RU115358U1

RU115358U1 - DEVICE FOR ELECTRIC BLASTING OF METAL COATINGS ON CONTACT SURFACES

Info

Publication number: RU115358U1
Application number: RU2011146515/02U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Леонидович Суркаев; Виктор Геннадиевич Кульков; Михаил Маркович Кумыш; Василий Иванович Усачев
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2012-04-27

Abstract

Устройство для электровзрывного нанесения металлических покрытий на контактные поверхности, содержащее систему токопроводящих электродов, включающую внутренний и внешний электроды, разделенные механически прочным изолятором, выполненным с возможностью размещения на его торце проводника из взрывающейся фольги, и разрядную камеру с соплом, отличающееся тем, что взрывающаяся фольга выполнена с поверхностью в виде параболоида вращения, фокальная плоскость которого расположена на выходе сопла, или сферического сегмента, радиус которого равен расстоянию до центра выхода сопла, при этом фольга расположена на торце механически прочного изолятора в виде цилиндра, поверхность которого повторяет сопряженную поверхность взрывающейся фольги. A device for electroexplosive deposition of metal coatings on contact surfaces, containing a system of conductive electrodes, including an internal and external electrodes, separated by a mechanically strong insulator made with the possibility of placing an exploding foil conductor on its end, and a discharge chamber with a nozzle, characterized in that the exploding foil made with a surface in the form of a paraboloid of revolution, the focal plane of which is located at the nozzle outlet, or a spherical segment, the radius of which is equal to the distance to the center of the nozzle outlet, while the foil is located at the end of a mechanically strong insulator in the form of a cylinder, the surface of which repeats the mating surface of the exploding foil.

Description

Полезная модель относится к устройству для нанесения покрытий на металлические поверхности, в частности, к технологии импульсного электровзрывного нанесения покрытий с применением в качестве взрываемого материала фолы различных металлов, и может быть использовано в электротехнике для формирования контактных поверхностей с высокой электрической проводимостью, а также в области нанотехнологий для создания мелкодисперсных и наномасштабных металлических порошков.The utility model relates to a device for coating metal surfaces, in particular, to technology of pulsed electro-explosive coating using fuses of various metals as an explosive material, and can be used in electrical engineering to form contact surfaces with high electrical conductivity, as well as in the field of nanotechnology for the creation of fine and nanoscale metal powders.

Известно устройство для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги (Патент РФ №2393269 МПК C23C 14/32, опуб. 27.06.2010). Сущность изобретения состоит в том, что устройство содержит центральный и наружный высоковольтные электроды, изолированные друг от друга и установленные коаксиально, дополнительный цилиндрический высоковольтный электрод и сопло, отличающееся тем, что оно снабжено механически прочным диэлектрическим цилиндром, сопло выполнено в виде сопла Лаваля с внешней фаской, центральный высоковольтный электрод выполнен в виде стержня со сквозным соосным каналом, наружный высоковольтный электрод выполнен в виде полого цилиндра с внутренней фаской на торце, дополнительный высоковольтный электрод выполнен в виде кольца с периферийной частью в виде усеченного конуса и симметрично закрепленных на его поверхности стержней со сквозными соосными каналами, при этом механически прочный диэлектрический цилиндр выполнен со сквозными отверстиями для размещения стержней дополнительного высоковольтного электрода, симметрично расположенными относительно главной оси диэлектрического цилиндра, и с профилем и размерами торца, аналогичными профилю и размерам взрывающейся фольги, которая выполнена в виде плоского кольца и усеченного конуса, при чем взрывающаяся фольга расположена на торце механически прочного диэлектрического цилиндра, дополнительный высоковольтный электрод периферийной частью в виде усеченного конуса расположен на центральной части усеченного конуса взрывающейся фольги, наружный высоковольтный электрод расположен на боковой поверхности диэлектрического цилиндра таким образом, что периферийная часть усеченного конуса взрывающейся фольги расположена на поверхности внутренней фаски наружного высоковольтного электрода, диэлектрический цилиндр с взрывающейся фольгой и электродами установлен на торце сопла Лаваля, причем, поверхность внешней фаски сопла Лаваля, периферийная часть усеченного конуса взрывающейся фольги и поверхность внутренней фаски наружного высоковольтного электрода являются сопряженными, а сквозные каналы центрального высоковольтного электрода и стержней дополнительного высоковольтного электрода предназначены для подачи газа в полость сопла Лаваля.A device for coating by electric explosion of a foil is known (RF Patent No. 2393269 IPC C23C 14/32, publ. 06/27/2010). The invention consists in that the device comprises a central and external high-voltage electrodes, isolated from each other and installed coaxially, an additional cylindrical high-voltage electrode and a nozzle, characterized in that it is equipped with a mechanically strong dielectric cylinder, the nozzle is made in the form of a Laval nozzle with an external chamfer , the central high-voltage electrode is made in the form of a rod with a through coaxial channel, the external high-voltage electrode is made in the form of a hollow cylinder with an internal chamfer at the end, the additional high-voltage electrode is made in the form of a ring with a peripheral part in the form of a truncated cone and rods symmetrically mounted on its surface with through coaxial channels, while a mechanically strong dielectric cylinder is made with through holes for placing the rods of the additional high-voltage electrode symmetrically located relative to the main axis of the dielectric cylinder, and with a profile and end dimensions similar to the profile and dimensions of an exploding foil, which made in the form of a flat ring and a truncated cone, with the exploding foil located on the end face of a mechanically strong dielectric cylinder, an additional high-voltage electrode in the form of a truncated cone located on the central part of the truncated cone of the exploding foil, the outer high-voltage electrode is located on the side surface of the dielectric cylinder in this way that the peripheral part of the truncated cone of the exploding foil is located on the surface of the inner chamfer of the outer height of a volt electrode, a dielectric cylinder with exploding foil and electrodes mounted on the end face of the Laval nozzle, moreover, the surface of the outer facet of the Laval nozzle, the peripheral part of the truncated cone of the exploding foil and the surface of the inner facet of the outer high voltage electrode are conjugated, and the through channels of the central high voltage electrode and the rods of the additional high voltage electrodes are designed to supply gas to the cavity of the Laval nozzle.

Недостатком является сложность конструкции, связанная с применением сопла Лаваля и электродной системы, имеющей каналы для организации газового потока.The disadvantage is the design complexity associated with the use of a Laval nozzle and an electrode system having channels for organizing a gas flow.

Наиболее близким из известных технических решений является устройство электровзрывного нанесения металлических покрытый на контактные поверхности, содержащее систему токопроводящих электродов, включающую внутренний и внешний электроды, разделенные изолятором, разрядную камеру, сопло и взрывающийся проводник из фольги. (Патент РФ №2422555, кл. C23C 4/12, C23C 24/08, опубл. 27.06.2011)The closest known technical solution is a device for electric explosive deposition of metal coated on contact surfaces, containing a system of conductive electrodes, including internal and external electrodes separated by an insulator, a discharge chamber, a nozzle and an exploding foil conductor. (RF patent No. 2422555, CL C23C 4/12, C23C 24/08, publ. 06/27/2011)

Недостатком является то, что при электрическом взрыве плоской круглой фольги сформированные микрочастицы металлического порошка имеют высокие скорости, вектора которых преимущественно направлены перпендикулярно плоскости торца диэлектрика в сторону среза сопла. Вследствие этого обстоятельства определенная часть микрочастиц будут оседать на внутренней поверхности стенки разрядной камеры, кроме того, возможно возникновение отражения микрочастиц от наклонной поверхности стенки, оказывающее отрицательное влияние на основной поток микрочастиц, что не позволит получить высокое качестве покрытия и недостаточную адгезию с материалом контактной поверхности.The disadvantage is that during the electric explosion of a flat round foil, the formed microparticles of the metal powder have high speeds, the vectors of which are mainly directed perpendicular to the plane of the end face of the dielectric towards the nozzle exit. Due to this circumstance, a certain part of the microparticles will settle on the inner surface of the wall of the discharge chamber, in addition, reflection of microparticles from the inclined surface of the wall may occur, which has a negative effect on the main flow of microparticles, which will not allow to obtain high coating quality and insufficient adhesion with the material of the contact surface.

Техническим результатом изобретения является улучшение качества наносимого металлического покрытия и повышение адгезии с материалом контактной поверхности.The technical result of the invention is to improve the quality of the applied metal coating and increase adhesion to the material of the contact surface.

Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для электровзрывного нанесения металлических покрытий на контактные поверхности, содержащем систему токопроводящих электродов, включающую внутренний и внешний электроды, разделенные изолятором, разрядную камеру с соплом и взрывающийся проводник из фольги, поверхность взрывающейся фольги является параболоидом вращения, фокальная плоскость которого расположена на выходе сопла, или сферическим сегментом, радиус которого равен расстоянию до центра выхода сопла, при этом фольга расположена на торце механически прочного изолятора в виде цилиндра, поверхность которого повторяет сопряженную поверхность взрывающейся фольги.The technical result is achieved by the fact that in the device for electroexplosive deposition of metal coatings on contact surfaces containing a system of conductive electrodes, including an internal and external electrodes separated by an insulator, a discharge chamber with a nozzle and an exploding foil conductor, the surface of the exploding foil is a rotation paraboloid, focal the plane of which is located at the nozzle exit, or a spherical segment, the radius of which is equal to the distance to the center of the nozzle exit, at foil is located on the end of a mechanically strong insulator in the form of a cylinder whose surface repeats the mating surface of the exploding foil.

Выполнение поверхности взрывающегося проводника из фольги в виде параболоида вращения, фокальная плоскость которого расположена на выходе сопла, или в виде сферического сегмента, радиус которого равен расстоянию до выхода сопла позволяет сформировать высокоскоростной направленный поток микрочастиц в сторону выхода сопла. Усредненный вектор скорости потока микрочастиц металла будет ориентирован перпендикулярно контактной поверхности образца, что улучшает качество наносимого металлического покрытия и повышает адгезию с материалом контактной поверхности.The execution of the surface of the exploding conductor of the foil in the form of a paraboloid of revolution, the focal plane of which is located at the exit of the nozzle, or in the form of a spherical segment whose radius is equal to the distance to the exit of the nozzle allows the formation of a high-speed directed flow of microparticles towards the exit of the nozzle. The averaged vector of the flow rate of the microparticles of the metal will be oriented perpendicular to the contact surface of the sample, which improves the quality of the applied metal coating and increases adhesion to the material of the contact surface.

Выполнение торца изолятора сопряженной с поверхностью взрывающегося проводника обеспечивает созданию так называемого "самоприжатого" электрического разряда. Отраженная от поверхности изолятора ударная волна, распространяясь по металлической плазме электрического разряда, воздействует на микрочастицы металла, что влечет за собой дополнительное увеличение их скоростей.The execution of the end face of the insulator associated with the surface of the exploding conductor provides the creation of the so-called "self-clamped" electrical discharge. The shock wave reflected from the surface of the insulator, propagating through the metal plasma of an electric discharge, acts on the microparticles of the metal, which entails an additional increase in their velocities.

Таким образом, наличие отличительных признаков позволяет улучшить качество наносимого металлического покрытия и повысить адгезию с материалом контактной поверхности.Thus, the presence of distinguishing features can improve the quality of the applied metal coating and increase adhesion to the material of the contact surface.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено устройство электровзрывного нанесения металлических покрытий на контактные поверхности электрическим взрывом фольги, поверхность которой является параболоидом вращения, фокальная плоскость которого расположена на выходе сопла; на фиг.2 представлено устройство электровзрывного нанесения металлических покрытий на контактные поверхности электрическим взрывом фольги, поверхность которой является сферическим сегментом, радиус которого равен расстоянию до центра выхода сопла.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a device for electroexplosive deposition of metal coatings on contact surfaces with an electric explosion of foil, the surface of which is a paraboloid of revolution, the focal plane of which is located at the exit of the nozzle; figure 2 presents the device of electric explosive deposition of metal coatings on contact surfaces by electric explosion of foil, the surface of which is a spherical segment, the radius of which is equal to the distance to the center of the nozzle exit.

Устройство для электровзрывного нанесения металлических покрытый на контактные поверхности, содержит систему токопроводящих внутреннего 1 и внешнего 2 электродов, разделенные изолятором 3, разрядную камеру 4, сопло 5 и взрывающийся проводник из фольги 6, поверхность которой является параболоидом вращения (фиг.1), фокальная плоскость которого расположена на выходе сопла 5, или в виде сферического сегмента (фиг.2), радиус которого равен расстоянию до центра выхода сопла 5.A device for electroexplosive deposition of metal coated on contact surfaces contains a system of conductive internal 1 and external 2 electrodes separated by an insulator 3, a discharge chamber 4, a nozzle 5 and an exploding foil conductor 6, the surface of which is a rotation paraboloid (Fig. 1), the focal plane which is located at the exit of the nozzle 5, or in the form of a spherical segment (figure 2), the radius of which is equal to the distance to the center of the exit of the nozzle 5.

Устройство работает следующим образом. В качества источника высокого напряжения используется генератор импульсных токов конденсаторного типа (на чертежах не показан). При подаче высокого напряжения на внутренний электрод 1 и внешний электрод 2 возникает электрическое поле, которое определяется геометрией взрывающегося проводника 6. Возникающий ток разряда формирует электрический взрыв взрывающегося проводника из фольги 6, поверхность которого является параболоидом вращения или сферическим сегментом, что влечет за собой диспергирование взрывающегося проводника из фольги 6, по продуктам взрыва которого возникает электрический разряд с образованием неидеальной металлической плазмы. Изолятор 3, торцевая поверхность которого сопряжена с поверхностью взрывающегося проводника 6, формирует "самоприжатый" электрический разряд. Электроды 1 и 2, имеющие кольцевые фланцы с фасками, осуществляют надежный электрический контакт со взрывающимся проводником из фольги 6. В разрядной камере 4 формируется направленный поток микрочастиц, налетающих на контактную поверхность. В случае выполнения поверхности взрывающегося проводника из фольги 6 в виде параболоида вращения (фиг.1) и в виде сферического сегмента (фиг.2) направления потоков металлических микрочастиц взрывающегося проводника из фольги 6 показаны стрелками, которые иллюстрируют однородность их распределения на выходе сопла 5.The device operates as follows. A capacitor-type pulse current generator (not shown in the drawings) is used as a high-voltage source. When a high voltage is applied to the inner electrode 1 and the outer electrode 2, an electric field occurs, which is determined by the geometry of the exploding conductor 6. The resulting discharge current forms an electric explosion of the exploding conductor from foil 6, the surface of which is a paraboloid of revolution or a spherical segment, which entails the dispersion of the exploding a foil conductor 6, the explosion products of which produce an electric discharge with the formation of non-ideal metal plasma. The insulator 3, the end surface of which is interfaced with the surface of the exploding conductor 6, forms a "self-pressed" electric discharge. The electrodes 1 and 2, having annular flanges with chamfers, make reliable electrical contact with the exploding conductor of foil 6. In the discharge chamber 4, a directed flow of microparticles incident on the contact surface is formed. In the case of the surface of the exploding conductor made of foil 6 in the form of a paraboloid of revolution (Fig. 1) and in the form of a spherical segment (Fig. 2), the directions of the flows of metal microparticles of the exploding conductor of foil 6 are shown by arrows that illustrate the uniformity of their distribution at the exit of the nozzle 5.

Таким образом, осуществляется электровзрывное нанесение металлических покрытий, достигается улучшение качества наносимого металлического покрытия и повышение адгезии с материалом контактной поверхности.Thus, electroexplosive deposition of metal coatings is carried out, improving the quality of the applied metal coating and increasing adhesion to the material of the contact surface.

Claims

A device for electroexplosive deposition of metal coatings on contact surfaces, comprising a system of conductive electrodes comprising an internal and external electrodes separated by a mechanically strong insulator configured to accommodate an exploding foil conductor at its end, and a discharge chamber with a nozzle, characterized in that the exploding foil made with a surface in the form of a paraboloid of revolution, the focal plane of which is located at the exit of the nozzle, or a spherical segment, the radius of which equal distance to the center of the nozzle exit, wherein a foil is located at the end of a mechanically strong insulator in the form of a cylinder whose surface repeats the mating surface of the exploding foil.