FI98740C

FI98740C - Method and apparatus for plasma detonation treatment of articles

Info

Publication number: FI98740C
Application number: FI925429A
Authority: FI
Inventors: Konstantin Andreevic Juschenko; Jury Nikolaevich Tjurin; Evgeny Arkadievich Astakhov; Jury Sergeevich Borisov
Original assignee: Inst Elektroswarki Patona
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1992-11-27
Publication date: 1997-08-11
Also published as: FI98740B; EP0531527B1; FI925429A; FI925429A0; DE69128715D1; EP0531527A4; WO1992017619A1; EP0531527A1

Description

9874098740

Menetelmä ja laitteisto metalliesineiden plasma-detonaa-tiokäsittelemiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää metalliesineiden 5 plasma-detonaatiokäsittelemiseksi ja laitteistoa niiden toteuttamiseksi ja tarkemmin määriteltynä tämä keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää metallityökappaleiden plasma-detonaatiokäsittelemiseksi ja patenttivaatimuksen 3 johdannon mukaista laitteistoa mai-10 nitunlaisten menetelmien toteuttamiseksi.The present invention relates to a method and apparatus for plasma detonation treatment of metal objects 5 and more particularly to a method according to the preamble of claim 1 for the plasma detonation treatment of metal workpieces and to an apparatus for carrying out such methods according to the preamble of claim 3.

Alalla tunnetaan menetelmä metalliesineiden plasma-pommituskäsitelyn tekemiseksi, jossa käsitellään metal liesineitä plasmasäteilysuihkulla (A. G. Grigoryants, Fundamentals of Laser Treatment of Materials, Mashino-15 stroenie Publishers, Moskova 1989).A method for performing plasma bombardment treatment of metal objects is known in the art by treating metal objects with a plasma radiation jet (A. G. Grigoryants, Fundamentals of Laser Treatment of Materials, Mashino-15 stroenie Publishers, Moscow 1989).

Tässä menetelmässä kovetettavan pinnan kaasu-höyry- kerros hajotetaan valosäteilysuihkulla ja muodostetaan plasmaa, joka absorboi valosäteilysuihkun energian ja ottaa vastaan riittävästi energiaa metallin pinnan kuumenta-20 miseksi ja sen lejeeraamiseksi plasman komponenttien kanssa.In this method, the gas-vapor layer of the surface to be cured is decomposed by a light beam and a plasma is formed which absorbs the energy of the light beam and receives sufficient energy to heat the metal surface and alloy it with the plasma components.

Tämän menetelmän epäkohtana on alhainen energiahyö-tysuhde (3 - 5 %), joka johtuu energiahäviöistä muutettaessa sähköenergia säteilyenergiaksi ja sitten säteily-25 energiasta kuuman kaasun energiaksi (plasma).The disadvantage of this method is the low energy efficiency (3-5%) due to energy losses in the conversion of electrical energy into radiant energy and then from radiant-25 energy into hot gas energy (plasma).

Koska plasmavirta muodostetaan tuotteen raja-alueella, on lisäksi vaikea lisätä lejeerausmetalleja kaasun ja kaasuseosten muodossa.In addition, because the plasma flow is formed in the product boundary region, it is difficult to add alloying metals in the form of gas and gas mixtures.

Alalla tunnetaan myös laitteisto metalliesineiden 30 plasmapommittamiseksi, jolla toteutetaan edellä mainittu menetelmä ja joka käsittää kiinteätilapulssilaserin, järjestelmän kaasujen ja jauhemaisen materiaalin syöttämiseksi käsittelyvyöhykkeelle ja yksiköt tuotteen kiinnittämiseksi paikoilleen ja käsittelemiseksi (A. G. Grigoryants, 35 Fundamentals of Laser Treatment of Materials, Mashino-stroenie Publishers, Moskova 1989).Also known in the art is an apparatus for plasma bombarding metal objects 30 implementing the above method, comprising a solid state pulsed laser, a system for feeding gases and powdered material to a treatment zone and units for securing and handling the product (AG Grigoryants, 35 Fundamentals of Laser Treatment of Materials, Mashino-stroenie Publishers, 1989).

2 98740 Tässä laitteistossa laser muodostaa käsiteltävän esineen pintaan suuntautuvan sykäyksittäisen valosäteily-virran. Työstettävälle esineen alueelle sijoitetaan liitin, jossa on suuttimia jauhemaisten materiaalien ja kaa-5 sujen syöttämiseksi. Jotkut kaasut ja jauhemaiset materiaalit, joita esiintyy lasersädesuihkussa, jonka läpimitta on 3 - 5 mm, kuumentuvat tai kulkeutuvat kovetettavaan pintaan ja joutuvat sen kanssa vuorovaikutukseen. Suurin osa kaasusta ja jauhemaisesta materiaalista (noin 80 %) 10 kulkeutuu pois eikä reagoi kovetettavan pinnan kanssa, mikä suurentaa energiankulutusta.2 98740 In this apparatus, a laser generates a pulsed stream of light radiation directed at the surface of an object to be treated. A connector with nozzles for feeding powdery materials and guns is placed in the area of the object to be machined. Some gases and powdery materials present in a laser beam with a diameter of 3 to 5 mm heat up or migrate to the surface to be cured and interact with it. Most of the gas and powdery material (about 80%) 10 is transported away and does not react with the surface to be cured, which increases energy consumption.

Neuvostoliitossa on tunnetusti ollut käytössä menetelmä metalliesineiden plasmapommittamiseksi, joka sisältää vaiheet, joissa pakataan reaktiokammioon palavaa kaa-15 suseosta ja jauhemaista materiaalia, detonaatiopoltetaan kaasuseos ja johdetaan sähkövirta palavan kaasuseoksen palamistuotteiden ja jauhemaisen materiaalin läpi.The Soviet Union has known a method for plasma bombarding metal objects, comprising the steps of packaging a combustible gas mixture and powder material into a reaction chamber, detonating the gas mixture and passing an electric current through the combustion products and powder material of the combustible gas mixture.

Tässä menetelmässä käytetään propaania (butaania), happea ja ilmaa suhteessa 1:5:3 palavana kaasuseoksena ja 20 sulavia jauheita jauhemaisena materiaalina.This process uses propane (butane), oxygen and air in a ratio of 1: 5: 3 as a combustible gas mixture and 20 fusible powders as a powdered material.

Jauhemaisen materiaalin vieminen reaktiokammioon johtaa jauhemaisen materiaalin kuumenemiseen, sen kiihtymiseen suureen nopeuteen tuotetta kohden lentäessään ja kovettuneen ja suihkulevitetyn päällystekerroksen muodos-25 tumiseen esineen pinnalle. Tässä tapauksessa palamistuotteiden (plasman) korkea lämpötila johtaa jauhemaisen materiaalin aineosina olevien, sulamispisteeltään matalien alkuaineiden höyrystymiseen ja siten kovetettujen ja suih-kulevitettyjen päällystekerrosten laadun heikkenemiseen.The introduction of the powdered material into the reaction chamber results in the heating of the powdered material, its acceleration to a high speed per product as it flies, and the formation of a cured and spray-applied coating layer on the surface of the article. In this case, the high temperature of the combustion products (plasma) leads to the evaporation of the low melting point constituents of the powdered material and thus to the deterioration of the quality of the cured and spray-applied coating layers.

30 Jauhemainen materiaali tuhoutuu, mikä johtaa kerrosten heikkoon tarttumiseen esineen pintaan ja valmiin tuotteen heikkoon kulutuksenkestoon.30 The powdered material is destroyed, which results in poor adhesion of the layers to the surface of the article and poor wear resistance of the finished product.

Neuvostoliitossa on myös tunnetusti ollut käytössä laitteisto metalliesineiden plasmapommittamiseksi, jolla 35 mainittu menetelmä toteutetaan ja joka käsittää reaktio- 3 98740 kammion, reaktiokammion sisälle asennetun elektrodin ja kammioon kytketyn detonaationkäynnistyslähteen.Also known in the Soviet Union is an apparatus for plasma bombarding metal objects with which said method is carried out, comprising a reaction chamber, an electrode mounted inside the reaction chamber and a detonation initiation source connected to the chamber.

Tässä laitteistossa detonaationkäynnistyslähde asennetaan kammioon. Koska detonaatio käynnistetään suo-5 raan kammiossa, tarvitaan detonaation käynnistykseen erityistä palavaa seosta, joka sisältää vähän jauhemaisia lisäaineita. Lisäjauhemateriaalin tuominen reaktiokammioon häiritsee detonaatiopalamisolosuhteita ja tekee hyvälaatuisen plasmapommituskäsittelyn yleensä ottaen mahdotto-10 maksi, samalla kun se heikentää vakavasti hyötysuhdetta ja suurentaa energiankulutusta.In this apparatus, a detonation trigger source is installed in the chamber. Since the detonation is initiated directly in the chamber, a special combustible mixture containing a small amount of powdered additives is required to initiate the detonation. The introduction of additional powder material into the reaction chamber interferes with the detonation combustion conditions and makes good quality plasma bombardment generally impossible, while severely degrading efficiency and increasing energy consumption.

Julkaisussa DE-A-2905728 kuvataan menetelmää pääl-lystekerroksen muodostamiseksi käyttämällä detonaatioener-giaa kiihdyttämään jauhemaisia materiaaleja käsiteltävän 15 pinnan suuntaisesti jaksoittain toistuvassa prosessissa. Tässä tapauksessa palavan ja hapettuvan kaasun syöttö tapahtuu siten, että aineosien suhteet on ennalta määrätty ja jauhemaiset materiaalit viedään annoksina inertin kaasun ja parhaillaan muodostettavan palavan kaasuseoksen 20 muodostamaan virtaan. Kun haluttu määrä jauhemaisia materiaaleja ja palavaa kaasuseosta syötetään polttokammioon, näiden aineiden virtaus pysäytetään inertin kaasun avulla välittömästi ennen detonaation käynnistämistä. Tällä tavoin julkaisun DE-A-2905728 mukainen menetelmä käsittää 25 seuraavat vaiheet: täytetään reaktiokammio palavalla kaa-suseoksella, johon päällystekerroksen muodostava jauhe syötetään ennen detonaation käynnistämistä; muodostetaan palamaton tulppa suojakaasusta palamistuotteiden ja palavan kaasuseoksen väliin ja käynnistetään detonaatio käyt-30 tämällä reaktiokammiossa sijaitsevaa auton sytytystulppaa. Tätä jaksoa toistetaan ja päällystys suoritetaan 2-6 GHz:n taajuudella.DE-A-2905728 describes a method for forming a coating layer using detonation energy to accelerate powdered materials parallel to the surface to be treated in a periodically repetitive process. In this case, the supply of combustible and oxidizing gas takes place in such a way that the proportions of the components are predetermined and the powdered materials are introduced in portions into the stream formed by the inert gas and the combustible gas mixture 20 currently being formed. When the desired amount of powdered materials and the combustible gas mixture are fed into the combustion chamber, the flow of these substances is stopped by means of an inert gas immediately before the detonation is started. In this way, the method according to DE-A-2905728 comprises the following steps: filling the reaction chamber with a combustible gas mixture, to which the powder forming the coating layer is fed before starting the detonation; forming a non-combustible plug from the shielding gas between the combustion products and the combustible gas mixture and initiating detonation using a car spark plug located in the reaction chamber. This cycle is repeated and coating is performed at a frequency of 2-6 GHz.

Julkaisussa DE-A-2905728 kuvataan myös laitteistoa, joka käsittää reaktiokammion, välineen detonaation käyn-35 nistämiseksi, kaasunsekoituskammion, venttiilin passiivi- 4 98740 sen inertin kaasun (typen) syöttämiseksi ja kanavan jauhemaisen materiaalin syöttämiseksi.DE-A-2905728 also describes an apparatus comprising a reaction chamber, means for initiating detonation, a gas mixing chamber, a passive valve for supplying its inert gas (nitrogen) and a channel for supplying powdered material.

Julkaisun DE-A-2905728 mukainen laitteisto on tarkoitettu kerrosten muodostamiseen kaasutermisesti käyttä-5 mällä hyväksi palavan kaasun detonaatiopalamisen kemiallista energiaa. Kuumennetut ja kiihdytetyt palamistuotteet liikkuvat kammion sisällä kohti mainitun kammion avointa osaa ja tunkeutuvat siten kammioon tuodun jauhemaisen materiaalin lävitse ja kuumentavat ja kiihdyttävät mainittua 10 jauhemaista materiaalia.The apparatus according to DE-A-2905728 is intended for gas-thermal formation of layers by utilizing the chemical energy of the detonation combustion of a combustible gas. The heated and accelerated combustion products move inside the chamber towards the open part of said chamber and thus penetrate through the powdered material introduced into the chamber and heat and accelerate said powdered material.

Julkaisun DE-A-2905728 mukainen laitteisto ei mahdollista sähköenergian käyttöä suuren lämpö- ja liike-energiamäärän sitomiseksi palamistuotteisiin. Detonaation käynnistysväline (auton sytytystulppa) tosin käsittää 15 elektrodin, mutta tämä rakenneosa sisältyy vakio-osaan eli auton sytytystulppaan eikä se ole sen laitteen osakomponentti, joka on suoraan osallisena kerroksenmuodostus-prosessissa. Sytytystulpan tehtävä on sytyttää palava kaa-suseos. Sytytystulpan elektrodia tarvitaan vain synnyttä-20 mään kipinöitä.The apparatus according to DE-A-2905728 does not allow the use of electrical energy to bind a large amount of heat and kinetic energy to the combustion products. Although the detonation starting means (car spark plug) comprises 15 electrodes, this component is included in the standard part, i.e. the car spark plug, and is not a component of the device directly involved in the deposition process. The function of the spark plug is to ignite a flammable gas mixture. The spark plug electrode is only needed to generate 20 sparks.

Julkaisun DE-A-2905728 mukaisen laitteiston heikkoudet ovat, että palamistuotteiden lämpötila ja nopeus ovat rajoitettuja, laitteisto ei varmista mahdollisuutta muodostaa seostusaineita höyryn tai ionien muodossa eikä 25 siihen sisälly kuumennetun kaasun koostumuksen valvontaa.The disadvantages of the apparatus according to DE-A-2905728 are that the temperature and velocity of the combustion products are limited, the apparatus does not ensure the possibility of forming dopants in the form of steam or ions and does not include control of the composition of the heated gas.

Julkaisussa DE-A-2905728 kuvatun laitteiston ener-giaominaisuudet riippuvat pelkästään palavan kaasuseoksen koostumuksesta ja määrästä. Ylimääräisten alkuaineiden syöttäminen palavaan seokseen jauheen tai kaasun muodossa 30 vähentää mainitun seoksen energiaominaisuuksia jopa niin paljon, että se menettää syttyrnisherkkyytensä. Palamistuotteiden energian rajoittamisella on välitön vaikutus muodostuneiden kerrosten laatuun ja pysyvyyteen sekä koko päällystysprosessin tuottavuuteen. Suojakaasun syöttämi-35 seen tarkoitetun venttiilivälineen ja jauheen syöttämiseen 5 98740 tarkoitetun impulssijärjestelmän olemassaolo rajoittavat päällystysjärjestelmän luotettavuutta ja laitteen toimintataajuutta. Nämä haitat rajoittavat mainitun laitteen mahdollisuuksia korkealaatuisia päällystekerroksia muodos-5 tettaessa, kun päällystemateriaalit ja -kerrokset halutaan samalla lämpökäsitellä kemiallisesti.The energy properties of the apparatus described in DE-A-2905728 depend solely on the composition and amount of the combustible gas mixture. The addition of additional elements to the combustible mixture in the form of a powder or gas 30 reduces the energy properties of said mixture even to such an extent that it loses its flammability sensitivity. Limiting the energy of combustion products has a direct impact on the quality and stability of the layers formed and on the productivity of the entire coating process. The existence of a valve means for supplying shielding gas and a pulse system for supplying powder 5 98740 limits the reliability of the coating system and the operating frequency of the device. These disadvantages limit the possibilities of said device for forming high quality coating layers when it is desired to chemically heat the coating materials and layers at the same time.

Tämä keksinnön peruspäämääränä on kehittää menetelmä metalliesineiden plasmapommittamiseksi, jossa palavan kaasuseoksen detonaatiopolttoa edeltää lisätoimenpide, 10 joka tuo jauhemaiseen materiaaliin lisäenergiaa ja eliminoi jauhemaisen materiaalin sulamispisteeltään matalien alkuaineiden höyrystymisen tai vähentää sitä, ja tarjota käyttöön laitteisto metalliesineiden plasmapommittamiseksi, jolla toteutetaan mainittu menetelmä ja jossa on väli-15 neet, joilla toteutetaan tämän menetelmän lisätoimenpide-vaihe kovetettujen ja suihkulevitettyjen päällystekerros-ten laadun ja käsittelyhyötysuhteen parantamiseksi ja energian säästämiseksi.The basic object of the present invention is to develop a method for plasma bombarding metal objects, in which the detonation of a combustible gas mixture is preceded by an additional step which adds energy to the powder material and eliminates or reduces 15 to carry out an additional step of this method to improve the quality and processing efficiency of the cured and spray-applied coating layers and to save energy.

Tämä tavoite saavutetaan tarjoamalla käyttöön mene-20 telmä metalliesineiden plasma-detonaatiopommittamiseksi, joka käsittää vaiheet, joissa syötetään jauhemaista materiaalia ja palavaa kaasuseosta reaktiokammioon, ja de-tonaatiopoltetaan palava kaasuseos. Menetelmälle on tunnusomaista, että ennen palavan kaasuseoksen detonaa-25 tiopolttoa lisäksi syötetään reaktiokammioon ainakin yhtä jaksollisen järjestelmän ryhmistä III, IV, V, VI valittua alkuainetta ja/tai sen yhdistettä ja sähkövirta johdetaan syötetyn alkuaineen ja/tai yhdisteen läpi ja palavan kaasuseoksen palamistuotteiden läpi, jolloin palaavan kaa-30 suseoksen detonaatiopoltto käynnistetään reaktiokammion ulkopuolella.This object is achieved by providing a method for plasma detonation bombardment of metal objects, comprising the steps of feeding powdered material and a combustible gas mixture into the reaction chamber and detonating the combustible gas mixture. The method is characterized in that at least one element selected from groups III, IV, V, VI of the Periodic Table and / or its compound is further fed into the reaction chamber before the detonation of the combustible gas mixture and the electric current is passed through the fed element and / or the combustion products of the combustible gas mixture, wherein the detonation combustion of the returning kaa-30 mixture is started outside the reaction chamber.

Keksinnön mukaisen menetelmän erona julkaisun DE-A-2905728 mukaiseen menetelmään verrattuna on se, että julkaisusta DE-A-2905728 tunnettujen vaiheiden lisäksi, jotka 35 sisältävät jauhemaisen materiaalin ja palavan kaasuseoksen 6 98740 syöttämisen reaktiokammioon sekä palavan kaasuseoksen de-tonaatiopolton, keksinnön mukainen menetelmä käsittää vaiheen, jossa reaktiokammioon syötetään vähintään yhtä jaksollisen järjestelmän ryhmistä III, IV, V ja VI valittua 5 seostusalkuainetta ja/tai mainitun alkuaineen yhdistettä jauhemaisessa, kaasumaisessa tai kiinteässä muodossa, ja sähkövirta johdetaan mainitun syötetyn alkuaineen ja/tai yhdisteen sekä palavan kaasuseoksen palamistuotteiden läpi, jolloin palavan kaasuseoksen detonaatiopoltto käyn-10 nistetään reaktiokammion ulkopuolella.The process according to the invention differs from the process according to DE-A-2905728 in that, in addition to the steps known from DE-A-2905728, which involve feeding powdered material and a combustible gas mixture 6 98740 into the reaction chamber and burning the combustible gas mixture, the process comprises a step of feeding to the reaction chamber at least one doping element selected from Groups III, IV, V and VI of the Periodic Table and / or a compound of said element in powder, gaseous or solid form and passing an electric current through combustion products of said fed element and / or compound and a combustible gas mixture, the detonation combustion of the combustible gas mixture is started outside the reaction chamber.

Keksinnön mukaan tavoite saavutetaan lisäksi tarjoamalla käyttöön laitteisto metalliesineiden plasma-de-tonaatiokäsittelemiseksi, jossa laitteistossa on reak-tiokammio, joka käsittää kanavan jauhemaisen materiaalin 15 syöttämistä varten, esipolttokammio, joka on kytketty reaktiokammioon kanavan avulla, ja väline detonaation käynnistämiseksi, joka väline on sytytystulpan muodossa. Laitteistolle on tunnusomaista, että reaktiokammioon on eristeelle, joka toimii kammion pohjana, asennettu elekt-20 rodi sähkövirran johtamiseksi, joka elektrodi on kytketty anodiksi virtalähdeyksikön virtapiirissä, jolloin reaktiokammion seinämät toimivat katodina, ja reaktiokammion seinämissä on suutin, joka on sovitettu syöttämään reaktiokammioon vähintään yhtä ylimääräistä jaksollisen jär-25 jestelmän ryhmistä III, IV, V, VI valittua alkuainetta ja/tai alkuaineen yhdistettä.According to the invention, the object is further achieved by providing an apparatus for plasma detonation treatment of metal objects, the apparatus comprising a reaction chamber comprising a channel for feeding powdered material 15, a pre-combustion chamber connected to the reaction chamber by a channel and means for initiating detonation in the form of a spark plug . The apparatus is characterized in that the reaction chamber is provided with an electrode 20 for conducting an electric current on the insulator acting as the bottom of the chamber, the electrode being connected as an anode in the power supply unit circuit, the reaction chamber walls acting as a cathode. an element and / or an elemental compound selected from groups III, IV, V, VI of the Periodic Table.

Keksinnön mukaisessa laitteistossa sekä julkaisun DE-A-2905728 mukaisessa laitteistossa detonaation käynnistämiseen käytetään sytytystulppaa. Koska tekniikan tason 30 mukaista rakenneosaa - sytytystulpan elektrodia - ei voida käyttää sähkövirran johtamiseen lisäksi syötettyjen seos-tusalkuaineannosten läpi, keksinnön mukaisessa laitteistossa on reaktiokammion sisällä erityinen elektrodi ylimääräisten teknisten toimintojen toteuttamista varten.In the apparatus according to the invention and in the apparatus according to DE-A-2905728, a spark plug is used to initiate detonation. Since the component 30 according to the prior art - the spark plug electrode - cannot be used to conduct an electric current through additionally fed doses of doping element, the apparatus according to the invention has a special electrode inside the reaction chamber to perform additional technical functions.

35 li 7 9874035 li 7 98740

Keksinnön mukainen menetelmä toteutetaan edullisesti siten, että hiilivetykaasua syötetään reaktiokammioon samanaikaisesti mainitun vähintään yhden jaksollisen järjestelmän ryhmistä III, IV, V ja VI valitun alkuaineen 5 ja/tai alkuaineen yhdisteen kanssa.The process according to the invention is preferably carried out by feeding hydrocarbon gas into the reaction chamber simultaneously with an element 5 and / or a compound of elements selected from groups III, IV, V and VI of said at least one periodic table.

Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa elektrodin sisäpuolella on sen akselin suuntaisesti kulkeva suutin, joka on sovitettu syöttämään vähintään yhtä jaksollisen järjestelmän ryhmistä III, IV, V ja VI valittua alkuainet-10 ta ja/tai mainitun alkuaineen yhdistettä jauheena, kaasuna tai kiinteänä aineena ja/tai hiilivetykaasua reaktiokammioon .In a preferred embodiment of the invention, the inside of the electrode has an axially extending nozzle adapted to supply at least one element selected from groups III, IV, V and VI of the Periodic Table and / or a compound of said element as powder, gas or solid and / or hydrocarbon gas to the reaction chamber .

Tällainen keksinnön mukainen laitteistojärjestely kyseisen menetelmän toteuttamiseksi antaa mahdollisuuden 15 syöttää reaktiokammioon mikä tahansa määrä jauhemaista materiaalia vaikuttamatta haitallisesti mahdollisuuteen käynnistää palavan kaasuseoksen detonaatiopoltto.Such an arrangement of equipment according to the invention for carrying out the process in question makes it possible to feed any amount of powdered material into the reaction chamber without adversely affecting the possibility of starting the detonation combustion of the combustible gas mixture.

Jauhemaisen materiaalin ja syötettyjen alkuaineiden lämpöfysikaalisten ominaisuuksien mukaan viimeksi mainitut 20 syötetään reaktiokammion seinämään tai elektrodin sisäpuolelle sijoitetun suuttimen kautta. Tämä puolestaan antaa riittävästi aikaa ja riittävän korkean lämpötilan reaktio-kammion sisällä tapahtuville plasmakemiallisille prosesseille ja plasmakemiallisten prosessien reaktiotuotteiden 25 yhtenäiselle reagoimiselle kovetettavien metalliesineiden pinnalla.Depending on the thermophysical properties of the powdered material and the feed elements, the latter are fed to the wall of the reaction chamber or through a nozzle placed inside the electrode. This, in turn, provides sufficient time and a sufficiently high temperature for the plasma chemical processes within the reaction chamber and for the uniform reaction of the reaction products of the plasma chemical processes on the surface of the metal objects to be cured.

Syötettävien alkuaineiden mukaan reaktiokammiota voidaan käyttää kovetettavan metalliesineen kuumennettuun pintaan istutettavien karbidien, nitridien ja muiden yh-30 disteiden syntetisointiin. On mahdollista hajottaa monimutkaisia yhdisteitä yksinkertaisiksi alkuaineiksi ja saada aikaan plasmakemiallinen synteesi esineen kuumennetussa kerroksessa tai sen pinnalla.Depending on the elements to be fed, the reaction chamber can be used to synthesize carbides, nitrides and other compounds to be implanted on the heated surface of the metal article to be cured. It is possible to decompose complex compounds into simple elements and effect plasma chemical synthesis in or on the heated layer of the article.

Siten on mahdollista lejeerata esineen pinta tai 35 suihkuttaa sen pinnalle vedenkestäviä yhdisteitä, jotka 8 98740 pidentävät kulutuskuormitusten alaisina toimivien yksiköiden käyttöikää.Thus, it is possible to alloy the surface of the article or spray water-resistant compounds on its surface, which 8 98740 prolongs the service life of units operating under wear loads.

Keksintöä kuvataan edelleen esimerkein ja viitaten liitteenä oleviin piirustuksiin, joissa 5 kuvio 1 on yleinen kaaviokuva keksinnön mukaisesta laitteistosta metalliesineiden plasmapommittamiseksi, jolla toteutetaan menetelmä metalliesineiden plasmapommittamiseksi (pituussuuntainen poikkileikkaus); kuvio 2 on kuvion 1 mukaisen laitteiston yhden suo-10 ritusmuodon pitkittäispoikkileikkaus; kuvio 3 on kuvion 2 mukaisen laitteiston yhden suoritusmuodon pitkittäispoikkileikkaus;The invention will be further described by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 is a general schematic diagram of an apparatus for plasma bombarding metal objects according to the invention, which implements a method for plasma bombarding metal objects (longitudinal cross-section); Fig. 2 is a longitudinal cross-section of one embodiment of the apparatus of Fig. 1; Fig. 3 is a longitudinal section of one embodiment of the apparatus of Fig. 2;

Kuvio 4 on kuvioiden 2 ja 3 mukaisen laitteiston yhden suoritusmuodon pitkittäispoikkileikkaus.Figure 4 is a longitudinal section of one embodiment of the apparatus of Figures 2 and 3.

15 Keksinnön mukaisessa menetelmässä metalliesineiden plasmapommittamiseksi pakataan reaktiokammioon palavaa kaasuseosta ja jauhemaista materiaalia ja yhtä jaksollisen järjestelmän ryhmän III alkuaineiden joukosta valittavaa alkuainetta, minkä jälkeen käynnistetään palavan kaasu-20 seoksen detonaatiopoltto reaktiokammion ulkopuolella ja sähkövirta kulkee palavan kaasuseoksen palamistuotteiden, jauhemaisen materiaalin ja reaktiokammioon syötettävän alkuaineen läpi.In the process of the invention for plasma bombardment of metal objects, a combustible gas mixture and powder material and one element selected from Group III elements of the Periodic Table are packaged in the reaction chamber, followed by detonation of

Edellä kuvatussa menetelmän ensimmäisessä suoritus-25 muodossa palava kaasuseos koostuu seuraavista aineosista: propaani tai butaani (1 osa), happi (5 osaa) ja ilma (1,5 osaa), ja jauhemainen materiaali on sulava jauhe, jolla on seuraava koostumus: 13 paino-% kromia, 1,7 paino-% mangaania, 0,4 paino-% hiiltä ja 1,6 paino-% booria loppuosan 30 ollessa rautaa, ja jaksollisen järjestelmän ryhmän III alkuaineiden joukosta valittu alkuaine on boori.In the first embodiment of the process described above, the combustible gas mixture consists of the following components: propane or butane (1 part), oxygen (5 parts) and air (1.5 parts), and the powdery material is a fusible powder having the following composition: 13 wt. -% chromium, 1.7% by weight of manganese, 0.4% by weight of carbon and 1.6% by weight of boron with the remainder being iron, and the element selected from the group consisting of Group III elements is boron.

Esimerkki 1Example 1

Reaktiokammioon pakataan palavaa kaasuseosta, jonka koostumus on propaani (1 osa), happi (5 osaa) ja ilma (1,5 35 osaa), ja jauhemaista materiaalia - sulavaa jauhetta, jon- 9 98740 ka koostumus on 13 paino-% kromia, 1,7 paino-% mangaania, 0,4 paino-% hiiltä ja 1,0 paino-% booria loppuosan ollessa rautaa.The reaction chamber is packed with a combustible gas mixture consisting of propane (1 part), oxygen (5 parts) and air (1.5 to 35 parts), and a powdery material - a meltable powder with a composition of 13,98740% by weight of chromium, 1 .7% by weight of manganese, 0.4% by weight of carbon and 1.0% by weight of boron with the remainder being iron.

Tämän jälkeen reaktiokammioon syötetään jauhemaista 5 booria. Sitten käynnistetään detonaatiopoltto kammiossa ja sähkövirta pakotetaan kulkemaan seoksen palamistuotteiden, jauhemaisen materiaalin ja jauhemaisen boorin läpi. Palavan kaasuseoksen läpi kulkeva virta kuumentaa sen plasma-tilaan. Jauhe sulaa ja haihtuu osittain.Powdered boron is then fed to the reaction chamber. The detonation combustion in the chamber is then started and an electric current is forced to pass through the combustion products of the mixture, the powdered material and the powdered boron. A stream flowing through the combustible gas mixture heats it to a plasma space. The powder melts and partially evaporates.

10 Esineen pintaa käsitellään höyry-pisarafaasia si sältävällä plasmalla, kunnes pinta sulaa. Näin tehtäessä esineen sulanut kerros kovettuu eli boorittuu ja muodostuu rautaboridej a.10 The surface of the article is treated with plasma containing vapor-droplet phase until the surface melts. In doing so, the molten layer of the article hardens, i.e. borates, and iron borides are formed.

Kovetetun kerroksen paksuus on korkeintaan 80 pm ja 15 kovuus 18 000 MPa.The cured layer has a maximum thickness of 80 μm and a hardness of 18,000 MPa.

Tätä keksinnön mukaisen menetelmän suoritusmuotoa käytetään edullisesti leimasinten, leikkureiden ja muiden työkalujen kulutuksenkeston parantamiseen.This embodiment of the method according to the invention is preferably used to improve the wear resistance of stamps, cutters and other tools.

Toinen menetelmäsuoritusmuoto on samankaltainen 20 kuin ensimmäinen.The second method embodiment is similar to the first.

Erona on, että reaktiokammioon syötetään kahta jaksollisen järjestelmän ryhmien III ja V alkuaineiden joukosta valittua alkuainetta.The difference is that two elements selected from the elements of groups III and V of the Periodic Table are fed to the reaction chamber.

Mainitunlaiset alkuaineet voivat koostua seuraavas-25 ta parista: jauhemainen boori ja typpi.Such elements may consist of the following pairs: powdered boron and nitrogen.

Esimerkki 2Example 2

Typen syöttäminen yhdessä boorin kanssa mahdollistaa esineen pinnalla olevan kovetetun kerroksen ohentami-sen.The supply of nitrogen together with the boron allows the hardened layer on the surface of the article to be thinned.

30 Kovetetun kerroksen paksuus alenee 70 pm:iin, ja tämän kerroksen ja suihkutetun kerroksen kovuus pysyy muuttumattomana.The thickness of the cured layer decreases to 70 μm, and the hardness of this layer and the sprayed layer remains unchanged.

Keksinnön mukaisen menetelmän tämä suoritusmuoto on järkevä sellaisten esineiden suojaamisessa, jotka toimivat 35 hankauskuormitusten ja niihin liittyvien korroosioproses- sien alaisina.This embodiment of the method according to the invention makes sense in protecting objects which operate under abrasive loads and associated corrosion processes.

10 9874010 98740

Keksinnön mukaisen menetelmän 3. versiossa kammioon syötetään ryhmien III ja V alkuaineiden lisäksi hiilivety-kaasua .In the 3rd version of the method according to the invention, in addition to the elements of groups III and V, hydrocarbon gas is fed into the chamber.

Hiilivetykaasu voi koostua metaanista.The hydrocarbon gas may consist of methane.

5 Esimerkki 35 Example 3

Reaktiokammioon syötetään metaania yhdessä jauhemaisen boorin ja typen kanssa.Methane is fed to the reaction chamber together with powdered boron and nitrogen.

Tuloksena esineen pinnalle muodostuu kovetettu kerros, jonka paksuus on 70 pm ja kovuus korkeintaan 16 000 10 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on korkeintaan 20 000 MPa.As a result, a cured layer having a thickness of 70 μm and a hardness of up to 16,000 10 MPa and a sprayed layer having a hardness of up to 20,000 MPa are formed on the surface of the article.

Tätä menetelmäsuoritusmuotoa käytetään edullisesti suojattaessa esineitä, jotka toimivat hankaavassa väliaineessa veden läsnä ollessa, samoin kuin männänrenkaiden 15 kulutuksenkestävyyden parantamiseen.This method embodiment is preferably used to protect objects operating in an abrasive medium in the presence of water, as well as to improve the wear resistance of the piston rings 15.

Keksinnön mukaisen menetelmän 4. versio on samankaltainen kuin ensimmäinen.The 4th version of the method according to the invention is similar to the first.

Erona on, että reaktiokammioon syötetään jotakin muuta ryhmän III alkuainetta, esimerkiksi alumiinia.The difference is that another Group III element, for example aluminum, is fed into the reaction chamber.

20 Esimerkki 420 Example 4

Reaktiokammioon syötetään alumiinilankaa. Plasmakä-sittely johtaa langan pään sulamiseen ja esineen sulaneen pinnan kovetukseen ja aluminointiin.Aluminum wire is fed into the reaction chamber. Plasma treatment results in melting of the wire end and curing and aluminizing of the molten surface of the article.

Kovetetun aluminoidun kerroksen paksuus on 60 pm ja 25 kovuus 7 000 MPa.The cured aluminized layer has a thickness of 60 μm and a hardness of 7,000 MPa.

Kovetetun kerroksen pinta suihkupäällystetään kerroksella, joka koostuu alumiinista ja sen reaktiotuotteista plasman kanssa. Suihkutetun kerroksen kovuus on korkeintaan 2 000 MPa.The surface of the cured layer is spray coated with a layer consisting of aluminum and its reaction products with plasma. The hardness of the sprayed layer is at most 2,000 MPa.

30 Keksinnön mukaisen menetelmän tätä suoritusmuotoa voidaan käyttää korroosionkestävien päällysteiden muodostamiseen putkille ja muille esineille, jotka joutuvat alttiiksi ilman aiheuttamalle korroosiolle.This embodiment of the method according to the invention can be used to form corrosion-resistant coatings on pipes and other objects which are exposed to corrosion caused by air.

Keksinnön mukaisen menetelmän 5. suoritusmuoto voi-35 daan toteuttaa käyttämällä ryhmän III alkuainetta ja ryhmän III alkuaineen yhdisteitä.Embodiment 5 of the process of the invention may be carried out using a Group III element and Group III element compounds.

Il 58740 11Il 58740 11

Alumiinia ja boorikarbidia voidaan käyttää mainitunlaisina alkuaineina ja yhdisteinä.Aluminum and boron carbide can be used as such elements and compounds.

Esimerkki 5Example 5

Reaktiokammioon syötetään alumiinilangan lisäksi 5 boorikarbidia. Esineen pinta käsitellään plasmasykäyksil-lä, jotka sisältävät alumiinia, booria ja hiiltä alkuaine-muodossa ja boorikarbidiyhdistettä.In addition to the aluminum wire, 5 boron carbide is fed to the reaction chamber. The surface of the article is treated with plasma pulses containing aluminum, boron and carbon in elemental form and a boron carbide compound.

Esineelle muodostuu kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 70 pm ja kovuus korkeintaan 11 000 MPa.A hardened layer with a thickness of up to 70 μm and a hardness of up to 11,000 MPa is formed on the article.

10 Kovetetun kerroksen pinnalle suihkutetaan lisäksi kerros, jonka kovuus on korkeintaan 11 000 MPa. Suihkutetussa kerroksessa on läsnä osia, joiden kovuus on korkeintaan 20 000 MPa.10 A layer with a hardness of up to 11,000 MPa is further sprayed on the surface of the cured layer. Parts with a hardness of up to 20,000 MPa are present in the sprayed layer.

Tätä menetelmäsuoritusmuotoa käytetään edullisesti 15 suojaamaan esineitä kuuman kuonan aiheuttamalta kulutukselta, koska alumiiniyhdisteet ovat kulutuksenkestäviä korkeissa lämpötiloissa.This method embodiment is preferably used to protect articles from wear caused by hot slag because aluminum compounds are wear resistant at high temperatures.

Keksinnön mukaisen menetelmän 6. suoritusmuoto toteutetaan samalla tavalla viides menetelmäsuoritusmuoto 20 Erona on, että reaktiokammioon syötetään lisäksi jaksollisen järjestelmän ryhmän V alkuaineiden joukosta valittavaa alkuainetta.Embodiment 6 of the process according to the invention is carried out in the same way. Fifth process embodiment 20 The difference is that an element selected from the group V elements of the Periodic Table is additionally fed into the reaction chamber.

Tällainen alkuaine voi olla typpi.Such an element may be nitrogen.

Esimerkki 6 25 Reaktiokammioon syötetään esimerkin 5 mukaisten aineosien lisäksi typpeä.Example 6 In addition to the ingredients of Example 5, nitrogen is introduced into the reaction chamber.

Esineen pinnalle muodostuu kovetettu kerros, jonka paksuus on 70 pm ja kovuus 11 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on 18 000 MPa.A cured layer having a thickness of 70 μm and a hardness of 11,000 MPa and a sprayed layer having a hardness of 18,000 MPa are formed on the surface of the article.

30 Tätä keksinnön mukaisen menetelmä suoritusmuotoa voidaan käyttää samalla tavalla kuin 5. versiota, mutta olosuhteissa, jotka asettavat ankarammat vaatimukset kor-roosionsuoj alle.This embodiment of the method according to the invention can be used in the same way as version 5, but under conditions which impose stricter requirements for corrosion protection.

Keksinnön mukaisen menetelmän 7. suoritusmuoto on 35 samankaltainen kuin 6. menetelmäsuoritusmuoto.The 7th embodiment of the method according to the invention is similar to the 6th embodiment of the method.

12 9874012 98740

Erona on, että reaktiokammioon syötetään lisäksi hiilivetykaasua.The difference is that hydrocarbon gas is additionally fed to the reaction chamber.

Tämä kaasu voi koostua metaanista.This gas may consist of methane.

Esimerkki 7 5 Reaktiokammioon syötetään alumiinilankaa, jauhe maista boorikarbidia, typpeä ja metaania. Havaitaan, että samoin kuin esimerkissä 6, esineen pinnalla on kovetettu kerros, jonka on saanut aikaan pinnan sulaminen ja plasma-komponenttien, kuten alumiinin, boorin, hiilen ja typen, 10 sisällytys sulatteeseen.Example 7 Aluminum wire, powdered boron carbide, nitrogen and methane are fed to the reaction chamber. It is found that, as in Example 6, the surface of the article has a cured layer caused by surface melting and the incorporation of plasma components such as aluminum, boron, carbon and nitrogen into the melt.

Lisäksi käytettävissä on myös suihkutettu kerros. Tässä tapauksessa typen ja metaanin syöttö suurentaa sekä kovetetun että suihkutetun kerroksen kovuutta 30 - 40 %.In addition, a sprayed floor is also available. In this case, the supply of nitrogen and methane increases the hardness of both the cured and sprayed layers by 30 to 40%.

Kovetetun kerroksen kovuus on 12 000 MPa ja suihku-15 tetun kerroksen 20 000 MPa. Kovetetun kerroksen paksuus on korkeintaan 70 pm.The hardness of the cured layer is 12,000 MPa and that of the spray-15 layer is 20,000 MPa. The thickness of the cured layer is at most 70 μm.

Tätä menetelmäsuoritusmuotoa käytetään edullisesti suojaamaan aktiivisten korroosiota aiheuttavien väliaineiden vaikutuksen alaisina olevia esineitä hankauskulumisel-20 ta; näihin esineisiin kuuluvat vesipumppujen komponentit ja lämpökattiloiden osat.This method embodiment is preferably used to protect objects exposed to active corrosion-causing media from abrasion wear; these items include water pump components and boiler parts.

Keksinnön mukaisen menetelmän 8. suoritusmuoto on samankaltainen kuin 7. versio tämän menetelmän toteuttamiseksi .The 8th embodiment of the method according to the invention is similar to the 7th version for carrying out this method.

25 Erona on, että reaktiokammioon syötetään jaksolli sen järjestelmän ryhmien III, IV ja V alkuaineiden joukosta valittua alkuainetta ja hiilivetykaasua.The difference is that an element and a hydrocarbon gas selected from the group consisting of elements III, IV and V of its system are periodically fed to the reaction chamber.

Tällaisia alkuaineita voivat olla alumiini, pii ja typpi, kun taas hiilivetykaasu on metaani.Such elements may be aluminum, silicon and nitrogen, while the hydrocarbon gas is methane.

30 Esimerkki 830 Example 8

Reaktiokammioon syötetään alumiini- ja piijauheiden seosta suhteessa 5:1. Esineen pinnalle muodostuu kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 60 pm ja kovuus korkeintaan 6 000 MPa.A 5: 1 mixture of aluminum and silicon powders is fed to the reaction chamber. A cured layer with a thickness of at most 60 μm and a hardness of at most 6,000 MPa is formed on the surface of the article.

Il 13 98740Il 13 98740

Typen ja metaanin syöttäminen lisäksi reaktiokam-mioon suurentaa alumiinisilikaattikerroksen kovuuden arvoon 12 000 MPa.In addition, the introduction of nitrogen and methane into the reaction chamber increases the hardness of the aluminosilicate layer to 12,000 MPa.

Esineen pinnalla olevan suihkutetun kerroksen ko-5 vuus on korkeintaan 10 000 MPa.The thickness of the sprayed layer on the surface of the article is at most 10,000 MPa.

Tätä menetelmäsuoritusmuotoa käytetään edullisesti lämpökattiloiden komponenttien kovettamiseen.This method embodiment is preferably used for curing boiler components.

Menetelmän 9. suoritusmuoto on samankaltainen kuin 3. menetelmäsuoritusmuoto.Embodiment 9 of the method is similar to Embodiment 3 of the method.

10 Erona on, että reaktiokammioon syötetään kahta ryh män III alkuainetta ja yhtä ryhmän V alkuainetta.The difference is that two Group III elements and one Group V element are fed into the reaction chamber.

Tällaisia alkuaineita voivat olla yttrium, boori ja vastaavasti hiili.Such elements may be yttrium, boron and carbon, respectively.

Esimerkki 9 15 Reaktiokammioon syötetään jauhemaista yttriumia, booria ja grafiittia. Jauheet puhalletaan kammioon juuri ennen detonaation käynnistystä. Kuljetuskaasuna käytetään metaania.Example 9 Powdered yttrium, boron and graphite are fed to the reaction chamber. The powders are blown into the chamber just before the start of detonation. Methane is used as the transport gas.

Kun on käynnistetty yksi plasmasykäys, esineen pin-20 nalle muodostuu kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 50 pm ja kovuus korkeintaan 9 000 MPa.When one plasma pulse is initiated, a cured layer having a thickness of up to 50 μm and a hardness of up to 9,000 MPa is formed on the pin-20 of the article.

Kovetetulle kerrokselle muodostuu suihkutettu kerros, jonka kovuus on korkeintaan 25 000 MPa.A sprayed layer with a hardness of up to 25,000 MPa is formed on the cured layer.

Tätä versiota käytetään edullisesti voimalakatti-25 loiden erilaisten suuttimien käyttöiän pidentämiseen.This version is preferably used to extend the life of the various nozzles of the power plant.

Menetelmän 10. suoritusmuoto on samankaltainen kuin sen 3. versio.Embodiment 10 of the method is similar to version 3 thereof.

Erona on, että reaktiokammioon syötetään yhtä ryhmän III alkuainetta ja toista, ryhmään IV kuuluvaa alkuai-30 netta.The difference is that one Group III element and another Group IV element are fed into the reaction chamber.

Tällaisina alkuaineina voidaan käyttää yttriumia ja hiiltä.Yttrium and carbon can be used as such elements.

Esimerkki 10Example 10

Jauhemaisen yttriumin ja hiilen syöttämisellä reak-35 tiokammioon saadaan esineen pinnalle aikaan kovetettu ker- 14 98740 ros, jonka paksuus on 50 μιη ja kovuus 12 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on 15 000 MPa.Feeding powdered yttrium and carbon into the reaction chamber provides a cured layer of 14,98740 with a thickness of 50 μιη and a hardness of 12,000 MPa on the surface of the article, and a sprayed layer with a hardness of 15,000 MPa.

Keksinnön mukaisen menetelmän tätä suoritusmuotoa voidaan käyttää samalla tavalla kuin 9. menetelmäsuoritus-5 muotoa.This embodiment of the method according to the invention can be used in the same way as the 9th method embodiment-5.

Keksinnön mukaisen menetelmän 11. suoritusmuoto toteutetaan samalla tavalla kuin 9. versio.The 11th embodiment of the method according to the invention is implemented in the same way as the 9th version.

Erona on, että reaktiokammioon syötetään ryhmän IV alkuainetta samanaikaisesti hiilivetykaasun kanssa.The difference is that a Group IV element is fed into the reaction chamber simultaneously with the hydrocarbon gas.

10 Tämä alkuaine voi koostua hiilestä, ja hiilivety- kaasuna voidaan käyttää metaania.10 This element may consist of carbon, and methane may be used as the hydrocarbon gas.

Esimerkki 11Example 11

Kammioon syötetään hiiltä jauhemaisen grafiitin muodossa. Grafiitin kantajana käytetään metaania.Carbon is fed into the chamber in the form of powdered graphite. Methane is used as the support for graphite.

15 Plasmasykäysten tehon kasvaessa havaitaan kovetetun kerroksen muodostuminen, jonka paksuus on korkeintaan 70 pm ja kovuus 8 000 MPa. Suihkutetun kerroksen kovuus on 10 000 MPa.As the power of the plasma pulses increases, the formation of a cured layer having a thickness of up to 70 μm and a hardness of 8,000 MPa is observed. The hardness of the sprayed layer is 10,000 MPa.

Tätä menetelmäsuoritusmuotoa käytetään edullisesti 20 käsiteltäessä matalahiilisestä teräksestä valmistettuja esineitä niiden pinnan kovuuden parantamiseksi.This method embodiment is preferably used in the treatment of low carbon steel articles to improve their surface hardness.

Keksinnön mukaisen menetelmän 12. suoritusmuoto on samankaltainen kuin 11. versio.The 12th embodiment of the method according to the invention is similar to the 11th version.

Erona on, että reaktiokammioon syötetään ryhmän VI 25 yhden alkuaineen yhdistettä ja jaksollisen järjestelmän ryhmien IV ja VI alkuaineiden joukosta valittuja alkuaineita.The difference is that a compound of one element of group VI and elements selected from the elements of groups IV and VI of the Periodic Table are fed into the reaction chamber.

Tämä yhdiste voi koosta hapen ja raudan yhdisteestä (rautaoksidista), ja mainittuina alkuaineina voivat olla 30 hiili ja molybdeeni.This compound may be composed of a compound of oxygen and iron (iron oxide), and said elements may be carbon and molybdenum.

Esimerkki 12Example 12

Reaktiokammioon syötetään jauhemaisen grafiitin (hiilen), rautaoksidin ja molybdeenin seosta. Esineen ko-vetuksen jälkeen sen pinnalle muodostuu kerros, jonka pak-35 suus on korkeintaan 60 pm ja kovuus korkeintaan 4 000 MPa.A mixture of powdered graphite (carbon), iron oxide and molybdenum is fed into the reaction chamber. After curing the article, a layer with a thickness of at most 60 μm and a hardness of at most 4,000 MPa is formed on its surface.

li 15 98740li 15 98740

Plasmasykäysten tehon suurentaminen saa aikaan kovetetun kerroksen, jonka paksuus on korkeintaan 70 pm ja kovuus korkeintaan 5 000 MPa, samoin kuin kovetetun kerroksen, jonka kovuus on korkeintaan 6 000 MPa.Increasing the power of the plasma pulses results in a cured layer having a thickness of up to 70 μm and a hardness of up to 5,000 MPa, as well as a cured layer having a hardness of up to 6,000 MPa.

5 Tätä menetelmäsuoritusmuotoa käytetään edullisesti kitkaa vähentävän kerroksen muodostamiseen männänrenkail- le, kampiakseleille ja venttiileille.This method embodiment is preferably used to form a friction reducing layer on piston rings, crankshafts and valves.

Keksinnön mukaisen menetelmän 13. suoritusmuoto on samankaltainen kuin 11. versio.The 13th embodiment of the method according to the invention is similar to the 11th version.

10 Erona on, että reaktiokammioon syötetään lisäksi ryhmän V alkuaineen yhdisteitä.The difference is that Group V element compounds are additionally fed into the reaction chamber.

Mainitunlaisena yhdisteenä käytetään ferrovanadii- nia.Ferrovanadine is used as such a compound.

Esimerkki 13 15 Reaktiokammioon syötetään jauhemaisen grafiitin muodossa olevaa hiiltä, ferrovanadiinia ja metaania. Kove-tusprosessin jälkeen havaitaan kerros, jonka paksuus on korkeintaan 20 pm ja kovuus korkeintaan 18 000 MPa.Example 13 Carbon, ferrovanadine and methane in the form of powdered graphite are fed to the reaction chamber. After the curing process, a layer with a thickness of at most 20 μm and a hardness of at most 18,000 MPa is observed.

Plasmasykäysten tehon suurentaminen saa aikaan ko- 20 vetetun kerroksen, jonka paksuus on korkeintaan 40 pm ja kovuus korkeintaan 20 000 MPa.Increasing the power of the plasma pulses results in a cured layer having a thickness of up to 40 and a hardness of up to 20,000 MPa.

Tätä menetelmäsuoritusmuotoa käytetään edullisesti karbidi-vanadiinikerroksen muodostamiseen aktiivisissa hapettavissa väliaineissa toimivien esineiden pinnalle.This method embodiment is preferably used to form a carbide-vanadium layer on the surface of articles operating in active oxidizing media.

25 Keksinnön mukaisen menetelmän 14. suoritusmuoto on samankaltainen kuin ensimmäinen menetelmä.The 14th embodiment of the method according to the invention is similar to the first method.

Erona on, että reaktiokammioon syötetään jaksollisen järjestelmän ryhmän IV yhtä alkuainetta.The difference is that one element of group IV of the Periodic Table is fed into the reaction chamber.

Mainitunlaisen alkuaineena voidaan käyttää piitä.Silicon can be used as such an element.

30 Esimerkki 1430 Example 14

Reaktiokammioon syötetään jauhemaista piitä.Powdered silicon is fed to the reaction chamber.

Esineen kovetuksen jälkeen sen pinnalle muodostuu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 90 pm ja kovuus korkeintaan 5 000 MPa. Kovetetun kerroksen kovuus 8 000 MPa.After curing the article, a layer with a thickness of at most 90 μm and a hardness of at most 5,000 MPa is formed on its surface. The hardness of the cured layer is 8,000 MPa.

16 98740 Tätä menetelmäsuoritusmuotoa käytetään edullisesti esineen pinnan silikointiin.16 98740 This method embodiment is preferably used to silicate the surface of an article.

Menetelmän 15. suoritusmuoto on samankaltainen kuin 11. versio.The 15th embodiment of the method is similar to the 11th version.

5 Erona on, että reaktiokammioon syötetään toista ryhmän IV alkuainetta.The difference is that another Group IV element is fed into the reaction chamber.

Mainitunlaisena alkuaineena käytetään piitä.Silicon is used as such an element.

Esimerkki 15Example 15

Piin ja jauhemaisen grafiitin muodossa olevan hii-10 Ien syöttäminen reaktiokammioon saa aikaan kovettuneen kerroksen muodostumisen, jonka kovuus on korkeintaan 10 000 MPa ja paksuus korkeintaan 90 pm, ja kovetetun kerroksen, jonka kovuus on korkeintaan 10 000 MPa.The introduction of carbon-10 in the form of silicon and powdered graphite into the reaction chamber results in the formation of a cured layer having a hardness of up to 10,000 MPa and a thickness of up to 90 μm and a cured layer having a hardness of up to 10,000 MPa.

Tätä menetelmäsuoritusmuotoa käytetään edullisesti 15 samoissa tapauksissa kuin esimerkin 8 mukaista versiota.This method embodiment is preferably used in the same cases as the version according to Example 8.

Menetelmän 16. suoritusmuoto on samankaltainen kuin 11. versio.The 16th embodiment of the method is similar to the 11th version.

Erona on, että reaktiokammioon syötetään yhtä jaksollisen järjestelmän ryhmän IV alkuaineen yhdistettä sa-20 manaikaisesti hiilivetykaasun kanssa.The difference is that one compound of a Group IV element of the Periodic Table is fed to the reaction chamber simultaneously with the hydrocarbon gas.

Tämä yhdiste voi olla piioksidi, kun taas hiilive-tykaasu on metaani.This compound may be silica, while the hydrocarbon gas is methane.

Esimerkki 16Example 16

Piioksidin ja metaanin syöttäminen saa aikaan kove-25 tetun kerroksen, jonka paksuus on korkeintaan 60 pm ja kovuus korkeintaan 8 000 MPa, ja suihkutetun kerroksen, jonka kovuus on korkeintaan 9 000 MPa.The supply of silica and methane provides a cured layer with a thickness of up to 60 and a hardness of up to 8,000 MPa and a sprayed layer with a hardness of up to 9,000 MPa.

Tätä versiota voidaan käyttää päällysteiden muodostamiseen hankauskulutuksen alaisina toimien osille, kuten 30 ketjurattaille, holkeille ja joillekin maatalouskoneiden komponenteille.This version can be used to form coatings under abrasion wear on operating parts such as 30 sprockets, bushings and some components of agricultural machinery.

Menetelmän 17. suoritusmuoto on samankaltainen kuin toinen versio.The 17th embodiment of the method is similar to the second version.

Erona on, että reaktiokammioon syötetään ryhmien IV 35 ja V alkuaineiden joukosta valittuja kahta alkuainetta.The difference is that two elements selected from Group IV 35 and V elements are fed to the reaction chamber.

Il 17 98740Il 17 98740

Mainitunlaisina alkuaineina voidaan käyttää zirkoniumia ja typpeä.Zirconium and nitrogen can be used as such elements.

Esimerkki 17Example 17

Reaktiokammioon syötetään jauhemaista zirkoniumia 5 typpivirrassa.Powdered zirconium is fed to the reaction chamber in a stream of nitrogen.

Kovetusprosessin jälkeen esineen pinnalla on kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 40 pm ja kovuus korkeintaan 12 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on korkeintaan 16 000 MPa.After the curing process, the surface of the article has a cured layer with a thickness of up to 40 μm and a hardness of up to 12,000 MPa, and a sprayed layer with a hardness of up to 16,000 MPa.

10 Tätä menetelmäsuoritusmuotoa käytetään edullisesti turbiinin lapojen, suuntainten ja muiden korkeassa lämpötilassa olevassa väliaineessa toimivien komponenttien ko-vettamiseen.This method embodiment is preferably used to cure turbine blades, guides and other components operating in a high temperature medium.

Menetelmän 18. suoritusmuoto on samankaltainen kuin 15 7. menetelmäsuoritusmuoto.The 18th embodiment of the method is similar to the 7th method embodiment.

Erona on, että reaktiokammioon syötetään ryhmän IV alkuainetta.The difference is that a Group IV element is fed into the reaction chamber.

Mainitunlaisena alkuaineena käytetään zirkoniumia.Zirconium is used as such an element.

Esimerkki 18 20 Reaktiokammioon syötetään jauhemaista zirkoniumia, boorikarbidia, typpeä ja metaania, niin että saadaan aikaan kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 80 pm ja kovuus korkeintaan 16 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on korkeintaan 20 000 MPa.Example 18 Powdered zirconium, boron carbide, nitrogen and methane are fed to the reaction chamber to provide a cured layer having a thickness of up to 80 and a hardness of up to 16,000 MPa and a sprayed layer having a hardness of up to 20,000 MPa.

25 Menetelmän 19. suoritusmuoto on samankaltainen kuin 18. menetelmäsuoritusmuoto.The 19th embodiment of the method is similar to the 18th embodiment of the method.

Erona on, että reaktiokammioon syötetään toista ryhmän IV alkuainetta, nimittäin hiiltä.The difference is that another Group IV element, namely carbon, is fed into the reaction chamber.

Esimerkki 19 30 Syöttämällä lisäksi hiiltä reaktiokammioon saadaan esineelle kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 80 pm ja kovuus korkeintaan 16 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on korkeintaan 22 000 MPa.Example 19 In addition to feeding carbon into the reaction chamber, a cured layer having a thickness of up to 80 μm and a hardness of up to 16,000 MPa and a sprayed layer having a hardness of up to 22,000 MPa are obtained on the article.

Menetelmän 20. suoritusmuodossa käytetään vain yhtä 35 ryhmän V alkuainetta.In the 20th embodiment of the method, only one Group V element is used.

Mainitunlaisena alkuaineena voidaan käyttää typpeä.Nitrogen can be used as such an element.

18 9874018 98740

Esimerkki 20Example 20

Syöttämällä typpeä reaktiokammioon muodostetaan plasmasykäyksiä, joiden typpipitoisuus on jopa 80 %.By introducing nitrogen into the reaction chamber, plasma pulses with a nitrogen content of up to 80% are generated.

Typpiplasmalla kovetetun esineen analyysi osoittaa, 5 että pinnalla on kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 100 pm ja kovuus korkeintaan 9 000 MPa.Analysis of the nitrogen plasma cured article shows that the surface has a cured layer with a thickness of up to 100 μm and a hardness of up to 9,000 MPa.

Menetelmän tätä versiota voidaan käyttää erilaisten komponenttien, kuten hammaspyörien, nokkapyörien, mäntien ja synkronisaattoreiden, nitridointiin. Menetelmän 21.This version of the method can be used to nitride various components such as gears, camshafts, pistons and synchronizers. Method 21.

10 suoritusmuoto on samankaltainen kuin menetelmän 20. suoritusmuoto.Embodiment 10 is similar to Embodiment 20 of the method.

Erona on, että reaktiokammioon syötetään typpeä ja hiilivetykaasua (metaania) samanaikaisesti ja tämä suurentaa merkitsevästi käsiteltävän esineen kovuutta.The difference is that nitrogen and hydrocarbon gas (methane) are fed into the reaction chamber simultaneously and this significantly increases the hardness of the object to be treated.

15 Esimerkki 2115 Example 21

Metaanin syöttäminen reaktiokammioon suurentaa kovetetun kerroksen kovuuden arvoon 11 000 MPa.The introduction of methane into the reaction chamber increases the hardness of the cured layer to 11,000 MPa.

Menetelmän 22. suoritusmuoto toteutetaan edullisesti samalla tavalla kuin 21. versio.The 22nd embodiment of the method is preferably carried out in the same manner as the 21st version.

20 Erona on, että reaktiokammioon syötetään toista ryhmän IV alkuainetta, nimittäin titaania.The difference is that another Group IV element, namely titanium, is fed into the reaction chamber.

Esimerkki 22Example 22

Esineen kovettaminen titaania, typpeä ja metaania sisältävällä plasmasykäyksellä saa aikaan esineen pinnalle 25 kovetetun kerroksen, jonka paksuus on korkeintaan 100 pm ja kovuus korkeintaan 12 000 MPa.Curing the article with a plasma pulse containing titanium, nitrogen and methane provides a layer 25 cured on the surface of the article with a thickness of up to 100 and a hardness of up to 12,000 MPa.

Menetelmän tätä suoritusmuotoa käytetään edullisesti metallintyöstötyökalujen kovetukseen.This embodiment of the method is preferably used for curing metalworking tools.

Menetelmän 23. suoritusmuodossa reaktiokammioon 30 syötetään ryhmästä V valitun alkuaineen yhdistettä, nimittäin ferrovanadiinia.In the 23rd embodiment of the process, a compound of an element selected from Group V, namely ferrovanadine, is fed to the reaction chamber 30.

Esimerkki 23Example 23

Reaktiokammioon syötetään ferrovanadiinia, joka sisältää korkeintaan 60 % vanadiinia. Esineen sykäyskove-35 tus ferrovanadiinia sisältävällä plasmalla antoi tulokseksi kovetetun kerroksen, jonka paksuus oli korkeintaan 19 98740 40 pm ja kovuus korkeintaan 8 000 MPa, ja suihkutetun kerroksen, jonka kovuus oli korkeintaan 10 000 MPa.Ferrovanadine containing up to 60% vanadium is fed to the reaction chamber. Pulse curing of the article with ferrovanadine-containing plasma resulted in a cured layer having a thickness of up to 19,987,740 40 and a hardness of up to 8,000 MPa and a sprayed layer having a hardness of up to 10,000 MPa.

Menetelmän tämä suoritusmuoto on tehokas vedenkes-tävien päällysteiden muodostamiseksi hankauskulutusolosuh-5 teissä toimivien esineiden, kuten aurojen, auran vannasten ja kultivaattoreiden, pinnalle.This embodiment of the method is effective for forming waterproof coatings on the surface of objects operating under abrasion wear conditions, such as plows, plow hoops and cultivators.

Hiilivetykaasun (metaanin) syöttäminen suurentaa merkitsevästi kovetetun kerroksen kovuutta.The supply of hydrocarbon gas (methane) significantly increases the hardness of the cured layer.

Menetelmän 24. suoritusmuodossa syötetään samanai-10 kaisesti ferrovanadiinia ja metaania.In the 24th embodiment of the method, ferrovanadine and methane are fed simultaneously.

Esimerkki 24Example 24

Ferrovanadiinin ja metaanin samanaikainen syöttäminen reaktiokammioon suurentaa kovetetun kerroksen kovuuden arvoon 12 000 MPa kerroksen paksuuden ollessa korkeintaan 15 40 pm. Suihkutetun kerroksen kovuus on korkeintaan 8 000 MPa.The simultaneous feeding of ferrovanadine and methane into the reaction chamber increases the hardness of the cured layer to 12,000 MPa with a layer thickness of up to 15 40. The hardness of the sprayed layer is at most 8,000 MPa.

Menetelmän tämä versio on samankaltainen kuin edellinen menetelmäsuoritusmuoto.This version of the method is similar to the previous method embodiment.

On edullista syöttää reaktiokammioon vielä muuta 20 ryhmän IV alkuainetta (hiiltä).It is preferred to feed yet another Group IV element (carbon) to the reaction chamber.

Menetelmän 25. suoritusmuoto suurentaa merkitsevästi kovuutta, mikä tekee siitä tehokkaamman.Embodiment 25 of the method significantly increases hardness, making it more efficient.

Esimerkki 25Example 25

Reaktiokammioon syötetään samanaikaisesti ferrova-25 nadiinia, metaania ja hiiltä.Ferrova-25 nadine, methane and carbon are fed simultaneously to the reaction chamber.

Saadaan aikaan kovetettu kerros, jolla on samanlaiset ominaisuudet kuin esimerkissä 24, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on korkeintaan 16 000 MPa.A cured layer having the same properties as in Example 24 and a sprayed layer having a hardness of up to 16,000 MPa are obtained.

Menetelmän 26. suoritusmuodon käyttö on käytännössä 30 kiintoisaa. Tässä menetelmässä syötetään ryhmän V alkuaineen yhdistettä ja ryhmän III alkuainetta.The use of the 26th embodiment of the method is practically interesting. In this method, a group V element compound and a group III element are fed.

Ensin mainittu ryhmästä V valitun alkuaineen yhdiste voi olla ferrovanadiini ja viimeksi mainittu alkuaine alumiini.The former compound of the element selected from Group V may be ferrovanadine and the latter element aluminum.

20 9874020 98740

Esimerkki 26Example 26

Esineen pinnan kovettamiseksi syötetään alumiini-lankaa ja ferrovanadiinia reaktiokammioon. Langan pinta sulatetaan plasmasykäyksellä.To cure the surface of the article, aluminum wire and ferrovanadine are fed to the reaction chamber. The surface of the wire is melted by plasma pulse.

5 Saadaan aikaan kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 40 pm ja kovuus korkeintaan 8 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on korkeintaan 7 000 MPa.A cured layer having a thickness of up to 40 and a hardness of up to 8,000 MPa and a sprayed layer having a hardness of up to 7,000 MPa are provided.

Keksinnön 27. suoritusmuodon mukaisesti on mahdollista syöttää reaktiokammioon kahta ryhmän V alkuainetta.According to the 27th embodiment of the invention, it is possible to feed two group V elements into the reaction chamber.

10 Mainitunlaisina alkuaineina käytetään niobiumia ja typpeä.10 Niobium and nitrogen are used as such elements.

Esimerkki 27Example 27

Typpivirta kuljettaa jauhemaisen niobiumin reaktio-kammioon. Kun pinta on kovetettu yksittäisillä plasmasy-käyksillä, voidaan esineen pinnalla havaita kaksoiskerros: 15 kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 50 pm ja kovuus korkeintaan 18 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on 20 000 MPa.A stream of nitrogen carries the powdered niobium into the reaction chamber. When the surface has been cured by individual plasma strokes, a double layer can be observed on the surface of the article: a cured layer with a thickness of up to 50 and a hardness of up to 18,000 MPa, and a sprayed layer with a hardness of 20,000 MPa.

Tätä menetelmä voidaan käyttää elektroditeollisuu-dessa kloorisuolojen elektrolyysiin tarkoitettujen kata-20 lyyttien tuottamiseen.This method can be used in the electrode industry to produce catalysts for the electrolysis of chlorine salts.

On mahdollista syöttää reaktiokammioon samanaikaisesti kahta jaksollisen järjestelmän ryhmän IV alkuainetta ja kahta ryhmän V alkuainetta.It is possible to feed two Group IV elements and two Group V elements to the reaction chamber simultaneously.

Menetelmän 28. suoritusmuodossa syötetään ryhmän V 25 alkuaineita, kuten typpeä ja niobiumia, ja ryhmän IV alkuaineita, kuten hiiltä ja tangon muodossa olevaa titaania.In the 28th embodiment of the process, Group V 25 elements, such as nitrogen and niobium, and Group IV elements, such as carbon and titanium in the form of a rod, are fed.

Esimerkki 28Example 28

Menettely on samanlainen kuin esimerkissä 27, mutta reaktiokammioon syötetään myös jauhemaisen grafiitin muo-30 dossa olevaa hiiltä ja tangon muodossa olevaa titaania.The procedure is similar to Example 27, but carbon and powdered titanium in the form of powdered graphite are also fed to the reaction chamber.

Saadaan aikaan kovetettu kerros, jonka paksuus on 60 pm ja kovuus 18 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on korkeintaan 20 000 MPa. Tätä menetelmää käytetään kuten menetelmän 27. suoritusmuotoa.A cured layer having a thickness of 60 μm and a hardness of 18,000 MPa and a sprayed layer having a hardness of up to 20,000 MPa are obtained. This method is used as the 27th embodiment of the method.

35 Keksinnön mukainen menetelmä voidaan toteuttaa käyttämällä ryhmän VI alkuainetta.The process according to the invention can be carried out using a Group VI element.

l· 21 98740l · 21 98740

Menetelmän 29. suoritusmuodossa syötetään kromia (ryhmän VI alkuaine) reaktiokammioon.In the 29th embodiment of the process, chromium (a Group VI element) is fed to the reaction chamber.

Esimerkki 29Example 29

Esineen pinta kovetetaan syöttämällä kromitankoa 5 reaktiokammioon.The surface of the article is cured by feeding a chrome rod 5 into the reaction chamber.

Saadaan aikaan kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 100 pm ja kovuus korkeintaan 8 000 MPa. Menetelmän 30. suoritusmuoto on samankaltainen kuin 29. menetelmäsuoritusmuoto.A cured layer having a thickness of up to 100 and a hardness of up to 8,000 MPa is obtained. The 30th embodiment of the method is similar to the 29th embodiment of the method.

10 Erona on, että reaktiokammioon syötetään toista ryhmän VI alkuainetta. Mainitunlaisena alkuaineena voidaan käyttää hiiltä.The difference is that another Group VI element is fed into the reaction chamber. Carbon can be used as such an element.

Esimerkki 30Example 30

Syöttämällä lisähiiltä jauhemaisen grafiitin muo-15 dossa saadaan aikaan kovetettu kerros, jonka paksuus on 100 pm ja kovuus 8 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on 12 000 MPa.Feeding additional carbon in the form of powdered graphite provides a cured layer having a thickness of 100 μm and a hardness of 8,000 MPa and a sprayed layer having a hardness of 12,000 MPa.

Aikaansaatujen kerrosten kovuutta voidaan menetelmän 31. suoritusmuodon mukaisesti suurentaa syöttämällä 20 kammioon hiilivetykaasua (metaania).According to the 31st embodiment of the method, the hardness of the obtained layers can be increased by feeding hydrocarbon gas (methane) to the chamber 20.

Esimerkki 31Example 31

Kromin, hiilen ja metaanin samanaikainen syöttäminen reaktiokammioon suurentaa kovetetun kerroksen kovuuden arvoon 9 000 MPa (paksuus 90 pm) ja suihkutetun kerroksen 25 kovuuden arvoon 14 000 MPa.The simultaneous introduction of chromium, carbon and methane into the reaction chamber increases the hardness of the cured layer to 9,000 MPa (thickness 90 μm) and the hardness of the sprayed layer to 14,000 MPa.

Menetelmän 32. suoritusmuodon mukaisesti reaktio-kammioon syötetään yhtä jaksollisen järjestelmän ryhmän VI alkuainetta, nimittäin molybdeeniä.According to an embodiment 32 of the process, one element of Group VI of the Periodic Table, namely molybdenum, is fed to the reaction chamber.

Esimerkki 32 30 Sellaisen kerroksen muodostamiseksi esineen pinnal le, jolla on hyvät kitkaa vähentävät ominaisuudet, reaktiokammioon syötetään tangon muodossa olevaa molybdeeniä.Example 32 To form a layer on the surface of an article having good friction-reducing properties, molybdenum in the form of a rod is fed to the reaction chamber.

Esineellä on kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 80 pm ja kovuus 5 000 MPa.The article has a cured layer with a maximum thickness of 80 μm and a hardness of 5,000 MPa.

35 22 9874035 22 98740

Menetelmän tätä suoritusmuotoa voidaan käyttää polttomoottoreiden mäntien ja sylinterien käyttöiän pidentämiseen.This embodiment of the method can be used to extend the life of pistons and cylinders of internal combustion engines.

Esineelle voidaan muodostaa kitkaa vähentävä kerros 5 syöttämällä yhdessä molybdeenin kanssa toista ryhmän VI alkuainetta ja sen yhdistettä.A friction reducing layer 5 can be formed on the article by feeding together with molybdenum another Group VI element and a compound thereof.

Happi voi olla tällainen alkuaine ja rautaoksidi mainitunlainen yhdiste.Oxygen may be such an element and iron oxide such a compound.

Esimerkki 33 10 Syöttämällä samanaikaisesti molybdeeniä, rautaoksi dia ja happea reaktiokammioon saadaan aikaan esineen pinnalle kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 60 pm ja kovuus 6 000 MPa, suihkutetun kerroksen kovuuden ollessa korkeintaan 4 000 MPa.Example 33 10 Simultaneous feeding of molybdenum, iron oxide and oxygen into the reaction chamber provides a layer cured on the surface of the article having a thickness of up to 60 μm and a hardness of 6,000 MPa with a hardness of the sprayed layer of up to 4,000 MPa.

15 Tämä suoritusmuoto on tehokas kitkaa vähentävän, työstettävyyttä parantavan kerroksen muodostamiseksi män-nänrenkaille.This embodiment is effective in forming a friction-reducing, machinability-improving layer on piston rings.

Menetelmän 34. suoritusmuoto toteutetaan samalla tavalla kuin 33. menetelmäsuoritusmuoto.Embodiment 34 of the method is implemented in the same manner as Embodiment 33 of the method.

20 Erona on, että reaktiokammioon syötetään toista ryhmän VI alkuainetta (rikkiä) ja hiilivetykaasua (metaania) .The difference is that another Group VI element (sulfur) and a hydrocarbon gas (methane) are fed into the reaction chamber.

Esimerkki 34Example 34

Kaikki tehdään muuten kuten esimerkissä 33, mutta 25 reaktiokammioon syötetään rikkiä metaanin kantamana.Everything is done otherwise as in Example 33, but sulfur is fed to the reaction chamber 25 carried by methane.

Esineelle muodostetaan kovetettu kerros, jonka paksuus on 60 pm ja kovuus 6 000 MPa, ja suihkutettu kerros, joka koostuu rauta- ja molybdeenioksidien samoin kuin molybdeenin ja raudan kanssa sulatetuista molybdeeni- ja 30 rautasulfideista. Tämän kerroksen kovuus on korkeintaan 2 500 MPa.The article is formed with a cured layer having a thickness of 60 μm and a hardness of 6,000 MPa, and a sprayed layer consisting of molybdenum and iron sulfides fused with iron and molybdenum oxides as well as molybdenum and iron. The hardness of this layer is at most 2,500 MPa.

Pinnalle muodostuu pehmeä molybdeeni- ja rautasul-fideista ja -oksideista koostuva kitkaa vähentävä kerros.A soft friction-reducing layer of molybdenum and iron sulfides and oxides is formed on the surface.

Reaktiokammioon voidaan syöttää muita ryhmän VI 35 alkuaineita, esimerkiksi volfrämiä.Other Group VI 35 elements, for example tungsten, can be fed to the reaction chamber.

Il 23 98740Il 23 98740

Menetelmän 35. suoritusmuodossa käytetään volfra- mia.In the 35th embodiment of the method, tungsten is used.

Esimerkki 35Example 35

Reaktiokammioon syötetään tangon muodossa olevaa 5 volfrämiä. Esineen pinta kovetetaan volfrämiä sisältävillä plasmasykäyksillä.5 tungsten in the form of a rod is fed to the reaction chamber. The surface of the article is cured by plasma pulses containing tungsten.

Esineen pinnalle muodostuu kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 80 pm ja kovuus korkeintaan 8 000 MPa.A cured layer with a thickness of up to 80 μm and a hardness of up to 8,000 MPa is formed on the surface of the article.

10 Tätä suoritusmuotoa voidaan käyttää korkeissa läm pötiloissa toimivien metalliesineiden ominaisuuksien parantamiseen.This embodiment can be used to improve the properties of metal objects operating at high temperatures.

Menetelmän 36. suoritusmuoto toteutetaan samalla tavalla kuin 35. menetelmäsuoritusmuoto.Embodiment 36 of the method is implemented in the same manner as Embodiment 35 of the method.

15 Erona on, että reaktiokammioon syötetään hiilivety- kaasua, esimerkiksi metaania.The difference is that a hydrocarbon gas, for example methane, is fed into the reaction chamber.

Esimerkki 36Example 36

Reaktiokammioon syötetään samanaikaisesti volframia ja metaania.Tungsten and methane are fed to the reaction chamber simultaneously.

20 Saadaan aikaan kovetettu kerros, jonka paksuus on 80 pm ja kovuus korkeintaan 10 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on korkeintaan 14 000 MPa.A cured layer having a thickness of 80 μm and a hardness of up to 10,000 MPa and a sprayed layer having a hardness of up to 14,000 MPa are provided.

Menetelmän 37. suoritusmuodossa voidaan käyttää ryhmien IV ja VI alkuaineita (hiiltä ja volframia) yhdessä 25 hiilivetykaasun, esimerkiksi metaanin, kanssa.In embodiment 37 of the process, Group IV and VI elements (carbon and tungsten) may be used in combination with a hydrocarbon gas, for example methane.

Esimerkki 37Example 37

Kaikki tehdään muuten kuten esimerkissä 36, mutta reaktiokammioon syötetään samanaikaisesti hiiltä.Everything is done otherwise as in Example 36, but carbon is fed to the reaction chamber at the same time.

Saadaan aikaan kovetettu kerros, jonka paksuus on 30 korkeintaan 80 pm ja kovuus korkeintaan 10 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on korkeintaan 18 000 MPa.A cured layer having a thickness of up to 80 μm and a hardness of up to 10,000 MPa and a sprayed layer having a hardness of up to 18,000 MPa are provided.

Yhden ryhmään VI kuuluvan alkuaineen yhdisteen syöttämisellä reaktiokammioon on käytännön mielenkiintoa.There is practical interest in feeding a compound of a Group VI element to the reaction chamber.

35 24 9874035 24 98740

Pinnalle muodostuu suihkutettu kerros, jota voidaan käyttää ruuvikuljettimien, leikkureiden, mäntien ja venttiilien, ts. hankaavassa väliaineessa toimivien esineiden, kovetukseen.A spray layer is formed on the surface which can be used for curing screw conveyors, cutters, pistons and valves, i.e. objects operating in an abrasive medium.

5 Niinpä keksinnön 38. suoritusmuodon mukaisesti re- aktiokammioon syötetään mainitunlaisena yhdisteenä volf-ramikarbidia.Thus, according to Embodiment 38 of the invention, tungsten carbide is fed to the reaction chamber as such a compound.

Esimerkki 38Example 38

Reaktiokammioon syötetään jauhemaista volframikar- 10 bidia.Powdered tungsten carbide is fed to the reaction chamber.

Saadaan aikaan kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 40 pm ja kovuus 8 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on 18 000 MPa.A cured layer having a thickness of up to 40 μm and a hardness of 8,000 MPa and a sprayed layer having a hardness of 18,000 MPa are obtained.

Menetelmän 39. suoritusmuoto toteutetaan samalla 15 tavalla kuin 38. menetelmäsuoritusmuoto.Embodiment 39 of the method is implemented in the same manner as Embodiment 38 of the method.

Erona on, että reaktiokammioon syötetään hiilivety-kaasua (metaania) samanaikaisesti volframikarbidin kanssa.The difference is that hydrocarbon gas (methane) is fed to the reaction chamber simultaneously with tungsten carbide.

Esimerkki 39Example 39

Reaktiokammioon syötetään jauhemaista volframikar-20 bidia metaanin kantamana.Powdered tungsten carbide-20 supported by methane is fed to the reaction chamber.

Saadaan aikaan kovetettu kerros, jonka paksuus on korkeintaan 40 pm ja kovuus 8 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on korkeintaan 20 000 MPa.A cured layer having a thickness of up to 40 and a hardness of 8,000 MPa and a sprayed layer having a hardness of up to 20,000 MPa are obtained.

On mahdollista syöttää reaktiokammioon ryhmien III, 25 IV ja VI alkuaineiden yhdisteitä ja ryhmän V alkuainetta samanaikaisesti hiilivetykaasun kanssa.It is possible to feed the compounds of groups III, IV and VI elements and the group V element to the reaction chamber simultaneously with the hydrocarbon gas.

Menetelmän 40. suoritusmuodossa kammioon syötetään esimerkiksi samanaikaisesti boorikarbidia, volframikarbi-dia ja titaaninitridiä hiilivetykaasun koostuessa typestä 30 ja metaanista.In embodiment 40 of the method, for example, boron carbide, tungsten carbide and titanium nitride are fed to the chamber simultaneously, with the hydrocarbon gas consisting of nitrogen 30 and methane.

Esimerkki 40Example 40

Syöttämällä samanaikaisesti boori- ja volframikar-bideja, titaaninitridiä, typpeä ja metaania saadaan esineen pinnalle aikaan kovetettu kerros, jonka paksuus on 35 korkeintaan 40 pm ja kovuus korkeintaan 8 000 MPa, ja 25 98740 suihkutettu kerros, jonka kovuus on korkeintaan 22 000 MPa.Simultaneous feeding of boron and tungsten carbides, titanium nitride, nitrogen and methane provides a cured layer with a thickness of 35 to 40 and a hardness of up to 8,000 MPa and a sprayed layer with a hardness of up to 22,000 MPa to the surface of the article.

Menetelmän 41. suoritusmuodon mukaisesti kovetetun kerroksen muodostamiseksi esineen pinnalle reaktiokammioon 5 voidaan syöttää jaksollisen järjestelmän ryhmän III kahden alkuaineen yhdistettä, esimerkiksi indiumboridia, ja hii-livetykaasua, jonka tiheys on suurempi kuin metaanin, esimerkiksi propaani-butaaniseosta.According to the 41st embodiment of the method, a compound of two Group III elements, e.g., indium boride, and a hydrocarbon gas having a density greater than that of methane, e.g., propane-butane, may be fed to the reaction chamber 5 to form a cured layer on the surface of the article.

Esimerkki 41 10 Syöttämällä reaktiokammioon samanaikaisesti indium boridia ja propaanin ja butaanin seosta saadaan esineen pinnalle aikaan kovetettu kerros, jonka paksuus on 50 pm ja kovuus korkeintaan 20 000 MPa, ja suihkutettu kerros, jonka kovuus on korkeintaan 28 000 MPa.Example 41 By simultaneously feeding indium boride and a mixture of propane and butane into the reaction chamber, a cured layer having a thickness of 50 μm and a hardness of up to 20,000 MPa and a sprayed layer having a hardness of up to 28,000 MPa are obtained on the surface of the article.

15 Tätä kovetettua kerrosta voidaan käyttää kulumisel le alttiiden kaasuturbiinien pintojen suojaamiseen.15 This hardened layer can be used to protect the surfaces of gas turbines that are prone to wear.

Samanlaisia ominaisuuksia voidaan 42. menetelmäsuo-ritusmuodon mukaisesti saada aikaan syöttämällä reaktio-kammioon kahta jaksollisen järjestelmän ryhmän VI alkuai-20 netta, esimerkiksi zirkoniumkarbidia.According to process embodiment 42, similar properties can be obtained by feeding two Group VI elements of the Periodic Table, for example zirconium carbide, into the reaction chamber.

Esimerkki 42Example 42

Menettely toteutetaan samalla tavalla kuin esimerkissä 41. Jauhemainen zirkonium syötetään reaktiokammioon propaani-butaaniseoksen kantamana. Reaktiokammiossa tapah-25 tuva samanaikainen kuumennus ja plasmakemiallinen vuorovaikutus esineen pinnan kanssa saa aikaan kovetetun kerroksen, jonka paksuus on 60 pm ja kovuus korkeintaan 18 000 MPa.The procedure is carried out in the same manner as in Example 41. Powdered zirconium is fed into the reaction chamber supported by a propane-butane mixture. The simultaneous heating in the reaction chamber and the plasma chemical interaction with the surface of the article provide a cured layer having a thickness of 60 μm and a hardness of up to 18,000 MPa.

Suojakerrosten muodostamiseksi elektrolyysilaittei-30 den elektrodeille voidaan menetelmän 43. suoritusmuodon mukaisesti käyttää jaksollisen järjestelmän ryhmän V kahden alkuaineen yhdistettä, esimerkiksi niobiumnitridiä.According to the 43rd embodiment of the method, a compound of two elements of Group V of the Periodic Table, for example niobium nitride, can be used to form protective layers on the electrodes of the electrolysis devices.

26 9874026 98740

Esimerkki 43Example 43

Menettely toteutetaan samalla tavalla kuin esimerkissä 41.The procedure is carried out in the same way as in Example 41.

Jauhemainen niobiumnitridi syötetään reaktiokammi-5 oon propaani-butaaniseoksen kantamana.Powdered niobium nitride is fed to the reaction chamber 5 supported by a propane-butane mixture.

Esineen sykäyksittäinen käsittely plasmakemiallisen synteesin tuotteilla tekee mahdollisesti saada aikaan kovetetun kerroksen, jonka paksuus on 50 pm ja kovuus 16 000 MPa, ja suihkutetun kerroksen, jonka kovuus on 10 14 000 MPa.Pulsed treatment of the article with products of plasma chemical synthesis makes it possible to obtain a cured layer having a thickness of 50 μm and a hardness of 16,000 MPa and a sprayed layer having a hardness of 10 to 14,000 MPa.

Esineiden suojaamiseksi hankauskulumiselta ja korroosiolta voidaan menetelmän 44. suoritusmuodon mukaisesti esineen pinta käsitellä jaksollisen järjestelmän ryhmän VI kahden alkuaineen yhdisteellä, esimerkiksi kromikarbidil-15 la.In order to protect the articles from abrasion and corrosion, according to the 44th embodiment of the method, the surface of the article can be treated with a compound of two elements of Group VI of the Periodic Table, for example chromium carbidyl-15a.

Esimerkki 44Example 44

Jauhemainen kromikarbidi syötetään reaktiokammioon 20 propaani-butaaniseoksen kantamana.Powdered chromium carbide is fed to the reaction chamber 20 carried by a propane-butane mixture.

Esineen käsittely plasmakemiallisen synteesin tuotteilla muodostaa esineelle kovetetun kerroksen, jonka paksuus on 150 pm ja kovuus korkeintaan 11 000 MPa.Treatment of the article with plasma chemical synthesis products forms a cured layer on the article with a thickness of 150 μm and a hardness of up to 11,000 MPa.

Tätä menetelmäsuoritusmuotoa voidaan käyttää maata-25 louskoneiden joidenkin komponenttien suojaamiseen.This method embodiment can be used to protect some components of ground-based machines.

Keksinnön mukaisen menetelmän toteutusolosuhteiden mukaan on mahdollista muodostaa metalliesineen pinnalle kovetettu kerros, jolla on erilaiset ominaisuudet. Tässä tapauksessa reaktiokammioon syötetään esineen pintaa kos-30 kevien vaatimusten mukaan ryhmien III, IV, V ja VI alkuai neita ja/tai yhden tai useamman alkuaineen yhtä tai useampaa yhdistettä karbidien, nitridien, boridien, rautalejee-rinkien tai silisidien muodossa samoin kuin kaasuja ja niiden seoksia. Alkuaineet voidaan syöttää jauheen, tan-35 gon, kaasun tai aerosolin muodossa.According to the implementation conditions of the method according to the invention, it is possible to form a cured layer on the surface of a metal object having different properties. In this case, the elements of groups III, IV, V and VI and / or one or more compounds of one or more elements in the form of carbides, nitrides, borides, iron alloys or silicides as well as gases and their derivatives are fed into the reaction chamber according to the requirements for the surface of the article. mixtures. The elements can be fed in the form of powder, tan-35 gon, gas or aerosol.

li 27 98740li 27 98740

Seuraavassa kuvataan keksinnön mukaista laitteistoa metalliesineiden plasmapommittamiseksi, jolla toteutetaan kyseinen menetelmä.The following describes an apparatus according to the invention for plasma bombarding metal objects, which implements this method.

Keksinnön mukainen laitteisto, jolla toteutetaan 5 keksinnön mukainen menetelmä, käsittää reaktiokammion 1 (kuvio 1), reaktiokammion 1 sisälle asennetun elektrodin 2 ja reaktiokammioon 1 kytketyn detonaationkäynnistyslähteen 3.The apparatus according to the invention for carrying out the method according to the invention comprises a reaction chamber 1 (Fig. 1), an electrode 2 mounted inside the reaction chamber 1 and a detonation start source 3 connected to the reaction chamber 1.

Keksinnön mukaisessa laitteistossa on suutin 4 jak-10 sollisen järjestelmän ryhmien III, IV, V ja VI alkuaineiden joukosta valitun alkuaineen ja/tai sen yhdisteen syöttämiseksi reaktiokammioon 1 nuolen A suunnassa.In the apparatus according to the invention is a nozzle 4 Jak-10 as social groups III, IV, V and VI, among the elements of the selected element and / or supplying the reaction chamber 1 of a compound of arrow A direction.

Reaktiokammio 1 koostuu sylinterimäisistä osista 5 ja 6 ja näiden osien välissä olevasta kartiomaisesta osas-15 ta 7, ja se sijoitetaan vesijäähdytteiseen koteloon 8, jossa on syöttöaukko 9 ja poistoaukko 10 jäähdytysnestettä (vettä) varten. Suutin 4 sijoitetaan kammion 1 sylinteri-mäisen osan 5 seinämään.The reaction chamber 1 consists of cylindrical parts 5 and 6 and a conical part 15 between these parts, and is placed in a water-cooled housing 8 with an inlet 9 and an outlet 10 for coolant (water). The nozzle 4 is placed in the wall of the cylindrical part 5 of the chamber 1.

Kammio 1 on katodi ja se kytketään virtalähteeseen 20 11 virransyöttöpiirillä 12.The chamber 1 is a cathode and is connected to a power supply 20 11 by a power supply circuit 12.

Elektrodi 2 sisällytetään eristeeseen 13, joka toimii kammion 1 pohjana ja virtalähteeseen 11 virransyöttö-piirillä 14 kytkettynä anodina.The electrode 2 is included in the insulator 13, which serves as the bottom of the chamber 1 and as an anode connected to the power supply 11 by the power supply circuit 14.

Detonaationkäynnistyslähde 3 käsittää esipolttokam-25 mion 15 ja sarjaan kytketyn sylinterimäisen kanavan 16, joka on kytketty reaktiokammion 1 kartiomaiseen osaan 7. Esipolttokammiossa 15 on suutin 17 palavan kaasuseoksen syöttämiseksi nuolten B suunnassa ja sytytystulppa 18.The detonation start source 3 comprises a pre-combustion chamber 15 and a series-connected cylindrical channel 16 connected to the conical part 7 of the reaction chamber 1. The pre-combustion chamber 15 has a nozzle 17 for feeding a combustible gas mixture in the direction of arrows B and a spark plug 18.

Jauhemaista materiaalia syötetään kammion 1 sylin-30 terimäiseen osaan 6 nuolen C suunnassa kanavan 19 kautta, joka on tehty kammioon, jonka muodostavat vesijäähdytteinen kotelo 8 ja reaktiokammion 1 sylinterimäisen osan 6 seinämät.The powdered material is supplied to one cylinder 30 terimäiseen part of the chamber 6 in the direction of arrow C, through the channel 19, which is made of a chamber consisting of a water-cooled casing 8 and one of the cylindrical part of the walls of the reaction chamber 6.

Käsiteltävä metalliesine 20 sijoitetaan kammiosta 1 35 nuolen D suunnassa tulevien plasmasykäysten vaikutusalueelle.The present object 20 is placed in the chamber January 35 coming from the direction of arrow D the influence of the plasma.

28 98740 Tällä keksinnön mukaisen laitteiston suoritusmuodolla toteutetaan keksinnön mukaisen menetelmän 1., 20., 23., 41., 42., 43. ja 44. suoritusmuoto, joissa reaktio-kammioon 1 syötetään yhtä alkuainetta tai sen yhtä yhdis- 5 tettä suuttimen 4 kautta.28 98740 This embodiment of the apparatus according to the invention implements embodiments 1, 20, 23, 41, 42, 43 and 44 of the process according to the invention, in which one element or one of its compounds is fed to the reaction chamber 1 via a nozzle 4. through.

Samassa, kuvion 1 esittämässä laitteistosuoritus-muodossa suutinta 4 voidaan käyttää myös jaksollisen järjestelmän ryhmien III, IV, V ja VI alkuaineiden joukosta valittujen kahden tai useamman alkuaineen tai näiden alku-10 aineiden kahden tai useamman yhdisteen syöttämiseen reak-tiokammioon 1.In the same embodiment of the apparatus shown in Figure 1, the nozzle 4 can also be used for feeding two or more elements selected from the groups III, IV, V and VI of the Periodic Table or two or more compounds of these elements into the reaction chamber 1.

Tässä tapauksessa kuvion 1 esittämällä laitteistolla toteutetaan menetelmän 17. ja 27. suoritusmuoto, joissa reaktiokammioon 1 syötetään jauhemaista niobiumia typpi-15 virrassa.In this case, the apparatus shown in Fig. 1 implements embodiments 17 and 27 of the method, in which powdered niobium is fed to the reaction chamber 1 in a stream of nitrogen-15.

Suutinta 4 yhden tai useamman alkuaineen tai yhden tai useamman yhdisteen syöttämiseksi reaktiokammioon 1 voidaan käyttää myös suuttimena hiilivetykaasun syöttämiseksi reaktiokammioon.Nozzle 4 for feeding one or more elements or one or more compounds to the reaction chamber 1 can also be used as a nozzle for feeding hydrocarbon gas to the reaction chamber.

20 Tässä tapauksessa kuvion 1 mukaisella laitteistolla toteutetaan keksinnön mukaisen menetelmän 11., 15., 16., 21., 24., 30. ja 38. suoritusmuoto.In this case, the apparatus according to Figure 1 implements the 11th, 15th, 16th, 21st, 24th, 30th and 38th embodiments of the method according to the invention.

Reaktiokammioon 1 syötetään suuttimen 4 kautta samanaikaisesti alkuaineen tai sen yhdisteen kanssa hiilive-25 tykaasua, jota käytetään kuljetusväliaineena; nämä ovat menetelmän 31. ja 39. suoritusmuodot.Hydrocarbon nitrogen gas, which is used as a transport medium, is fed to the reaction chamber 1 simultaneously via the nozzle 4 with the element or its compound; these are embodiments 31 and 39 of the method.

Kuvion 2 esittämä keksinnön mukaisen laitteiston suoritusmuoto, jolla toteutetaan kyseinen menetelmä, valmistetaan samalla tavalla kuin kuvion 1 esittämä laitteis-30 to.The embodiment of the apparatus according to the invention shown in Figure 2, which implements said method, is manufactured in the same way as the apparatus shown in Figure 1.

Erona on, että reaktiokammion 2 sylinterimäisen osan 5 (kuvio 2) seinämässä on kolme lisäsuutinta 21, 22 ja 23 ryhmien III, IV, V ja VI alkuaineiden joukosta va littujen alkuaineiden tai näiden alkuaineiden yhdisteiden 35 syöttämiseksi reaktiokammioon 1 (nuolen F suunnassa suut timen 21 ollessa kyseessä).The difference is that the reaction chamber 2 of the cylindrical member 5 (Figure 2) in the wall are three additional nozzles 21, 22 and 23 in groups III, IV, V and VI of VA from the group consisting of the elements 35 into the dissemination in the selected elements, or the elements of the compounds of the reactor chamber 1 (the arrow F direction of the nozzle 21 in the case of).

Il 29 98740Il 29 98740

Keksinnön mukaisen menetelmän toteutusolosuhteiden mukaan jotkut suuttimet voidaan sulkea.Depending on the conditions of implementation of the method according to the invention, some nozzles can be closed.

Niinpä suuttimien 22 ja 23 ollessa suljettuina kuvion 2 mukaisella laitteistolla toteutetaan menetelmän 2.Thus, with the nozzles 22 and 23 closed, the apparatus of Figure 2 implements method 2.

5 suoritusmuoto, jossa kammioon 1 syötetään jauhemaista booria suuttimen 4 kautta ja typpeä suuttimen 21 kautta.5, in which powdered boron is fed to the chamber 1 through the nozzle 4 and nitrogen through the nozzle 21.

Samalla laitteistosuoritusmuodolla voidaan toteuttaa menetelmän 3., 13. ja 25. suoritusmuoto, kun suutinta 4 käytetään sekä alkuaineen, yhdisteen että typen syöttä-10 miseen kammioon 1.With the same apparatus embodiment, embodiments 3, 13 and 25 of the method can be implemented when the nozzle 4 is used to supply both the element, the compound and the nitrogen to the chamber 1.

Tällä tavalla syötetään jauhemaista booria ja fer-rovanadiinia suuttimen 4 kautta metaanivirrassa, kun taas typpeä ja grafiittijauheen muodossa oleva hiiltä syötetään suuttimen 21 kautta.In this way, powdered boron and ferrovanadine are fed through nozzle 4 in a methane stream, while nitrogen and carbon in the form of graphite powder are fed through nozzle 21.

15 Kun suutin 21 on suljettuna, kuvion 2 mukaisella laitteistolla toteutetaan 9. menetelmä metalliesineiden plasmapommittamiseksi, jossa injektoidaan yttrium-, boori-ja grafiittijauheita kammioon 1 suuttimien 2, 22 ja vastaavasti 23 kautta.With the nozzle 21 closed, the apparatus of Figure 2 implements the 9th method for plasma bombarding metal objects by injecting yttrium, boron and graphite powders into the chamber 1 through nozzles 2, 22 and 23, respectively.

20 Kuvion 3 esittämä keksinnön mukainen laitteistosuo- ritusmuoto on samankaltainen kuin kuvion 2 esittämä.The apparatus embodiment of the invention shown in Figure 3 is similar to that shown in Figure 2.

Erona on, että laitteistossa on lisäsuutin 24 (kuvio 3) ryhmien III, IV, V ja VI alkuaineiden joukosta valitun alkuaineen tai näiden alkuaineiden yhdisteiden syöt-25 tämiseksi reaktiokammioon 1 (nuolen E suunnassa).The difference is that the apparatus has Additional nozzle 24 (Figure 3) of the groups III, IV, V and VI, among the elements of the selected element or elements or compounds of the input 25-tämiseksi the reaction chamber 1 (in the direction of arrow E).

Suutin 24 on sijoitettu elektrodin 25 sisään.The nozzle 24 is located inside the electrode 25.

Tätä laitteistosuoritusmuotoa käytetään 4., 5., 6., 26., 28., 29., 32., 33. ja 34. menetelmäsuoritusmuodon toteuttamiseen.This hardware embodiment is used to implement the method embodiments 4, 5, 6, 26, 28, 29, 32, 33 and 34.

30 Niinpä edellä mainittujen menetelmäsuoritusmuotojen mukaisesti reaktiokammioon 1 syötetään suuttimien 4, 21, 22 ja 23 ollessa suljettuina alumiinilankaa suuttimen 24 kautta, suuttimien 21, 22 ja 23 ollessa suljettuina suutinta 4 käytetään boorikarbidin lisäsyöttöön, suuttimien 35 22 ja 23 ollessa suljettuina syötetään lisäksi kaasumaista typpeä suuttimen 21 kautta ja suuttimien 4, 22 ja 23 oi- 30 98740 lessa suljettuina syötetään ferrovanadiinia suuttimen 21 kautta.Thus, according to the above-mentioned method embodiments, aluminum wire is fed to the reaction chamber 1 when the nozzles 4, 21, 22 and 23 are closed through the nozzle 24, when the nozzles 21, 22 and 23 are closed, the nozzle 4 is used for additional boron carbide feed, and the nozzles 35 22 and 23 are closed. 21 and with the nozzles 4, 22 and 23 closed, ferrovanadine is fed through the nozzle 21.

Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitteistosuoritus-muoto, jolla toteutetaan keksinnön mukainen menetelmä, on 5 samankaltainen kuin kuvioiden 2 ja 3 esittämät laitteisto-suoritusmuodot .The hardware embodiment according to claim 4, with which the method according to the invention is implemented, is similar to the hardware embodiments shown in Figures 2 and 3.

Erona on, että suuttimien 4 (kuvio 4), 21 ja 24 lisäksi tässä laitteistossa on kaksi suutinta 26 ja 27, joita voidaan käyttää sekä ryhmien III, IV, V ja VI alku-10 aineiden joukosta valitun alkuaineen tai sen yhdisteen syöttämiseen nuolten G ja H suunnassa että hiilivetykaasun syöttämiseen.The difference is that in addition to the nozzles 4 (Fig. 4), 21 and 24, this apparatus has two nozzles 26 and 27 which can be used to feed an element selected from Group III, IV, V and VI elements 10 or its compound by means of arrows G and H direction for the supply of hydrocarbon gas.

Nämä suuttimet 26 ja 27 sijoitetaan reaktiokammion 1 sylinterimäisen osan 6 seinämään.These nozzles 26 and 27 are placed in the wall of the cylindrical part 6 of the reaction chamber 1.

15 Tällä laitteistosuoritusmuodolla toteutetaan 7., 8., 9., 12., 14., 19., 22., 35., 36., 37. ja 40. menetel-mäsuoritusmuoto.This hardware embodiment implements method embodiments 7, 8, 9, 12, 14, 19, 22, 35, 36, 37 and 40.

Tässä tapauksessa edellä lueteltujen menetelmäsuo-ritusmuotojen mukaisesti kuvion 4 esittämässä 18. lait-20 teistosuoritusmuodossa zirkonium syötetään suuttimen 4 kautta kammion 1 sylinterimäiseen osaan 5, metaani syötetään suuttimen 21 kautta ja typpi ja boorikarbidi syötetään kammion 1 sylinterimäiseen osaan 6 suuttimien 27 ja vastaavasti 26 kautta ja 19. suoritusmuodossa suutin 24 on 25 edelleen suljettuna ja hiili syötetään yhdessä metaanin kanssa suuttimen 21 kautta.In this case, according to the method embodiments listed above, in the device embodiment 18 shown in Fig. 4, zirconium is fed through the nozzle 4 to the cylindrical part 5 of the chamber 1, methane is fed through the nozzle 21 and nitrogen and boron carbide are fed to the cylindrical part 6 of the chamber 1 through nozzles 27 and 26, respectively. In the 19th embodiment, the nozzle 24 is still closed and the carbon is fed together with the methane through the nozzle 21.

Keksinnön mukainen laitteisto metalliesineiden plasmakäsittelemiseksi, jolla toteutetaan kyseinen menetelmä, toimii seuraavasti.The apparatus according to the invention for plasma treatment of metal objects, which implements said method, operates as follows.

30 Palavan kaasuseoksen komponentit syötetään suut timien 14 kautta detonaationkäynnistyslähteeseen 3 (kuvio 1). Esipolttokammiossa 15 palavan kaasuseoksen komponentit sekoitetaan ja kanava 16 täytetään seoksella. Samanaikaisesti kammioon 1 syötetään jaksollisen järjestelmän ryh-35 mien III, IV, V ja VI kaasumaisten ja kiinteiden alkuaineiden seosta. Tässä tapauksessa voidaan tekniikan vaati- 11 31 98740 musten mukaan käyttää yhtä alkuainetta, useiden alkuaineiden seosta tai kemiallista yhdistettä ja reaktiokammioon 1 voidaan syöttää myös hiilivetykaasua. Jauhemainen materiaali syötetään reaktiokammioon 1 kanavan 19 kautta.The components of the combustible gas mixture are fed through nozzles 14 to the detonation start source 3 (Figure 1). In the pre-combustion chamber 15, the components of the combustible gas mixture are mixed and the channel 16 is filled with the mixture. Simultaneously, a mixture of gaseous and solid elements of groups III, IV, V and VI of the Periodic Table is fed into chamber 1. In this case, according to the requirements of the art, a single element, a mixture of several elements or a chemical compound can be used, and a hydrocarbon gas can also be fed to the reaction chamber 1. The powdered material is fed into the reaction chamber 1 via a channel 19.

5 Kun palava kaasuseos sytytetään sytytystulpalla 18, esipolttokammioon 15 muodostuu palamistuotteiden aiheuttama paine, joka muuttuu detonaatiopoltto-olosuhteiksi sy-linterimäisessä kanavassa 15. Detonaatiopalaminen siirtyy reaktiokammion 1 kartiomaiseen osaan 7. Siellä detonaatio-10 olosuhteet pidetään yllä sen ansiosta, että sähkövirta kulkee elektrodien välissä palavan kaasuseoksen palamistuotteiden, jauhemaisen materiaalin ja alkuaineen läpi. Sähkövirta syötetään virtayksiköstä 11 johtimien 12 ja 14 kautta elektrodeihin (katodiin ja anodiin) ja sitten pala-15 van kaasuseoksen palamistuotteiden, jauhemaisen materiaalin ja syötetyn alkuaineen läpi.5 When the combustible gas mixture is ignited by a spark plug 18, a pressure from the combustion products is generated in the pre-combustion chamber 15, which changes to detonation combustion conditions in the cylindrical channel 15. The detonation combustion through the combustion products of the gas mixture, the powdery material and the element. Electric current is supplied from the current unit 11 through conductors 12 and 14 to the electrodes (cathode and anode) and then through the combustion products of the combustible gas mixture, the powdered material and the feed element.

Siksi detonaatiopalamisolosuhteet muuttuvat magne-tokaasudynaamisiksi olosuhteiksi ja antoteho voi olla yhtä suuri.Therefore, the detonation combustion conditions change to magneto-gas dynamic conditions and the output power can be equal.

20 Sähkömagneettinen energia aktivoi reaktiokammiossa 1 kammioon syötetyn alkuaineen, ja tämä alkuaine tulee kosketukseen jauhemaisen materiaalin kanssa ja saa sillä aikaan plasmakemiallisen synteesin tai joutuu yhdessä jauheen kanssa vuorovaikutukseen metalliesineen 20 pinnan 25 kanssa. Reaktiokammion 1 lämpötilaolosuhteet stabiloidaan vesijäähdytteisellä kotelolla 8, jossa on vettä varten tuloaukko 9 ja menoaukko 10.In the reaction chamber 1, electromagnetic energy activates an element fed into the chamber, and this element comes into contact with the powdered material and thereby causes plasma chemical synthesis or interacts with the surface of the metal object 20 together with the powder. The temperature conditions of the reaction chamber 1 are stabilized by a water-cooled housing 8 having an inlet 9 and an outlet 10 for water.

Esineen 20 pinnan kovetus saadaan aikaan joko yhdellä sykäyksellä tai useilla peräkkäisillä sykäyksillä 30 plasmakemiallisen synteesin tuotteita ja plasmaa liikuttaen esinettä 20 tasaisesti.Curing of the surface of the article 20 is accomplished by either a single pulse or multiple successive pulses of the products of plasma chemical synthesis and plasma, moving the article 20 evenly.

Kuvion 1 esittämän laitteiston toimintaperiaate on sama onpa kyseessä sitten useita alkuaineita, alkuaineen yksi yhdiste tai alkuaineiden useita yhdisteitä yhdessä 35 hiilivetykaasun kanssa tai ilman sitä.The principle of operation of the apparatus shown in Figure 1 is the same whether it is several elements, one compound of the element or several compounds of the elements with or without a hydrocarbon gas.

32 9874032 98740

Kuvioiden 2, 3 ja 4 esittämän keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavan laitteiston toimintaperiaate on samankaltainen kuin kuvion 1 esittämän laitteiston toimintaperiaate.The principle of operation of the apparatus implementing the method according to the invention shown in Figures 2, 3 and 4 is similar to the principle of operation of the apparatus shown in Figure 1.

5 Seuraavassa esitetään taulukko, joka sisältää tu lokset, joita saatiin kuvioiden 1-4 mukaisilla laitteistoilla toteutetuissa keksinnön mukaisen menetelmän konkreettisissa toteutusesimerkeissä.The following is a table containing the results obtained in the concrete embodiments of the method according to the invention carried out with the apparatus according to Figures 1-4.

Il 33 98740Il 33 98740

TaulukkoTable

Tuotteen Alkuaine(et). sen Kovetetun kerroksen Suihkutetun kerroksen Kuvion nro (niiden) yhdisteet, ominaisuudet ominaisuudet nro 5 hii1ivetykaasu Paksuus Kovuus Kovuus reaktiokantmiossa (ym) (MPa) (MPa) 1 Boori 80 18 000 18 0Q0 1 2 Boori + typpi 70 18 000 18 000 2 10 3 Boori ♦ typpi ♦ metaani 70 16 000 20 000 2 4 Alumiini 60 7 000 2 000 3 5 Alumiini ♦ boorikarbidi 70 11 000 8 000 3 15 6 Alumiini ♦ boorikarbidi ♦ typpi 70 11 000 18 000 3 7 Alumiini ♦ boorikarbidi + typpi ♦ metaani 70 12 000 20 000 4 8 Alumiini + pii * 20 typpi + metaani 60 12 000 10 000 4 9 Yttrium ♦ boori ♦ hiili ♦ metaani 50 9 000 25 000 2 10 Yttrium ♦ hiili 50 12 000 15 000 4 11 Hiili + metaani 70 8 000 10 000 1 25 12 Hiili + rautaoksidi ♦ molybdeeni 70 6 000 6 000 4 13 Hiili ♦ ferrovana- diini ♦ metaani 40 20 000 2 14 Pii 90 5 000 8 000 4 30 15 Pii ♦ hiili ♦ metaani 90 10 000 10 000 1 16 Piioksidi ♦ metaani 60 8 000 9 000 1 17 Zirkonium ♦ typpi 40 12 000 16 000 1 18 Zirkonium ♦ boorikarbidi ♦ typpi + metaani 80 16 000 20 000 4 35 19 Zirkonium ♦ boorikar bidi ♦ typpi ♦ hiili + metaani 80 16 000 22 000 4 20 Typpi 100 9 000 - 1 21 Typpi ♦ metaani 100 11 000 - 1 40 22 Typpi ♦ metaani + titaani 100 12 000 - 4 23 Ferrovanadiini 40 8 000 10 000 1 24 Ferrovanadiini ♦ metaani 40 12 000 8 000 1 45 25 Ferrovanadiini + metaani ♦ hiili 40 12 000 16 000 2 98740 34Product Element (s). its Cured layer Sprayed layer Fig. No. (their) compounds, properties properties No. 5 hydrocarbon gas Thickness Hardness Hardness in reaction chamber (etc.) (MPa) (MPa) 1 Boron 80 18 000 18 0Q0 1 2 Boron + nitrogen 70 18 000 18 000 2 10 3 Boron ♦ nitrogen ♦ methane 70 16 000 20 000 2 4 Aluminum 60 7 000 2 000 3 5 Aluminum ♦ boron carbide 70 11 000 8 000 3 15 6 Aluminum ♦ boron carbide ♦ nitrogen 70 11 000 18 000 3 7 Aluminum ♦ boron carbide + nitrogen ♦ methane 70 12 000 20 000 4 8 Aluminum + silicon * 20 nitrogen + methane 60 12 000 10 000 4 9 Yttrium ♦ boron ♦ carbon ♦ methane 50 9 000 25 000 2 10 Yttrium ♦ carbon 50 12 000 15 000 4 11 Carbon + methane 70 8,000 10,000 1 25 12 Carbon + iron oxide ♦ molybdenum 70 6,000 6,000 4 13 Carbon ♦ ferrovannadine ♦ methane 40 20,000 2 14 Silicon 90 5,000 8,000 4 30 15 Silicon ♦ carbon ♦ methane 90 10,000 10,000 1 16 Silica ♦ methane 60 8,000 9,000 1 17 Zirconium ♦ nitrogen 40 12,000 16,000 1 18 Zirconium ♦ boron carbide ♦ nitrogen + methane 80 16 000 20 000 4 35 19 Zirconium ♦ boron carbide ♦ nitrogen ♦ carbon + methane 80 16 000 22 000 4 20 Nitrogen 100 9 000 - 1 21 Nitrogen ♦ methane 100 11 000 - 1 40 22 Nitrogen ♦ methane + titanium 100 12,000 - 4 23 Ferrovanadine 40 8,000 10,000 1 24 Ferrovanadine ♦ methane 40 12,000 8,000 1 45 25 Ferrovanadine + methane ♦ carbon 40 12,000 16,000 2,98740 34

Taulukko (j atkuu)Table (continued)

Tuotteen Alkuaine(et), sen Kovetetun kerroksen Suihkutetun kerroksen Kuvion nro (niiden) yhdisteet,, ominaisuudet ominaisuudet nro hi ilivetykaasu Paksuus Kovuus Kovuus 5 reaktiokammiossa (pm) (MPa) (MPa) 26 Ferrovanadiini ♦ alumiini 40 8 000 7 000 3 27 Niobium + typpi 50 18 000 20 000 1 10 28 Niobium + titaani * typpi 60 18 000 25 000 3 29 Kromi 100 8 000 - 3 30 Kromi + hiili 100 8 000 12 000 1 31 Kromi + hiili ♦ 15 metaani 90 9 000 14 000 1 32 Molybdeeni 80 6 000 - 3 33 Molybdeeni ♦ rautaoksidi + happi 60 6 000 4 000 3 34 Molybdeeni ♦ rauta- 20 oksidi + happi + rikki + metaani 60 6 000 2 500 3 35 Volframi 80 8 000 - 4 36 Volframi + metaani 80 10 000 14 000 4 37 Volframi ♦ hiili ♦ 25 metaani 80 10 000 18 000 4 38 Volframikarbidi 40 8 000 18 000 1 39 Volframikarbidi ♦ metaani 40 8 000 20 000 1 40 Boorikarbidi + volframi- 30 karbidi ♦ t i taanini t r i - di ♦ typpi ♦ metaani 40 8 000 22 000 4 41 Indiumboridi ♦ propaani-butaani 50 20 000 28 000 1 42 Zirkoniurakarbidi ♦ 35 propaani-butaani 60 18 000 - 1 43 Niobiumnitridi ♦ propaani-butaani 50 16 000 14 000 1 44 Kromikarbidi ♦ propaani-butaani 150 11 000 - 1 li 35 98740Product Element (s), Cured Layer Sprayed Layer Figure No. (their) Compounds, Properties Properties No. Hydrocarbon Gas Thickness Hardness Hardness 5 in reaction chamber (pm) (MPa) (MPa) 26 Ferrovanadine ♦ Aluminum 40 8,000 7,000 3 27 Niobium + nitrogen 50 18 000 20 000 1 10 28 Niobium + titanium * nitrogen 60 18 000 25 000 3 29 Chromium 100 8 000 - 3 30 Chromium + carbon 100 8 000 12 000 1 31 Chromium + carbon ♦ 15 methane 90 9 000 14 000 1 32 Molybdenum 80 6,000 - 3 33 Molybdenum ♦ iron oxide + oxygen 60 6,000 4,000 3 34 Molybdenum ♦ iron oxide + oxygen + sulfur + methane 60 6,000 2,500 3 35 Tungsten 80 8,000 - 4 36 Tungsten + methane 80 10 000 14 000 4 37 Tungsten ♦ carbon ♦ 25 methane 80 10 000 18 000 4 38 Tungsten carbide 40 8 000 18 000 1 39 Tungsten carbide ♦ methane 40 8 000 20 000 1 40 Boron carbide + tungsten carbide ♦ titanium to tri - di ♦ nitrogen ♦ methane 40 8,000 22,000 4 41 Indium boride ♦ propane-butane 50 20,000 28,000 1 42 Zirconium carbide boxes i ♦ 35 propane-butane 60 18 000 - 1 43 Niobium nitride ♦ propane-butane 50 16 000 14 000 1 44 Chromium carbide ♦ propane-butane 150 11 000 - 1 li 35 98740

Patenttivaatimusten mukainen laitteisto, jolla keksinnön mukainen menetelmä toteutetaan, parantaa huomattavasti käsitellyn esineen laatua, mikä nähdään selvästi edellä olevasta taulukosta.The apparatus according to the claims, with which the method according to the invention is implemented, considerably improves the quality of the treated object, which can be clearly seen from the table above.

5 Patenttivaatimusten mukaisessa laitteistossa kek sinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi detonaatio käynnistetään reaktiokammion ulkopuolella ja parannetaan siten sähköenergian hyödyksikäytön stabiiliutta kussakin plasmakemiallisessa synteesipulssissa 20 - 30 %.In the apparatus according to the claims, in order to carry out the method according to the invention, the detonation is initiated outside the reaction chamber and thus the stability of the utilization of electrical energy in each plasma chemical synthesis pulse is improved by 20-30%.

10 Metalliesineiden plasmapommituslaitteistoa plasma- pommi tusmenetelmän toteuttamiseksi voidaan käyttää kuluvien metallikomponenttien pinnan kovettamiseen koneenrakennuksessa, polttomoottorien, kompressorien, pneumaattisten ja hydraulisten käyttölaitteiden ja erilaisten työka-15 lujen valmistuksessa samoin kuin voimaloiden kattiloiden ja turbiinien käyttöiän pidentämiseen.Plasma bombardment equipment for metal objects to implement the plasma bombardment method can be used to harden the surface of consumable metal components in mechanical engineering, in the manufacture of internal combustion engines, compressors, pneumatic and hydraulic drives and various tools, and to extend the service life of power plant boilers and turbines.

Claims

A method for plasma detonation treatment of metal articles, comprising a step of feeding a powdery material and a combustible gas mixture into a reaction chamber (1), and detonating combustible the combustible gas mixture, characterized in that prior to the detonation combustion of the combustible gas mixture is measured into the reaction chamber (1) at least one element selected from the groups III, IV, V, IV of the periodic system and / or a compound thereof and an electric current is passed through the fed element and / or the compound and through the combustion products of the combustible gas mixture, the initiation of the detonation combustion of the combustible gas mixture taking place beyond the reaction chamber (1).

2. A process according to claim 1, characterized in that hydrocarbon gas is measured into the reaction chamber (1) simultaneously with the at least one element selected from the groups III, IV, V, VI of the periodic system and / or its compound.

Apparatus for plasma detonation treatment of metal objects, comprising: - a reaction chamber (1) comprising a channel (19) for feeding powdery material, - a combustion chamber (15) coupled to the reaction chamber (1) ) by means of a channel (16), and 30. a means for initiating a detonation, which means is in the form of a spark plug (18), characterized in that - in the reaction chamber (1), an insulator (13) which operates as the bottom of the chamber (1) is mounted an electrode (2, 25) for conducting electric current, which electrode (2, 15) has been connected as an anode in an electrical circuit of a supply source (11), the walls of the reaction chamber (1) acts as a cathode, and - the wall of the reaction chamber (1) has a nozzle (4) adapted to feed into the reaction chamber 5 (1) at least one additional element selected from groups III, IV, V, VI of the periodic table and / or a compound of the element.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the electrode (25) comprises on its inner side 10 along its own axis a through-flow nozzle (24) adapted to feed at least one element selected from the groups III, IV, V, VI of the periodic table system and / or a compound of the element which is a powder, a gas or a solid into the reaction chamber (1). 15