает высокое качество наносимых покрытий.

Предлагаемое изобретение по сравнению с известными техническими решениями в данной области повышает качество напыляемого покрытия и значительно уменьшает потери порошковых материалов. Кроме того, предлагаемая установка плазменного напыления позволяет уменьшить материальные и финансовые затраты на изготовление и эксплуатацию, так как не требует применения громоздких и энергоемких газораспределительных систем. Установка малогабаритна и технологична в изготовлении.

Установка плазменного напыления, содержащая источник электрического питания, корпус с катодом и анодом, имеющим сквозное отверстие, системой подачи плазмообразующего газа, выполненной в виде отверстий, расположенных вокруг катода в держателе катода, шайбу из жаропрочного материала, систему подачи напыляемого порошкового материала, выполненную в виде отверстий, причем катод и анод подключены к источнику электрического питания, а отверстие анода размещено симметрично относительно оси корпуса, отличающаяся тем, что она снабжена соплом, установленным последовательно с анодом и шайбой с образованием цилиндрического канала транспортировки плазмы к системе подачи порошкового материала, расположенной в стенке сопла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике нанесения металлопокрытий путем диспергирования сжатым воздухом или газом материала в виде проволоки, расплавляемой с помощью электрической дуги, и может быть использовано для нанесения износостойких и антифрикционных покрытий.

Изобретение относится к газотермическому напылению, в частности к оборудованию электродуговой металлизации. .

Изобретение относится к технологии плазменной обработки материалов и изделий, в частности к электродуговым плазматронам, предназначенным для напыления порошковых материалов, включая тугоплавкие материалы, на поверхности изделий с целью получения покрытий различного функционального назначения.

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий путем распыления присадочного материала в виде проволоки с помощью электрической дуги и может быть использовано для нанесения износостойких и антифрикционных покрытий, например, при восстановлении деталей.

Изобретение относится к технике нанесения покрытий из различных порошковых материалов для изменения свойств поверхностей изделий и предназначено для повышения качества наносимых покрытий.

Изобретение относится к технике нанесения покрытий напылением и может быть использовано в машиностроении для получения покрытий на поверхности металлических и неметаллических деталей.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к формированию защитных покрытий, и может найти применение при ремонте и восстановлении различных деталей.

Изобретение относится к устройствам и технике нанесения покрытий и касается установок плазменного напыления покрытий из порошковых материалов на поверхность изделий.

Изобретение относится к области упрочнения поверхностей изделий, в частности к способам нанесения газотермических покрытий при помощи электродуговых устройств, предназначенных для нанесения покрытий из проволочного материала.

Изобретение относится к технике электродугового напыления и может использоваться в машиностроении для повышения удобства в эксплуатации при нанесении покрытий на труднодоступные поверхности изделий.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к установке для напыления плазменных газотермических покрытий, и может быть использовано для нанесения металлических, металлокерамических и керамических покрытий напылением на поверхность при изготовлении и восстановлении деталей различной конфигурации

Изобретение относится к области металлургии, в частности к установке для нанесения газотермических покрытий, и может найти применение в различных отраслях машиностроения при подготовке поверхностей к напылению

Изобретение относится к сплаву на основе кобальта в порошкообразной форме для нанесения покрытия на объекты, подвергающиеся эрозии жидкостями, в частности на лопатки паровых турбин, а также к способу нанесения такого сплава

Изобретение относится к нанесению покрытий и может быть использовано для нанесения металлических или керамических покрытий, в частности, на детали аэрокосмических объектов

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к дуговым плазматронам с аксиальным вводом порошка для напыления металлических и неметаллических защитных покрытий на изделия

Изобретение относится к устройствам плазменного нанесения покрытий из порошковых материалов на рабочие поверхности различных изделий для придания этим поверхностям заданных свойств

Изобретение относится к генерированию нагруженного частицами теплового потока

Изобретение относится к устройству термического плазменно-дугового проволочного напыления. Механизм подачи проволоки (20) действует как первый электрод. Внешний источник плазменного газа (15) обеспечивает плазменный газ (16). Сопло (10), сообщающееся по текучей среде с источником плазменного газа (16) и имеющее отверстие (11) выше по потоку от проволоки (20), предназначено для направления струи (12) плазменного газа на свободный конец (21) проволоки (20). Второй электрод (30) расположен выше по потоку от отверстия (11) сопла. Сопло (10) полностью или частично выполнено из электроизоляционного материала, электрически изолирующего сопло от первого электрода. Электроизоляционный материал выбран из группы, состоящей из SiN, Al2O3, оксида иттрия, керамики, стеклокерамики и SiC. Изобретение позволяет более просто и быстро произвести процедуру запуска устройства для обработки, при этом распыляющее сопло устройства имеет более высокие прочностные характеристики. 9 з.п. ф -лы, 9 ил.

Изобретение относится к способу нанесения многокомпонентного покрытия путем электродуговой металлизации и предназначено для создания антифрикционных покрытий на поверхности деталей, работающих в условиях интенсивного износа поверхностного слоя. Для нанесения многокомпонентного покрытия используют по меньшей мере два металлизатора с двумя проволоками в каждом металлизаторе. Металлизаторы располагают под углом α1 в диапазоне от 35 до 45° между их осями и под углом α2 в диапазоне от 18 до 22° к нормали к обрабатываемой поверхности так, чтобы зона электрической дуги находилась на расстоянии от 130 до 150 мм от обрабатываемой поверхности. В процессе металлизации обеспечивают сход потоков диспергированной смеси металлов в точку на обрабатываемой поверхности. Используют проволоки состава Cu и Sn диаметром 1,5-2,5 мм, при этом выбирают проволоки с соотношением компонентов, позволяющим получить в итоге при смешении компонентов всех проволок покрытие оптимального состава. Технический результат заключается в возможности регулирования физико-химического состава наносимого металлического антифрикционного покрытия и получении гетерогенного комплексного состава с улучшенными свойствами с помощью распространенного типа металлизатора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр., 3 табл.
Наверх