Способ плазменной обработки металлических изделий



Способ плазменной обработки металлических изделий
Способ плазменной обработки металлических изделий
Способ плазменной обработки металлических изделий
Способ плазменной обработки металлических изделий
H05H1/42 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)
C21D1/09 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2686505:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области упрочняющей термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя деталей. Плазменную обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности, горящей между плазмообразующим соплом - катодом и изделием - анодом. Между электродом плазмотрона - анодом и плазмообразующим соплом постоянно горит вспомогательная (дежурная) дуга обратной полярности. Для питания дуг используют отдельные источники питания. Техническим результатом изобретения является повышение качества (твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.) поверхностной обработки металлов (термической и химико-термической) путем покрытия и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода. 1 ил., 1 пр.

 

Изобретение относятся к области упрочняющей термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя деталей.

Известен способ плазменной термической обработки поверхностного слоя деталей, при котором используют устройство (см. например, патент на полезную модель РФ №95665, опубл. 10.07.2010 г.), обеспечивающее плазменную поверхностную обработку, путем перемещения по поверхности изделия плазменной дуги, горящей между электродом - катодом плазмотрона и изделием. Для повышения стабильности процесса и концентрации энергии, между электродом-катодом плазмотрона и плазмообразующим соплом (анод) горит вторая, вспомогательная дуга. Для работы каждой дуги используется отдельный источник питания.

Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в том, что поверхностную термическую обработку ведут плазменной дугой прямого действия током прямой полярности, между электродом и плазмообразующим соплом плазмотрона постоянно горит вспомогательная дуга и, для осуществления способа, используют два источника питания.

Причина, препятствующая получению в известном способе технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением, заключается в том, что рабочая плазменная дуга прямой полярности тока горит между электродом-катодом плазмотрона и изделием, а вторая дуга, между электродом-катодом и плазмообразующим соплом тоже работает на токе прямой полярности. Это приводит к тому, что отсутствует повышение качества поверхностной обработки металлов (твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.) путем осаждения и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода.

Известен способ плазменной обработки, при котором плазменную обработку ведут двумя плазменными дугами, питаемыми от отдельных источников питания. Обе дуги работают на токах обратной полярности, одна дуга горит между электродом - анодом плазмотрона и изделием, вторая дуга горит между плазмообразующим соплом - анодом плазмотрона и изделием (см. например, патент на изобретение РФ №2595185, опубл. 20.08.2016).

Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, заключаются в том, что поверхностную термическую обработку ведут плазменной дугой прямого действия, между плазмообразующим соплом плазмотрона и изделием горит плазменная дуга и, для осуществления способа, используют два источника питания.

Причина, препятствующая получению в известном способе технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что рабочая плазменная дуга обратной полярности тока горит между электродом - анодом плазмотрона и изделием, а вторая дуга, между плазмообразующим соплом (анодом) и изделием, тоже обратной полярности тока. Это приводит к тому, что отсутствует повышение качества поверхностной обработки металлов (твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.) путем осаждения и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ плазменной обработки, при котором рабочая плазменная дуга, питаемая от основного источника питания, горит между соплом - анодом и изделием, а вспомогательная (дежурная) дуга, питаемая от второго источника питания, постоянно горит между электродом - катодом плазмотрона и плазмообразующим соплом (анодом) (авт. свидетельство СССР №1815885 от 27.11. 1996 г.). Данный способ принят за прототип.

Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявленного изобретения, - возбуждение вспомогательной дуги, питаемой от одного источника питания, между электродом плазмотрона и плазмообразующим соплом и основной плазменной дуги, питаемой от основного источника питания; осаждение на поверхность изделия материала катода.

Причина, препятствующая получению в известном способе технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что рабочая плазменная дуга между соплом плазмотрона и изделием работает на токе обратной полярности, а вспомогательная (дежурная) дуга работает на токе прямой полярности. Это приводит к тому, что отсутствует получение заданных характеристик рабочих поверхностей изделий (твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.) за счет осаждения или осаждения с диффузией материала плазмообразующего сопла на рабочих поверхностях изделия.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении качества поверхностной обработки металлов (термической и химико-термической) путем покрытия и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода.

Техническим результатом является повышение эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей изделий, таких как твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе плазменной обработки металлического изделия, включающем возбуждение вспомогательной дуги, питаемой от одного источника питания, между электродом плазмотрона и плазмообразующим соплом и основной плазменной дуги, питаемой от основного источника питания, и осаждение на поверхность изделия материала катода, согласно изобретению плазмообразующее сопло выполняют с рабочей вставкой из материала осаждения на обрабатываемую поверхность, при этом обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности тока, которую возбуждают между плазмообразующим соплом, являющимся катодом, и изделием, являющимся анодом, а между электродом, являющимся анодом плазмотрона, и плазмообразующим соплом-катодом возбуждают постоянно горящую вспомогательную дугу обратной полярности.

Новые признаки способа заключаются в том, что плазмообразующее сопло выполняют с рабочей вставкой из материала осаждения на обрабатываемую поверхность; обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности тока, которую возбуждают между плазмообразующим соплом, являющимся катодом, и изделием, являющимся анодом, а между электродом, являющимся анодом плазмотрона, и плазмообразующим соплом-катодом возбуждают постоянно горящую вспомогательную дугу обратной полярности.

Отличительные признаки в совокупности с известными обеспечат повышение эксплуатационных характеристик рабочих поверхностей изделий за счет покрытия и насыщения поверхностного слоя материалом катода, дополнительным положительным эффектом является более равномерный нагрев поверхности распределенной дугой с кольцевого катода.

За счет эффекта катодного распыления происходит эрозия материала плазмообразующего сопла плазмотрона и перенос его рабочей дугой прямой полярности, горящей с плазмообразующего сопла на изделие (анод). В зависимости от температуры и длительности нагрева поверхности изделия происходит осаждение или осаждение с диффузией материала плазмообразующего сопла на рабочих поверхностях изделия. При этом обеспечивается получение заданных характеристик рабочих поверхностей изделий (твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.).

Для продления работы плазмообразующего сопла, оно может снабжаться рабочей вставкой. Вспомогательная (дежурная) дуга между электродом анодом плазмотрона и плазмообразующим соплом обеспечивает стабильность горения рабочей дуги плазмообразующее сопло - изделие.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема реализации способа плазменной обработки. На схеме показаны: изделие 1, электрод-анод плазмотрона 2, плазмообразующее сопло (катод) плазмотрона 3, рабочая вставка 4, источник питания плазменной дуги электрод-анод - плазмообразующее сопло 5, источник питания плазменной дуги плазмообразующее сопло - изделие 6, плазменная дуга электрод анод - плазмообразующее сопло 7, плазменная дуга плазмообразующее сопло - изделие 8.

Осуществление способа заключаются в следующем.

Включают источники питания 5 и 6. Подают плазмообразующий газ, например, аргон. При помощи высоковольтного высокочастотного разряда возбуждают плазменную дугу 7 с электрода-анода 2 на плазмообразующее сопло (катод) 3. Основная плазменная дуга 8 с плазмообразующего сопла-катода 3 на изделие 1 возбуждается самопроизвольно. За счет эффекта катодного распыления, происходит эрозия материала плазмообразующего сопла плазмотрона 3 (или рабочей вставки 4) и перенос его дугой прямой полярности на поверхность изделия (анод). В зависимости от температуры и длительности нагрева поверхности изделия происходит осаждение или осаждение с диффузией материала плазмообразующего сопла на рабочих поверхностях изделия. При этом обеспечивается получение заданных характеристик рабочих поверхностей изделий (твердость, прочность, коррозионная стойкость, жаростойкость и др.). Вспомогательная (дежурная) дуга между электродом анодом плазмотрона и плазмообразующим соплом обеспечивает стабильность горения рабочей дуги плазмообразующее сопло - изделие.

Пример конкретного выполнения

Разработана и изготовлена установка (опытный образец) для осуществления описанного способа плазменной обработки металлов. Установка включает плазмотрон, два источника питания сжатых дуг с напряжением холостого хода не ниже 70 В и падающей внешней вольт-амперной характеристикой, необходимое вспомогательное оборудование. При осуществлении способа изменяли ток вспомогательной сжатой дуги электрод анод плазмотрона - плазмообразующее сопло в диапазоне 30-70 А, ток основной сжатой дуги между плазмообразующим соплом и изделием - 50-120 А. Диаметр плазмообразующего сопла изменяли в пределах 3-5 мм. Расход плазмообразующего газа (аргон) составлял 2-5 л/мин. Перемещение плазмотрона относительно изделия производилось со скоростью 1-10 мм/сек. Материалом рабочей вставки был алюминий. Изделие - образец из стали 10ХГСА. Ширина дорожки составляла 8-14 мм. Толщина алитированного слоя составила 0,1-0,3 мм. Материалами, наносимыми на поверхность изделия, могут быть медь, бронзы и др.

Процесс плазменной поверхностной обработки отличается высокой стабильностью.

Способ плазменной обработки металлического изделия, включающий возбуждение вспомогательной дуги, питаемой от одного источника питания, между электродом плазмотрона и плазмообразующим соплом и основной плазменной дуги, питаемой от основного источника питания, и осаждение на поверхность изделия материала катода, отличающийся тем, что плазмообразующее сопло выполняют с рабочей вставкой из материала осаждения на обрабатываемую поверхность, при этом обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности тока, которую возбуждают между плазмообразующим соплом, являющимся катодом, и изделием, являющимся анодом, а между электродом, являющимся анодом плазмотрона, и плазмообразующим соплом-катодом возбуждают постоянно горящую вспомогательную дугу обратной полярности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно к полым катодам, работающим на газообразных рабочих телах, и может быть использовано в электрореактивных двигателях, а также в технологических источниках плазмы, предназначенных для ионно-плазменной обработки поверхностей различных материалов в вакууме, а также в качестве автономно функционирующего источника плазмы.

Изобретение относится к области плазменной техники, а именно в катодах-компенсаторах, работающих на газообразных рабочих телах, и может быть использовано в электрореактивных двигателях для нейтрализации ионного потока, а также в технологических источниках плазмы, предназначенных для ионно-плазменной обработки поверхностей различных материалов в вакууме, а также в качестве источника плазмы.

Изобретение относится к средствам подачи рабочего тела (РТ) источников ионов и электронов и может быть использовано в пневматических трактах подачи РТ плазменным ускорителям и системам плазменного напыления, а также применяться в масс-спектрометрах и ионных микроскопах.

Изобретение относится к ионно-плазменному, или ионному электроракетному двигателю, используемому для управляемого перемещения летательных аппаратов в космическом вакууме, в том числе орбитальных спутников.

Изобретение относится к средствам разделения многокомпонентных смесей на элементы путем масс-сепарации. Предусмотрены создание в двухкамерном плазменном ускорителе аксиально-симметричного плазменного потока, компенсированного по пространственному заряду, подача на анод плазменного ускорителя положительного электрического потенциала UA1, задающего энергию ионов, подача на катод - выходной электрод плазменного ускорителя нулевого электрического потенциала, создание в области азимутатора поперечного скорости плазменного потока магнитного поля, проходя через которое ионы приобретают азимутальную скорость и разделяются по массам.

Изобретение относится к дуговым плазменным горелкам. Сопло дуговой плазменной горелки расположено симметрично относительно оси сопла и содержит сопловое отверстие, отцентрированное относительно оси сопла и имеющее боковую стенку по существу цилиндрической формы, газонаправляющую поверхность, расположенную симметрично относительно оси сопла и охватывающую указанное отверстие и вход, соединяющий указанную газонаправляющую поверхность с указанной боковой стенкой отверстия.

Изобретение относится к области исследования ударной сжимаемости и оптических свойств материалов за сильными ударными волнами при числах Маха более 5. Устройство ударного сжатия малоплотных сред посредством формирования квазистационарного Маховского режима отражения от оси содержит цилиндрический пустотелый заряд взрывчатого вещества, инициируемый гиперзвуковой по отношению к ВВ системой последовательного инициирования.

Изобретение относится к области плазменной техники. Система охлаждения высоковольтного электродугового плазмотрона содержит в одном варианте три электродных узла, каждый из которых содержит цилиндрический полый электрод с катушкой, три составных металлических патрубка, образующих три дуговых канала, каждый из которых соединен с соответствующим полым электродом через изолирующую втулку, а металлические патрубки каждого дугового канала соединены между собой посредством дополнительной изолирующей втулки.

Изобретение относится к способам генерации широкополосного оптического излучения с высокой спектральной яркостью и представляет интерес для приложений в микроэлектронике, спектроскопии, фотохимии, медицине и других областях.

Группа изобретений касается области санитарии и может быть использовано для стерилизации жестких контейнеров или их содержимого. Стерилизационный аппарат (100) содержит: резервуар (110), образующий герметичную емкость (110), который может заполняться изолирующим материалом или жидкостью, расположенные внутри резервуара (110) эластичный канал (116) или выемку, причем данная выемка включает в себя жидкостную деформацию изолирующего материала в соответствии с формой контейнера целевого назначения и проходит по меньшей мере частично сквозь герметичный резервуар, таким образом образуя отверстие, через которое контейнер (114), подлежащий стерилизации, может помещаться внутрь, группу электродов (118, 120), расположенных вокруг эластичного канала (116) или выемки, через которые может подаваться переменный ток высокого напряжения.

Изобретение относится к нанесению двухслойного покрытия и может быть использовано при повышении эксплуатационных свойств деталей, например, в авиадвигателестроении.

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии и направлено на формирование на титановых имплантатах покрытий на основе ниобия.

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии и направлено на формирование на титановых имплантатах покрытий на основе циркония.

Изобретение относится к способу формирования функционально-градиентного покрытия селективной лазерной наплавкой. В фокус лазерного излучения подают порошковый материал по крайней мере из двух автономно работающих дозаторов, в одном из которых находится порошок с низкой микротвердостью (менее HRC30) и высоким коэффициентом термического расширения (КТР) (более 9*10-6 К-1), а в другом - с высокой микротвердостью (более HRC70) и низким КТР (менее 6*10-6 К-1).

Изобретение относится к способу получения наплавленного покрытия на подложке (варианты), материалу для получения наплавленного покрытия (варианты) и наплавленному на подложку покрытию(варианты).

Группа изобретений относится к области транспорта. Способ изготовления тормозного диска, в котором фрикционный слой расположен в некоторых областях на основном корпусе тормозного диска.

Изобретение относится к обработке и упрочнению поверхности вольфрамовой пластины, подвергающейся интенсивным тепловым нагрузкам, в частности, в установках термоядерного синтеза, в которых вольфрам используют в качестве материала первой стенки и пластин дивертора.

Изобретение относится к технологии плазменной обработки изделий, а более конкретно к электродуговым плазматронам, предназначенным для напыления порошковых материалов, включая тугоплавкие металлы.

Изобретение относится к устройствам для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов и может найти применение в металлургии, плазмохимии, машиностроительной промышленности.

Изобретение относится к области металловедения, а именно к химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения, к решению проблемы трения и износа, и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности.

Изобретение относится к области металлургии. Для обеспечения отличных магнитных свойств листа из неориентированной электротехнической стали способ включает использование стального сляба, содержащего мас.%: C не больше 0,01, Si не больше 6, Mn 0,05-3, P не больше 0,2, Al не больше 2, N не больше 0,005, S не больше 0,01, Ga не больше 0,0005, Fe и неизбежные примеси остальное, горячую прокатку сляба, необязательно отжиг, декапирование, холодную прокатку, окончательный отжиг и нанесение изоляционного покрытия, причем средняя скорость нагрева от 500 до 800°C в процессе нагрева во время окончательного отжига составляет не менее чем 50°C/с.

Изобретение относится к области упрочняющей термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя деталей. Плазменную обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности, горящей между плазмообразующим соплом - катодом и изделием - анодом. Между электродом плазмотрона - анодом и плазмообразующим соплом постоянно горит вспомогательная дуга обратной полярности. Для питания дуг используют отдельные источники питания. Техническим результатом изобретения является повышение качества поверхностной обработки металлов путем покрытия и насыщения поверхностного слоя изделия материалом катода. 1 ил., 1 пр.

Наверх