RU2074905C1 - Method of ionic-plasma treatment of lengthened pieces - Google Patents
Method of ionic-plasma treatment of lengthened pieces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2074905C1 RU2074905C1 RU93025815A RU93025815A RU2074905C1 RU 2074905 C1 RU2074905 C1 RU 2074905C1 RU 93025815 A RU93025815 A RU 93025815A RU 93025815 A RU93025815 A RU 93025815A RU 2074905 C1 RU2074905 C1 RU 2074905C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- product
- piece
- discharge
- magnetic field
- along
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к поверхностной обработке материалов с использованием низкотемпературной плазмы аномального тлеющего газового разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях и предназначено для применения при очистке и термообработке длинномерных металлических изделий, преимущественно проволоки и ленты, а также нанесении на них покрытий. The invention relates to the surface treatment of materials using a low-temperature plasma of an abnormal glowing gas discharge in crossed electric and magnetic fields and is intended for use in cleaning and heat treatment of long metal products, mainly wire and tape, as well as coating them.
Известны способы обработки изделий и соответствующие устройства для их реализации, в которых обработка изделий осуществляется с использованием газового разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях, в том числе в магнетронах коаксиального типа [1] однако известные технические решения не предусматривают возможность обработки длинномерных изделий типа проволоки или ленты. Known methods of processing products and corresponding devices for their implementation, in which the processing of products is carried out using a gas discharge in crossed electric and magnetic fields, including coaxial type magnetrons [1], however, the known technical solutions do not provide for the possibility of processing long products such as wire or tapes.
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по назначению и совокупности существенных признаков является реализованный в работе установки [2] способ ионоплазменной обработки длинномерных изделий, в котором изделие подвергают воздействию аномального тлеющего разряда, возбуждаемого у поверхности изделия, и перемещают в продольном направлении. Of the known technical solutions, the closest to the proposed destination and the combination of essential features is the method of ion-plasma treatment of long products implemented in the installation [2], in which the product is subjected to an abnormal glow discharge excited at the surface of the product and is moved in the longitudinal direction.
Однако известный способ недостаточно производителен, предназначен только для нанесения покрытий и требует использования сложного оборудования для высокочастотного распыления. However, the known method is not efficient enough, is intended only for coating and requires the use of sophisticated equipment for high-frequency spraying.
Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе ионоплазменной обработки длинномерных изделий, в котором изделие подвергают воздействию аномального тлеющего разряда, возбуждаемого у поверхности изделия, и перемещают изделие в продольном направлении, при обработке изделия из токопроводящего материала его используют в качестве одного из электродов, служащих для возбуждения разряда, и размещают в магнитном поле, силовые линии которого в зоне разряде направлены вдоль поверхностей изделия и второго электрода, на который подают потенциал противоположной полярности. The essence of the invention lies in the fact that in the known method of ion-plasma treatment of long products, in which the product is subjected to an abnormal glow discharge excited at the surface of the product and the product is moved in the longitudinal direction, when processing the product from a conductive material, it is used as one of the electrodes, serving to excite the discharge, and placed in a magnetic field, the lines of force in the discharge zone are directed along the surfaces of the product and the second electrode, to which given the potential of the opposite polarity.
Это повышает производительность обработки за счет интенсификации разряда и расширяет технологические возможности способа, позволяя использовать его как для нанесения покрытий, так и для очистки и термообработки изделий. Кроме того, реализация способ не требует использования сложного высокочастотного оборудования. This increases the processing efficiency due to the intensification of the discharge and expands the technological capabilities of the method, allowing it to be used both for coating and for cleaning and heat treatment of products. In addition, the implementation of the method does not require the use of complex high-frequency equipment.
В частном случае реализации способа силовые линии магнитного поля в зоне разряда направляют вдоль длины изделия. При этом предусматривается возможность одновременной обработки по меньшей мере двух изделий, для чего их размещают длинной стороной вдоль образующих цилиндрической поверхности, а второй электрод выполняют в виде коаксиально охватывающей эту поверхность обечайки и электрически соединенного с ней токопроводящего стержня, расположенного вдоль их общей оси. In the particular case of the method, the magnetic field lines in the discharge zone are directed along the length of the product. At the same time, it is possible to simultaneously process at least two products, for which they are placed with the long side along the generatrices of the cylindrical surface, and the second electrode is made in the form of a shell coaxially surrounding this surface of the shell and a conductive rod electrically connected to it located along their common axis.
В другом частном случае реализации способа, при обработке изделия в виде плоской ленты его размещают в магнитном поле, силовые линии которого в зоне разряда направлены вдоль ширины ленты. При этом для одновременной обработки по меньшей мере двух изделий второй электрод выполняют в виде набора взаимно параллельных и электрически соединенных между собой плоских пластин, число которых на единицу больше числа изделий, причем между каждой парой пластин размещают одно изделие. При очистке и термообработке изделий предусмотрена возможность использования охватывающего изделие кольцевого магнитного поля, которое создают пропусканием вдоль изделия электрического тока, что позволяет существенно упростить реализацию способа при обработке изделий с достаточно большим поперечным сечением, выполненных из материала с низким удельным сопротивлением или при совмещения ионоплазменной обработки с термообработкой изделий путем их прямого электронагрева. В последнем случае это, кроме того, повышает эффективность нагрева. In another particular case of the method, when processing the product in the form of a flat tape, it is placed in a magnetic field, the lines of force in the discharge zone directed along the width of the tape. Moreover, for simultaneous processing of at least two products, the second electrode is made in the form of a set of mutually parallel and electrically interconnected flat plates, the number of which is one more than the number of products, with one product being placed between each pair of plates. When cleaning and heat-treating products, it is possible to use an annular magnetic field surrounding the product, which is created by passing an electric current along the product, which can significantly simplify the implementation of the method when processing products with a sufficiently large cross section made of a material with low resistivity or when combining ion-plasma processing with heat treatment of products by direct electric heating. In the latter case, this, in addition, increases the heating efficiency.
Для очистки и/или термообработки изделия его используют в качестве катода. При этом в результате интенсивной ионной бомбардировки поверхности изделия осуществляется удаление с его поверхности загрязнений (в том числе, трудноудаляемых другими методами, например окисных или жировых), а при соответствующем выборе режима разряда и скорости перемещения изделия нагрев его до требуемой температуры с коэффициентом полезного действия, сравнимым с достигаемым при использовании прямого электронагрева, однако не требующий пропускать через изделие большого тока, что упрощает проблему обеспечения электрического контакта с изделием. For cleaning and / or heat treatment of the product, it is used as a cathode. In this case, as a result of intensive ionic bombardment of the product’s surface, contaminants (including those difficult to remove by other methods, for example, oxide or fat) are removed from its surface, and with the appropriate choice of the discharge mode and speed of the product’s movement, it is heated to the required temperature with a coefficient of performance, comparable to that achieved using direct electric heating, but not requiring passing a large current through the product, which simplifies the problem of providing electrical contact the one with the product.
При нанесении покрытия на поверхность изделия последнее используют в качестве анода, при этом катод выполняют из материала, которым необходимо покрыть поверхность изделия. В этом случае распыляемый в результате ионной бомбардировки материал катода осаждается на поверхности изделия. When coating the surface of the product, the latter is used as the anode, while the cathode is made of material that needs to cover the surface of the product. In this case, the cathode material sprayed as a result of ion bombardment is deposited on the surface of the product.
В процессе обработки поддерживают заданное соотношение между скоростью перемещения изделия и током разряда. Это обеспечивает равномерность обработки изделий по длине. In the process of processing maintain a predetermined ratio between the speed of movement of the product and the discharge current. This ensures uniform processing of products along the length.
Предусматривается возможность многостадийной ионоплазменной обработки изделия, для чего изделие по ходу его перемещения подвергают воздействию плазмы по меньшей мере дважды, причем в первой фазе обработки его используют в качестве катода, а в последней в качестве анода. Это обеспечивает комплексную обработку изделия, так как в первой фазе обработки изделие, являющееся катодом, подвергается очистке и нагреву в результате ионной бомбардировки его поверхности, а в заключительной фазе обработки на очищенную поверхность изделия производится напыление материала, из которого изготовлен используемый в этой стадии процесса катод. При необходимости дополнительной термообработки или нанесения многослойных покрытий способ может включать соответствующее количество промежуточных этапов. Поскольку между этими этапами изделие не извлекают из вакуумной камеры, обеспечивается высокая адгезия покрытия. The possibility of multi-stage ion-plasma treatment of the product is provided, for which the product is exposed to plasma at least twice during its movement, moreover, in the first phase of processing it is used as a cathode, and in the last as an anode. This provides complex processing of the product, since in the first phase of processing the product, which is the cathode, is subjected to cleaning and heating as a result of ion bombardment of its surface, and in the final phase of processing, the material from which the cathode used in this stage of the process is made is sprayed onto the cleaned surface of the product . If necessary, additional heat treatment or applying multilayer coatings, the method may include an appropriate number of intermediate steps. Since the product is not removed from the vacuum chamber between these steps, high adhesion of the coating is ensured.
Ниже описаны конкретные примеры реализации способа при обработке проволоки и ленты. The following are specific examples of the implementation of the method in the processing of wire and tape.
На фиг. 1 схематически изображено устройство, в котором может быть реализован рассматриваемый способ при обработке проволоки; на фиг. 2 пример осуществления способа при обработке металлической ленты;на фиг. 3 -реализация способа с использованием охватывающего изделие кольцевого магнитного поля, создаваемого пропусканием вдоль изделия электрического тока; на фиг. 4 - пример осуществления? предусмотренный способом двухстадийной обработки;на фиг. одновременная обработка нескольких длинномерных изделий; на фиг. 6-8 - примеры размещения нескольких одновременно обрабатываемых длинномерных изделий в виде проволоки и ленты. In FIG. 1 schematically shows a device in which the method in question can be implemented in wire processing; in FIG. 2 an example implementation of the method in the processing of a metal strip; FIG. 3 - implementation of the method using the annular magnetic field surrounding the product created by passing electric current along the product; in FIG. 4 is an example implementation? provided by the two-stage processing method; FIG. simultaneous processing of several lengthy products; in FIG. 6-8 - examples of the placement of several simultaneously processed long products in the form of wire and tape.
Способ осуществляют при помощи устройства, изображенного на фиг. 1. Устройство содержит вакуумную камеру 1, часть которой выполнена в виде трубы 2 из немагнитного материала. В камере размещены направляющие 3 и 4 для обрабатываемого изделия проволоки 5, подающая 6 и приемная 7 бобины. Приемная бобина 7 снабжена регулируемым приводом 8, подающая не показанным на чертеже подтормаживающим устройством. При необходимости бобины 6, 7 могут быть размещены вне камеры, которая в этом случае оснащается не показанными на чертеже вакуумными вводами. The method is carried out using the device shown in FIG. 1. The device comprises a
Внутри камеры расположен электрод в виде обечайки 9, охватывающей обрабатываемую проволоку и соединенной через переключатель 10 с источником 11 электропитания разряда. С другим полюсом источника 11 через тот же переключатель соединены направляющие 3. При необходимости в камере могут быть размещены также электростатические экраны 12 для локализации разряда, которые при помощи переключателя 13 могут соединяться с направляющими 3 или обечайкой 9. Трубу 2 охватывает соосный с ней соленоид 14, соединенный с источником 15 постоянного тока. An electrode in the form of a
Устройство содержит, кроме того, блок 16 контроля тока разряда, соединенный с ним блок 17 управления приводом 8 и не показанные на чертеже средства для откачки камеры, напуска в нее рабочего газа и контроля вакуума. The device further comprises a discharge
В описанном устройстве заявленным способом может обрабатываться как проволока, так и металлическая лента. При обработке металлической ленты способ может быть реализован также при помощи устройства несколько иной конструкции, отличающегося от описанного выше тем, что в нем магнитное поле направлено в плоскости ленты по направлению ее ширины. На фиг. 2 схематически изображен поперечный разрез такого устройства плоскостью, перпендикулярной длинной стороне обрабатываемого изделия металлической ленты 18 и соответственно направлению ее перемещения. В этом случае используется электрод в виде двух расположенных по обе стороны ленты плоских пластин 19, параллельных ее поверхности. Для создания магнитного поля, направленного вдоль ширины ленты, используют магнитную систему 20 с полюсными наконечниками 21 и источником магнитодвижущей силы 22, в качестве которого может быть применен электромагнит или постоянный магнит (источник питания электромагнита на чертеже условно не показан). Остальные обозначения те же, что и на фиг. 1. In the described device, the claimed method can be processed both wire and metal tape. When processing a metal tape, the method can also be implemented using a device of a slightly different design, different from that described above in that the magnetic field is directed in the plane of the tape in the direction of its width. In FIG. 2 schematically shows a cross-section of such a device with a plane perpendicular to the long side of the workpiece of the
При очистке или термообработке изделий достаточно большого поперечного сечения, выполненных из материала с низким удельным сопротивлением или для совмещения ионоплазменной обработки с термообработкой изделий путем их прямого электронагрева может быть использовано кольцевое магнитное поле, охватывающее изделие, которое создают пропусканием вдоль изделия электрического тока. В этом случае устройство, показанное на фиг. 1, вместо соленоида 14 и источника 15, содержит (фиг. 3) источник 23 постоянного тока, выводы которого соединены с направляющими 3 и 4, которые в данном случае выполняют с возможностью пропускания большего тока. When cleaning or heat-treating products of sufficiently large cross-section made of a material with low resistivity or to combine ion-plasma treatment with heat treatment of products by direct electric heating, an annular magnetic field can be used that encloses the product, which is created by passing electric current along the product. In this case, the device shown in FIG. 1, instead of the
Способ осуществляют следующим образом. Устанавливают подающую бобину 6 с обрабатываемой проволокой 5 (или лентой 18), пропускают загрузочный конец проволоки или ленты через направляющие 3 и 4 вдоль оси трубы 2 и закрепляют его на приемной бобине 7. Камеру 1 закрывают, вакуумируют, после чего осуществляют напуск в нее рабочего газа (например, аргона или аргоно-водородной смеси при очистке с восстановлением окислов) до требуемого давления (10-4-10-2 торр), включают источник питания соленоида или электромагнита для создания внутри трубы 2 магнитного поля 0,05-0,1 Тл (или обеспечивают такое поле при помощи постоянного магнита) и соединяют через переключатель 10 обечайку 9 (или пластины 19) с одним из полюсов источника 11 электропитания разряда, а направляющие 3 и через них проволоку 5 (или ленту 18)- с другим полюсом этого источника.The method is as follows. Install the
При очистке или термообработке проволоки обечайку 9 или пластины 19 соединяют с положительным полюсом источника 11, а обрабатываемое изделие с его отрицательным полюсом, при нанесении на изделие покрытия полярность меняют на обратную, в последнем случае обечайку 9 (пластины 19) или по меньшей мере их поверхности, обращенные к изделию, выполняют из материала, которым необходимо покрыть поверхность изделия. Электростатические экраны 12 при помощи переключателя 13 в обоих случаях соединяют с отрицательным полюсом источника 11. When cleaning or heat-treating the wire, the
Включив источник 11, повышают напряжение на его выходе до зажигания разряда (0,5-2 кВ), регулируя напуск рабочего газа, устанавливают требуемый режим разряда и включают привод перемещения проволоки или ленты. Turning on the
Непрерывно измеряя при помощи блока 16 ток разряда, регулируют скорость перемещения изделия посредством блока 17 управления приводом, реализующего функцию управления вида v ki, где v скорость перемещения изделия, i ток разряда, k коэффициент пропорциональности, устанавливаемый при настройке устройства. В результате этого обеспечивается равномерность обработки изделия по его длине. By continuously measuring the discharge
Реализация многоступенчатой обработки, которая может включать очистку, термообработку изделия и нанесение покрытий на его поверхность, показана на фиг. 4 для случая обработки проволоки с использованием магнитного поля, направленного вдоль изделия. Для этого используют устройство, включающее по меньшей мере два электрода 24 и 24, выполненные в виде обечаек, и соответствующее количество источников 26, 27 питания разряда, соленоидов 28, 29 с источниками 30, 31 их питания. Возможно также использование одного соленоида большей длины, общего для обеих зон разряда. В этом случае для разделения зон разряда и из локализации могут быть использованы при необходимости соответствующим образом размещенные электростатические экраны, не показанные на фиг.4. The implementation of multi-stage processing, which may include cleaning, heat treatment of the product and coating on its surface, is shown in FIG. 4 for the case of wire processing using a magnetic field directed along the product. To do this, use a device that includes at least two
Первый (по ходу движения проволоки) электрод 24 соединяют с положительным полюсом источника питания 26, а электрод 25 с отрицательным полюсом источника питания 27. При этом электрод 25 выполняют из материала, который требуется нанести на поверхность проволоки в виде покрытия. При необходимости из этого материала может быть выполнен не весь электрод 25, а лишь вставленный внутрь него съемный вкладыш. The first (along the wire)
В установку заряжают проволоку 5, откачивают камеру, создают магнитное поле и возбуждают разряд в соответствии с описанной выше последовательностью. При этом в первой зоне разряда (внутри электрода 24), в которой проволока служит катодом, осуществляется очистка и при соответствующем выборе режима термообработка проволоки, а во второй зоне разряда, где катодом является электрод 25, производится напыление на очищенную и нагретую поверхность проволоки покрытия заданного состава. Описанная последовательность операций и отсутствие в промежутке между ними контакта обрабатываемой поверхности с атмосферным воздухом обеспечивают высокую адгезию покрытия. The
Аналогично описанному выше может быть реализована многоступенчатая обработка ленты с использованием устройства, подобного показанному на фиг. 2, но содержащему необходимое количество пар плоских электродов, источников питания разряда и магнитных систем. Similar to that described above, multi-stage tape processing can be implemented using a device similar to that shown in FIG. 2, but containing the required number of pairs of flat electrodes, discharge power supplies and magnetic systems.
При одновременной обработке нескольких изделий применяемое для реализации способа устройство ( фиг. 5) содержит по меньшей мере два комплекта подающих 6 и приемных 7 бобин, а также направляющих 3 и 4 для обрабатываемых изделий. При этом в случае использования продольного магнитного поля обрабатываемые изделия равномерно размещают в зоне разряда вдоль образующих цилиндрической поверхности, расположенной внутри обечайки 9 и соосной с ней. При этом вдоль их общей оси дополнительно устанавливают цилиндрический стержень 32, электрически соединенный с обечайкой 9, который позволяет повысить равномерность электрического поля у обрабатываемой поверхности изделий и соответственно равномерность обработки. While processing several products at the same time, the device used for implementing the method (Fig. 5) contains at least two sets of feeding 6 and receiving 7 reels, as well as
Таким образом можно одновременно обрабатывать длинномерные изделия с разным поперечным сечением. В качестве примера на фиг. 6 показано размещение в зоне разряда нескольких изделий в виде проволоки, на фиг. 7 в виде ленты. In this way, long products with different cross sections can be simultaneously processed. As an example in FIG. 6 shows the placement of several products in the form of a wire in the discharge zone, FIG. 7 in the form of a tape.
Для одновременной обработки нескольких изделий в виде плоской ленты при использовании поперечного магнитного поля (направленного в плоскости ленты вдоль ее ширины) может быть использована также схематически изображенная на фиг. 8 в поперечном разрезе модификация устройства, подобного показанному на фиг. 2, и отличающаяся от него количеством взаимно параллельных электрически соединенных между собой пластин 19, составляющих второй электрод. В этом случае количество пластин 19 на единицу превышает число обрабатываемых изделий 18, которые размещают между соседними пластинами. For the simultaneous processing of several products in the form of a flat tape using a transverse magnetic field (directed in the plane of the tape along its width), also shown schematically in FIG. 8 is a cross-sectional view of a modification of a device similar to that shown in FIG. 2, and differing from it by the number of
Способ опробован на экспериментальной установке при разных видах обработки (очистке, термообработке, нанесении покрытий) проволоки и ленты из сплавов различного состава и показал результаты, превосходящие полученные при использовании известных технологий. The method was tested in an experimental setup for different types of processing (cleaning, heat treatment, coating) of wire and tape from alloys of various compositions and showed results superior to those obtained using known technologies.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93025815A RU2074905C1 (en) | 1993-04-29 | 1993-04-29 | Method of ionic-plasma treatment of lengthened pieces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93025815A RU2074905C1 (en) | 1993-04-29 | 1993-04-29 | Method of ionic-plasma treatment of lengthened pieces |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93025815A RU93025815A (en) | 1997-01-20 |
| RU2074905C1 true RU2074905C1 (en) | 1997-03-10 |
Family
ID=20141280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93025815A RU2074905C1 (en) | 1993-04-29 | 1993-04-29 | Method of ionic-plasma treatment of lengthened pieces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2074905C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453629C2 (en) * | 2010-06-15 | 2012-06-20 | Российская Федерация, в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации | Complex ion-plasma processing unit |
-
1993
- 1993-04-29 RU RU93025815A patent/RU2074905C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Заявка Японии N 1-195276, кл. С 23 С 14/56, 1989. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453629C2 (en) * | 2010-06-15 | 2012-06-20 | Российская Федерация, в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации | Complex ion-plasma processing unit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4492845A (en) | Plasma arc apparatus for applying coatings by means of a consumable cathode | |
| US6153067A (en) | Method for combined treatment of an object with an ion beam and a magnetron plasma with a combined magnetron-plasma and ion-beam source | |
| US6812648B2 (en) | Method of cleaning ion source, and corresponding apparatus/system | |
| US5198677A (en) | Production of N+ ions from a multicusp ion beam apparatus | |
| US4769101A (en) | Apparatus for surface-treating workpieces | |
| EP0184812A2 (en) | High frequency plasma generation apparatus | |
| US20070034497A1 (en) | High-density plasma source | |
| JPS61190070A (en) | Sputter device | |
| US6246059B1 (en) | Ion-beam source with virtual anode | |
| KR100260601B1 (en) | The substrate coating apparatus | |
| US6465793B1 (en) | Arc initiation in cathodic arc plasma sources | |
| JPH05148644A (en) | Sputtering apparatus | |
| EP0249658B1 (en) | Ion source device | |
| RU2187218C1 (en) | Ion source ( variants ) | |
| RU2030807C1 (en) | Closed-electron-drift ion source | |
| RU2074905C1 (en) | Method of ionic-plasma treatment of lengthened pieces | |
| US5948294A (en) | Device for cathodic cleaning of wire | |
| US4824540A (en) | Method and apparatus for magnetron sputtering | |
| US6033586A (en) | Apparatus and method for surface treatment | |
| RU2113538C1 (en) | Method of pulse-periodic ion and plasma treatment of product and device for its realization | |
| KR101027471B1 (en) | Plasma processing method and processing apparatus | |
| RU2037559C1 (en) | Method and apparatus to deposit coatings on pieces by ionic dispersion method | |
| UA10775A (en) | METHOD For vacuum arc coverings application and device for realization the same | |
| RU1818358C (en) | Magnetron spraying apparatus | |
| JPH06139978A (en) | Electron cyclotron resonance ion source of pulse driven type |