RU2187576C2

RU2187576C2 - Protective coat applying apparatus

Info

Publication number: RU2187576C2
Application number: RU2000123580/02A
Authority: RU
Inventors: дж н С.А. Мубо; С.А. Мубояджян; Е.Н. Каблов; С.А. Будиновский; В.С. Фурин; Я.А. Помелов; С.А. Богатырев
Original assignee: Государственное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2002-08-20

Abstract

FIELD: equipment for covering aviation equipment parts, preferably of gas turbine engine, with protective coat. SUBSTANCE: apparatus has housing of vacuumizer 1 with closure 25, movable cathode 2 made in the form of cylindrical shell manufactured from volatile material and equipped with movable cylindrical magnetic retainer for cathodic spot, electrically isolated holder 10 equipped with protective screen system and connected to negative pole of potential shift source 17 and to drive 12 providing planetary movement of holder around cathode axis, hollow cooled cylindrical anode 3 equipped with magnetic coil 4 and arranged so as to embrace cathode 2 and holder 10, protective electrically isolated screen for cathode 2, annular electrodes 8 and 21 defining axial cavity between anode and cathode, and cathodic spot exciter 7, branch pipe 23 located in closure 21 of vacuumizer in gap between cathode 2 and holder 10, gas discharge ion source 22 located in branch pipe 23 and provided with gate arranged at side adjoining vacuumizer and adapted for closing branch pipe, and hollow movable rod 26 connected outside branch pipe to mechanism 29 providing displacement of gas discharge ion source 22 to working zone, power supply source 28 connected to anode and to cooled casing of gas discharge ion source 22 through cavity of movable rod 26, gas system 30 for supplying working gas into gas discharge ion source 22 through rod 26 and for regulating pressure in vacuumizer 1, end switch 27 for supplying negative potential from power source 28 to holder 10 in the process of introducing gas discharge ion source 22 into working zone, and electronic key 19 connected to circuit of potential shift source. EFFECT: enhanced reliability in operation and improved quality of coat. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к авиационному материаловедению и может найти применение для получения защитных покрытий из чистых металлов, многокомпонентных сплавов и соединений металлов (нитридов, карбидов и др.) на изделиях авиационной техники, преимущественно на деталях газотурбинных двигателей. The invention relates to aviation materials science and can be used to obtain protective coatings of pure metals, multicomponent alloys and metal compounds (nitrides, carbides, etc.) on aircraft products, mainly on the details of gas turbine engines.

В промышленности широко известны установки для нанесения защитных покрытий путем осаждения из вакуумно-дуговой плазмы материала покрытия [1]. Такие установки содержат вакуумную камеру, в которой расположен катод, выполненный из материала покрытия, защитный экран катода, анод (обычно анодом является корпус вакуумной камеры), электроизолированный держатель, электрод для поджига вакуумной дуги и систему электропитания. Установки подобного типа используются для испарения токопроводящих материалов и нанесения упрочняющих покрытий ограниченной толщины (обычно не более 10 мкм) на режущий инструмент и детали машин из плазмы испаряемого материала. Installations for applying protective coatings by deposition of a coating material from a vacuum-arc plasma are widely known in industry [1]. Such installations include a vacuum chamber in which a cathode made of coating material is located, a cathode shield, an anode (usually the anode is a vacuum chamber housing), an electrically insulated holder, an electrode for igniting a vacuum arc, and an electrical power system. Plants of this type are used for the evaporation of conductive materials and the application of hardening coatings of limited thickness (usually not more than 10 microns) on cutting tools and machine parts from the plasma of the evaporated material.

Недостатками установок подобного типа являются ограниченный запас испаряемого материала катода и низкая их производительность, что не позволяет наносить защитные покрытия большой толщины (свыше 30-40 мкм) на детали машин в одном цикле напыления. The disadvantages of installations of this type are the limited supply of evaporated cathode material and their low productivity, which does not allow the application of protective coatings of large thickness (over 30-40 microns) on machine parts in one spraying cycle.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является установка для нанесения защитных покрытий, преимущественно на лопатки газотурбинных двигателей [2], содержащая корпус вакуумной камеры с крышкой и расположенные в ней подвижный катод, выполненный в виде цилиндрической обечайки из испаряемого материала и снабженный подвижным цилиндрическим магнитным фиксатором катодного пятна, электроизолированый держатель с позициями вращения, снабженный системой защитных экранов и подключенный к отрицательному полюсу источника смещения потенциала, а также к приводу, обеспечивающему ему планетарное перемещение вокруг оси катода, охлаждаемый полый цилиндрический анод, снабженный магнитной катушкой и соосно охватывающий катод и держатель, защитный электроизолированный экран катода, кольцевые электроды, ограничивающие полость между анодом и катодом в осевом направлении и возбудитель катодного пятна. The closest in technical essence to the invention is a device for applying protective coatings, mainly on the blades of gas turbine engines [2], containing a vacuum chamber housing with a cover and a movable cathode located in it, made in the form of a cylindrical shell of the evaporated material and equipped with a movable cylindrical magnetic lock cathode spot, an electrically insulated holder with rotation positions, equipped with a system of protective shields and connected to the negative pole of the source potential, as well as to the drive providing it with planetary movement around the cathode axis, a cooled hollow cylindrical anode equipped with a magnetic coil and coaxially surrounding the cathode and holder, a protective electrically insulated cathode screen, ring electrodes that limit the cavity between the anode and cathode in the axial direction and the exciter cathode spots.

Такое исполнение установки обеспечивает нанесение на изделия (в основном на лопатки турбин) защитных покрытий толщиной 80-100 мкм и более, что является ее основным преимуществом. This embodiment of the installation provides the application of products (mainly on turbine blades) of protective coatings with a thickness of 80-100 microns or more, which is its main advantage.

Недостатками установки являются низкая надежность ее работы и неудовлетворительное качество защитных покрытий (низкая адгезия), наносимых на полированные изделия, например лопатки компрессора ГТД, а также ее ограниченные технологические возможности. The disadvantages of the installation are the low reliability of its operation and the unsatisfactory quality of the protective coatings (low adhesion) applied to polished products, for example, GTE compressor blades, as well as its limited technological capabilities.

Технической задачей данного изобретения является повышение надежности работы установки, обеспечение высокого качества покрытий, наносимых на полированные изделия, и повышение технологических возможностей установки при сохранении высокой повторяемости (~ 100%) параметров наносимых покрытий (толщины, адгезии, состава). The technical task of this invention is to increase the reliability of the installation, ensuring high quality coatings applied to polished products, and increasing the technological capabilities of the installation while maintaining high repeatability (~ 100%) of the parameters of the applied coatings (thickness, adhesion, composition).

Это достигается тем, что установка для нанесения защитных покрытий, содержащая корпус вакуумной камеры с крышкой и расположенные в ней подвижный катод, выполненный в виде цилиндрической обечайки из испаряемого материала и снабженный подвижным цилиндрическим магнитным фиксатором катодного пятна, электроизолированый держатель с позициями вращения, снабженный системой защитных экранов и подключенный к отрицательному полюсу источника смещения потенциала, а также к приводу, обеспечивающему ему планетарное перемещение вокруг оси катода, охлаждаемый полый цилиндрический анод, снабженный магнитной катушкой и соосно охватывающий катод и держатель, защитный электроизолированный экран катода, кольцевые электроды, ограничивающие полость между анодом и катодом в осевом направлении и возбудитель катодного пятна, дополнительно содержит патрубок, размещенный на крышке вакуумной камеры в промежутке между катодом и держателем, газоразрядный источник ионов, размещенный в патрубке и снабженный со стороны вакуумной камеры заслонкой, закрывающей патрубок, и полым подвижным штоком, соединенным вне патрубка с механизмом, обеспечивающим перемещение газоразрядного источника ионов в зону обработки покрываемых изделий, источник питания, соединенный с анодом и охлаждаемым корпусом газоразрядного источника через полость подвижного штока, газовую систему, подающую рабочий газ в газоразрядный источник ионов через полость подвижного штока и регулирующую давление в вакуумной камере, концевой выключатель, обеспечивающий подачу отрицательного потенциала от источника питания на держатель при введении газоразрядного источника ионов в зону обработки, а также электронный ключ, включенный в цепь источника смещения потенциала держателя, причем один из кольцевых электродов крепится к крышке вакуумной камеры при помощи электроизолированных подвесок, а другой кольцевой электрод крепится к защитному экрану катода, содержащему основание, выполненное в виде охлаждаемой обечайки, закрепленной к вакуумной камере соосно с катодом, позиции вращения держателя выполнены в виде трубок, соединенных между собой вне системы защитных экранов держателя при помощи кольца с отверстиями, и снабжены подвижными втулками с уступом, удерживающими кольцо от осевого перемещения и позволяющими проворачиваться позиции вращения держателя относительно кольца. This is achieved by the fact that the installation for applying protective coatings, comprising a vacuum chamber housing with a lid and a movable cathode located in it, made in the form of a cylindrical shell made of vaporized material and equipped with a movable cylindrical magnetic clamp of the cathode spot, an electrically insulated holder with rotation positions, equipped with a protective system screens and connected to the negative pole of the potential bias source, as well as to the drive, providing it with planetary movement around the axis of the cathode, a cooled hollow cylindrical anode equipped with a magnetic coil and coaxially surrounding the cathode and holder, a protective electrically insulated cathode screen, ring electrodes that axially define the cavity between the anode and cathode and a cathode spot exciter, further comprises a nozzle located on the vacuum chamber lid in the gap between the cathode and a holder, a gas discharge ion source located in the nozzle and provided on the side of the vacuum chamber with a shutter closing the nozzle and a hollow movable rod connected outside the nozzle to a mechanism for moving the gas-discharge ion source into the treatment zone of the coated products, a power source connected to the anode and the cooled body of the gas-discharge source through the cavity of the movable rod, a gas system supplying working gas to the gas-discharge ion source through the cavity of the movable rod and regulating pressure in the vacuum chamber, limit switch, which supplies negative potential from the power source to the holder with the introduction of a gas discharge source ion ion beam into the treatment zone, as well as an electronic key included in the holder potential bias source circuit, one of the ring electrodes being attached to the lid of the vacuum chamber using electrically insulated suspensions, and the other ring electrode being attached to the cathode protective shield containing the base, made in the form of the cooled shell fixed to the vacuum chamber coaxially with the cathode; the holder rotation positions are made in the form of tubes connected to each other outside the holder's protective shield system by means of a ring with holes, and equipped with movable sleeves with a ledge, holding the ring from axial movement and allowing rotation of the holder rotation position relative to the ring.

В качестве газоразрядного источника ионов используется источник с анодным слоем и замкнутым холловским током, а магнитный зазор источника выполнен в виде протяженного замкнутого овала с высотой, равной высоте зоны обработки установки. A source with an anode layer and a closed Hall current is used as a gas-discharge ion source, and the magnetic gap of the source is made in the form of an extended closed oval with a height equal to the height of the processing zone of the installation.

Электронный ключ содержит транзистор, последовательно включенную с ним индуктивность, диод для сброса накопленной в индуктивности энергии, датчики тока и напряжения цепи источника смещения потенциала держателя и схему управления транзистором. The electronic key contains a transistor, an inductance connected in series with it, a diode for dumping the energy stored in the inductance, current and voltage sensors of the holder potential bias circuit and a transistor control circuit.

Одна из электроизолированных подвесок снабжена вне вакуумной камеры клеммой для подключения положительного полюса от источника смещения потенциала держателя. One of the electrically insulated suspensions is equipped with a terminal outside the vacuum chamber for connecting the positive pole from the bias source of the holder potential.

Такое выполнение установки обеспечивает высокое качество покрытий, наносимых на полированные изделия, например лопатки компрессора газотурбинного двигателя, за счет проведения предварительной очистки полированной поверхности потоком газовых ионов, генерируемых газоразрядным источником ионов, снабженным газовой системой и соединенным вне патрубка с механизмом перемещения, обеспечивающим перемещение источника в зону обработки покрываемых изделий и подачу при этом отрицательного потенциала от источника питания газоразрядного источника ионов на держатель (держатель удерживает обрабатываемые изделия), что обеспечивает повторяемость режима очистки поверхности обрабатываемых изделий газовыми ионами. Высокое качество покрытий, наносимых на полированные изделия, обеспечиваются также последующей (после перемещения газоразрядного источника из зоны обработки в патрубок и закрытия патрубка заслонкой, предохраняющей источник от металлизации) очисткой этой поверхности потоком ионов материала покрытия при полном устранении эрозионных следов на поверхности обрабатываемых изделий за счет использования в цепи подачи потенциала смещения на держатель, электронного ключа, позволяющего надежно отключать потенциал на держателе до формирования на полированной поверхности изделия катодного пятна вакуумной дуги и последующего быстрого повторного включения потенциала на держатель, необходимого для проведения процесса ионной обработки. Применение электронного ключа при данном исполнении установки обеспечивает также повышение технологических возможностей установки, так как позволяет проводить наряду с нанесением защитных покрытий на изделия ионную обработку поверхности изделий (ионное травление и насыщение обрабатываемой поверхности ионами металлов и сплавов при потенциале на держателе свыше 300-400 В) при больших (до 50 А) ионных токах на обрабатываемых изделиях, достигаемых в установке при токах вакуумного дугового разряда 700-1000 А. Повышение надежности работы установки достигается охлаждением основания экрана катода (устранение нагрева днища вакуумной камеры и манжетного уплотнения электроизолированного полого штока катода, приводящее к ухудшению вакуума при длительной работе установки), креплением верхнего экрана установки к крышке вакуумной камеры (исключается возможность короткого замыкания экрана с анодом установки, что имеет место для прототипа из-за металлизации изоляторов, разделяющих экран от анода установки), соединением позиций планетарного привода вращения между собой при помощи кольца с отверстиями (устранение возможности короткого замыкания между электроизолированными позициями вращения держателя с системой защитных экранов держателя) при сохранении высокой повторяемости (~ 100%) параметров наносимых покрытий, присущей прототипу. This embodiment of the installation provides high quality coatings applied to polished products, for example, a compressor blades of a gas turbine engine, by pre-cleaning the polished surface with a stream of gas ions generated by a gas-discharge ion source equipped with a gas system and connected outside the pipe with a movement mechanism that provides source movement in the processing zone of the coated products and the supply of a negative potential from the gas source ion source on the holder (the holder holds the workpiece), which ensures the repeatability of the regime of cleaning the surface of the workpiece with gas ions. The high quality of coatings applied to polished products is also ensured by the subsequent (after moving the gas-discharge source from the treatment zone into the pipe and closing the pipe with a shutter protecting the source from metallization) by cleaning this surface with the ion flow of the coating material while completely eliminating erosion marks on the surface of the processed products due to use in the supply chain of the bias potential on the holder, an electronic key that allows you to reliably disconnect the potential on the holder until formed I'm on the polished surface of the product cathode spot of a vacuum arc, and then quickly restart building on the support needed for the ion processing. The use of an electronic key in this version of the installation also provides an increase in the technological capabilities of the installation, as it allows, along with the application of protective coatings on the products, ionic surface treatment of the products (ion etching and saturation of the treated surface with metal and alloy ions with a potential on the holder over 300-400 V) at high (up to 50 A) ion currents on the processed products, achieved in the installation with currents of vacuum arc discharge of 700-1000 A. Improving the reliability of the installation and is achieved by cooling the base of the cathode screen (eliminating the heating of the bottom of the vacuum chamber and the lip seal of the electrically insulated hollow cathode rod, leading to a deterioration in vacuum during long-term operation of the installation), by attaching the upper screen of the installation to the cover of the vacuum chamber (eliminating the possibility of a short circuit of the screen with the installation anode, which has place for the prototype due to the metallization of the insulators separating the screen from the installation anode), by connecting the positions of the planetary drive of rotation with each other using tsa with holes (eliminating the possibility of a short circuit between the electrically insulated positions of rotation of the holder with the system of protective screens of the holder) while maintaining a high repeatability (~ 100%) of the parameters of the applied coatings inherent in the prototype.

На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая установка для нанесения защитных покрытий (общий вид); на фиг. 2 - схема поперечного сечения газоразрядного источника ионов; на фиг.3 - конструкция сочленения позиций держателя между собой при помощи кольца и втулок; на фиг.4 - принципиальная электрическая схема электронного ключа. In FIG. 1 schematically shows the proposed installation for applying protective coatings (General view); in FIG. 2 is a cross-sectional diagram of a gas discharge ion source; figure 3 - design of the articulation of the positions of the holder with each other using rings and bushings; figure 4 is a circuit diagram of an electronic key.

Установка содержит вакуумную камеру 1, катод 2 из испаряемого материала, анод 3, магнитную катушку анода 4, магнитный фиксатор катодного пятна 5, защитные экраны катода 6, возбудитель катодного пятна 7, кольцевые электроды 8 и 21, кольцо 9 держателя 10 обрабатываемых изделий 18, снабженного системой защитных экранов, охлаждаемое основание 11 экранов катода, выполненное в виде охлаждаемой обечайки, закрепленной к вакуумной камере 1, соосно с катодом 2, привод 12 держателя, обеспечивающий планетарное вращение обрабатываемых изделий 18 вокруг катода 2. Катод 2 выполнен в виде полой цилиндрической обечайки и установлен на охлаждаемом цилиндрическом стакане 20, который при помощи полого электроизолированного штока катода 13 кинематически связан с приводом перемещения катода 14. Магнитный фиксатор катодного пятна 5 при помощи полой штанги 15, размещенной соосно в полом штоке катода 13, кинематически связан с приводом 16, позволяющим изменять положение магнитного фиксатора катодного пятна 5 относительно держателя 10. Источник смещения потенциала 17 соединен отрицательной клеммой к держателю 10 и одновременно к обрабатываемым изделиям 18. Положительный полюс источника смещения потенциала 17 соединен через электронный ключ 19 к кольцевому электроду 21, который крепится к крышке вакуумной камеры 25 при помощи электроизолированных подвесок 33, одна из которых снабжена клеммой для подключения. Кольцевые электроды 8 и 21 ограничивают промежуток между катодом 2 и анодом 3 в осевом направлении. Установка содержит также газоразрядный источник ионов 22, убирающийся в патрубок 23, размещенный на крышке 25 вакуумной камеры 1 в промежутке между катодом 2 и держателем 10, причем магнитный зазор 24 источника ионов 22 выполнен в виде протяженного замкнутого овала с высотой, равной высоте зоны обработки установки. Источник ионов 22, выполненный, например, в виде источника с анодным слоем и замкнутым холловским током, соединен вне вакуумной камеры 1 посредством полого подвижного штока 26 с механизмом 29, обеспечивающим перемещение источника ионов 22 из патрубка 23 в зону обработки обрабатываемых изделий, и снабжен источником питания 28, соединенным с анодом 34 и корпусом газоразрядного источника 35 (фиг.2) через полость подвижного штока 26. Подвижный шток 26 кинематически связан с концевым выключателем 27 (на фиг.1 показано стрелкой), обеспечивающим подачу отрицательного потенциала от источника питания 28 на держатель 10 и, соответственно, на обрабатываемые изделия 18, при введении газоразрядного источника ионов 22 в зону обработки установки. Газоразрядный источник ионов 22 снабжен газовой системой 30 с электромагнитным клапаном 31, подающей рабочий газ в газоразрядный источник ионов 22, через полость подвижного штока 26, и регулирующей давление в вакуумной камере 1, а также заслонкой 32, закрывающей патрубок 23 и предохраняющей источник ионов 22 от металлизации. Источник ионов 22 с анодным слоем и замкнутым холловским током имеет корпус 35, выполненный в виде охлаждаемого магнитопровода, снабжен электромагнитной катушкой 36 (или постоянными магнитами, на фиг.2 не показано) и газораспределителем 37, обеспечивающим равномерную подачу рабочего газа в магнитный зазор 24. The installation contains a vacuum chamber 1, a cathode 2 of the evaporated material, the anode 3, a magnetic coil of the anode 4, a magnetic lock of the cathode spot 5, protective screens of the cathode 6, the pathogen of the cathode spot 7, ring electrodes 8 and 21, ring 9 of the holder 10 of the processed products 18, equipped with a system of protective screens, the cooled base 11 of the cathode screens, made in the form of a cooled shell, fixed to the vacuum chamber 1, coaxially with the cathode 2, the drive 12 of the holder, providing planetary rotation of the processed products 18 around the cathode 2. Ka the method 2 is made in the form of a hollow cylindrical shell and is mounted on a cooled cylindrical cup 20, which is kinematically connected with the cathode movement actuator 14 using a hollow electrically insulated cathode rod 14. The cathode spot magnetic latch 5 is made using a hollow rod 15 coaxially in the hollow cathode rod 13 kinematically connected to the drive 16, allowing you to change the position of the magnetic fixture of the cathode spot 5 relative to the holder 10. The bias source 17 is connected by a negative terminal to the holder 10 and one TERM to the workpiece 18. The positive pole potential bias source 17 is connected through electronic switch 19 to a ring electrode 21, which is attached to the lid of the vacuum chamber 25 by means of electrically insulated hangers 33, one of which is provided with a terminal for connection. The ring electrodes 8 and 21 limit the gap between the cathode 2 and the anode 3 in the axial direction. The installation also contains a gas-discharge ion source 22, which is retractable into the nozzle 23 located on the cover 25 of the vacuum chamber 1 between the cathode 2 and the holder 10, and the magnetic gap 24 of the ion source 22 is made in the form of an extended closed oval with a height equal to the height of the installation treatment zone . The ion source 22, made, for example, in the form of a source with an anode layer and a closed Hall current, is connected outside the vacuum chamber 1 by means of a hollow movable rod 26 with a mechanism 29 that moves the ion source 22 from the pipe 23 to the processing zone of the processed products, and is equipped with a source power supply 28, connected to the anode 34 and the body of the gas-discharge source 35 (Fig. 2) through the cavity of the movable rod 26. The movable rod 26 is kinematically connected to the limit switch 27 (shown in Fig. 1 by an arrow), providing a negative feed potential source from the power source 28 to the holder 10 and, accordingly, to the processed products 18, with the introduction of a gas-discharge ion source 22 in the processing zone of the installation. The gas-discharge ion source 22 is equipped with a gas system 30 with an electromagnetic valve 31 supplying working gas to the gas-discharge ion source 22 through the cavity of the movable rod 26 and regulating the pressure in the vacuum chamber 1, as well as a shutter 32, which covers the pipe 23 and protects the ion source 22 from metallization. The ion source 22 with an anode layer and a closed Hall current has a housing 35 made in the form of a cooled magnetic circuit, equipped with an electromagnetic coil 36 (or permanent magnets, not shown in FIG. 2) and a gas distributor 37 that provides a uniform supply of working gas to the magnetic gap 24.

Обрабатываемые изделия 18 размещаются при помощи технологической оснастки 38 (фиг. 3) на позиции вращения 40 держателя 10, выполненные в виде трубок, которые при помощи подвижных втулок 39 с уступом соединены между собой кольцом 9 с отверстиями, причем подвижные втулки с уступом удерживают кольцо 9 от осевого перемещения в сторону системы защитных экранов держателя 10 и позволяют проворачиваться позиции 40 держателя 10 относительно кольца 9 с отверстиями. The processed products 18 are placed using technological equipment 38 (Fig. 3) at the position of rotation 40 of the holder 10, made in the form of tubes, which are connected with each other by means of movable bushings 39 with a ledge 9 to the holes, and the movable bushings with a ledge hold the ring 9 from axial movement towards the system of protective screens of the holder 10 and allow you to rotate the position 40 of the holder 10 relative to the ring 9 with holes.

Электронный ключ 19 (фиг. 4) содержит транзистор 41, последовательно включенную с транзистором 41 индуктивность 43, диод 42 для сброса накопленной в индуктивности 43 энергии, датчики тока 44 и напряжения 45 цепи источника смещения потенциала 17, подающие сигнал на схему управления транзистором 46. Нагрузкой для источника смещения потенциала 17 является плазменный промежуток 47 между держателем 10 (обрабатываемыми изделиями 18) и кольцевым электродом 21. The electronic switch 19 (Fig. 4) contains a transistor 41, an inductance 43 connected in series with the transistor 41, a diode 42 for resetting the energy stored in the inductance 43, current sensors 44 and voltage 45 of the bias source circuit 17, which feed a signal to the control circuit of transistor 46. The load for the bias source 17 is the plasma gap 47 between the holder 10 (processed products 18) and the ring electrode 21.

Работа на установке осуществляется следующим образом. Work on the installation is as follows.

Предварительно обезжиренные изделия 18 устанавливаются при помощи технологической оснастки 38 на позиции держателя 10. Крышка 25 герметично закрывается. В камере 1 создается вакуум 1•10^-3-1•10^-5 Па. После чего производится позиционирование магнитного фиксатора катодного пятна 5 относительно обрабатываемых изделий 18, установленных на держателе 10, посредством привода 16, кинематически связанного при помощи полой штанги 15 с магнитным фиксатором катодного пятна 5. Включается подача охлаждающей среды в корпус вакуумной камеры 1, цилиндрический стакан 20, анод 3, основание 11 системы защитных экранов 6 катода 2 и корпус газоразрядного источника ионов 22 (на фиг. 2 не показано). Затем включается привод 29, опускающий газоразрядный источник ионов 22 в зону обработки изделий. При этом включается концевой выключатель 27, соединяющий минусовую клемму источника питания 28 с держателем 10 и, соответственно, с обрабатываемыми изделиями 18. Затем включается источник питания 28 и устанавливается напряжение в 1,5-2,5 кВ между анодом 34 и корпусом источника 35 и включается планетарное вращение позиций 40 держателя 10 с обрабатываемыми изделиями 18. В таком состоянии установка готова к процессу ионной очистки обрабатываемых изделий 18 газовыми ионами, который начинается после включения газовой системы 30 и регулирования подачи рабочего газа в газоразрядный источник ионов 22 по току ионов источника (0,2-0,3 А) и давлению газа в вакуумной камере, которое обычно составляет (1-3) •10^-2 Па. Затем устанавливаются режимные значения напряжения и тока на газоразрядном источнике ионов 22 и начинается процесс ионной очистки изделий 18 газовыми ионам (обычно используется Ar). После завершения ионной очистки поверхности обрабатываемых изделий 18 (длительность ~20 минут), источник питания 28 и газовая система 30 отключаются, включается привод 29 и источник ионов перемещается в патрубок 23, который закрывается заслонкой 32, предохраняющей источник ионов от металлизации, источник питания 28 при помощи концевого выключателя 27 отключается от обрабатываемых изделий 18. Затем подается напряжение от соответствующих источников питания (на чертеже показаны не все источники питания) на магнитный фиксатор катодного пятна 5, магнитную катушку анода 4, межэлектродный промежуток, т.е. между катодом 2 и анодом 3. На изделия 18 подводится отрицательный потенциал от источника смещения потенциала 17 относительно кольцевого электрода 21. В таком состоянии установка полностью готова к процессу нанесения покрытий. К возбудителю катодного пятна 7 подводится напряжение, положительное по отношению к катоду 2 (см. фиг.1). Включается привод этого устройства, при этом поджигающий электрод устройства 7 приводится кратковременно в соприкосновение с катодом 2 и при его отделении от катода 2 на катоде возбуждается катодное пятно и зажигается вакуумный дуговой разряд между катодом 2 и анодом 3, горящий в парах испаряемого материала, из которого изготовлен катод 2. При наличии тока вакуумной дуги, происходит включение привода 14, кинематически связанного при помощи полой электроизолированной штанги 13 с катодом 2, приводящее к возвратно-поступательному перемещению катода 2 относительно магнитного фиксатора катодных пятен 5, удерживающего катодные пятна дуги на внешней поверхности катода 2 по кольцевой траектории. Далее происходит процесс окончательной ионной очистки поверхности покрываемых изделий 18 бомбардировкой ионами плазмы материала катода (покрытия) при напряжении 300-1000 В на источнике смещения потенциала 17. В процессе ионной очистки на поверхности полированных обрабатываемых изделий 18 начинают с большой частотой возникать микродуговые привязки, что приводит к кратковременному (10-200 мкс) прерыванию напряжения на держателе 10 до формирования катодного пятна на поверхности обрабатываемых изделий 18 при помощи электронного ключа 19, реагирующего за ~1-2 мкс на быстрое возрастание ионного тока (датчик 43) и снижение напряжения (датчик 45) в цепи источника смещения потенциала 17. Сигналы с датчиков 43 и 45 поступают на схему управления 46 электронного ключа 19, которая в свою очередь отключает транзистор 41 и удерживает его в выключенном состоянии в течение определенного интервала времени. При выключенном транзисторе 41, энергия, накопленная в индуктивности 43, рассеивается в плазменном промежутке 47 по цепи индуктивность 43 - плазменный промежуток 47 - диод 42. Использование предварительной ионной очистки поверхности обрабатываемых изделий 18 газовыми ионами позволяет при окончательной очистке поверхности ионами плазмы материала катода 2 и применении электронного ключа 19, обладающего высоким быстродействием, обеспечивает полное устранение эрозионных следов на поверхности обрабатываемых изделий от катодных пятен вакуумной дуги (микродуговых привязок), что гарантирует высокое качество покрытия на изделиях 18 с полированной поверхностью. После завершения ионной очистки поверхности обрабатываемых изделий 18, которая длится обычно 3-5 минут и контролируется по уменьшению частоты срабатывания электронного ключа 19, напряжение на изделиях от источника смещения потенциала 17 изменяется до режимного значения и начинается процесс обработки поверхности изделий. При напряжении источника смещения потенциала 17 в диапазоне 0-150 В имеет место преимущественное осаждение на поверхности изделий покрытия из материала катода 2. При напряжении источника смещения потенциала 17 в диапазоне 300-1000 В имеет место преимущественное ионное травление или насыщение поверхности металлическими ионами в зависимости от пары материалов - материала обрабатываемого изделия 18 и материала катода 2. После проведения требуемой обработки поверхности изделий 18, отключается электропитание вакуумной дуги, магнитного фиксатора катодных пятен 5, магнитной катушки анода 4, потенциала на держателе 10, привода вращения держателя 10 покрываемых (обрабатываемых) изделий и привода 14. После охлаждения обработанных изделий в высоком вакууме, производится напуск воздуха в камеру 1, снимается крышка 25 и из вакуумной камеры 1 извлекаются готовые изделия 18. При необходимости получения покрытий и обработки поверхности более чем одним материалом из двух слоев и различных материалов катод 2 выполняется из соответствующего числа полых цилиндрических обечаек, последовательно закрепленных на цилиндрическом стакане 20, а процесс обработки поверхности изделий осуществляется аналогично описанному выше. Для получения покрытий из нитридов и карбидов металлов процесс ведется при подаче в вакуумную камеру соответствующего реактивного газа - азота, ацетилена и т. д. от газовой системы 30.Pre-fat-free products 18 are installed using technological equipment 38 at the position of the holder 10. The cover 25 is hermetically closed. Vacuum 1 • 10 ^-3 -1 • 10 ^-5 Pa is created in chamber 1. After that, the magnetic fixator of the cathode spot 5 is positioned relative to the workpiece 18 mounted on the holder 10 by means of a drive 16 kinematically connected by means of a hollow rod 15 with a magnetic fixation of the cathode spot 5. The supply of cooling medium to the housing of the vacuum chamber 1 is turned on, a cylindrical glass 20 , anode 3, the base 11 of the system of protective screens 6 of the cathode 2 and the housing of the gas-discharge ion source 22 (not shown in Fig. 2). Then, the drive 29 is turned on, lowering the gas-discharge source of ions 22 into the product processing zone. In this case, the limit switch 27 is connected, connecting the negative terminal of the power source 28 with the holder 10 and, accordingly, with the processed products 18. Then the power source 28 is turned on and a voltage of 1.5-2.5 kV is established between the anode 34 and the source body 35 and the planetary rotation of positions 40 of the holder 10 with the processed products 18 is turned on. In this state, the installation is ready for the process of ion cleaning of the processed products 18 with gas ions, which begins after turning on the gas system 30 and regulating the supply of work bringing gas into the gas-discharge ion source 22 according to the current of the ion source (0.2-0.3 A) and the gas pressure in the vacuum chamber, which is usually (1-3) • 10 ^-2 Pa. Then, the mode values of voltage and current at the gas-discharge source of ions 22 are established and the process of ion cleaning of the products 18 with gas ions begins (usually Ar is used). After completion of the ionic cleaning of the surface of the processed products 18 (duration ~ 20 minutes), the power supply 28 and the gas system 30 are turned off, the drive 29 is turned on, and the ion source is moved to the pipe 23, which is closed by a shutter 32, which protects the ion source from metallization, the power supply 28 using the limit switch 27 is disconnected from the processed products 18. Then, voltage is supplied from the corresponding power sources (not all power sources are shown in the drawing) to the magnetic fixture of the cathode spot 5, magnesium the anode 4 coil, the interelectrode gap, i.e. between the cathode 2 and the anode 3. A negative potential is applied to the articles 18 from the bias source of the potential 17 relative to the ring electrode 21. In this state, the installation is completely ready for the coating process. The pathogen of the cathode spot 7 is supplied with a voltage positive with respect to the cathode 2 (see figure 1). The drive of this device is turned on, while the ignition electrode of the device 7 is brought into contact with the cathode 2 for a short time and, when it is separated from the cathode 2, the cathode spot is excited on the cathode and a vacuum arc discharge is ignited between the cathode 2 and the anode 3, burning in vapor of the vaporized material, from which cathode 2 is manufactured. In the presence of a vacuum arc current, the drive 14 is turned on, kinematically connected by means of a hollow electrically insulated rod 13 to the cathode 2, leading to a reciprocating movement to Toda 2 relative to the magnetic cathode spots retainer 5 holding the cathode arc spot on the outer surface of the cathode 2 through the annular path. Next, the process of final ionic cleaning of the surface of the coated articles 18 by plasma ion bombardment of the cathode material (coating) at a voltage of 300-1000 V at the source of potential bias 17 occurs. In the process of ionic cleaning on the surface of polished processed products 18, microarc bindings begin to occur with a high frequency, which leads to to short-term (10-200 μs) voltage interruption on the holder 10 until a cathode spot is formed on the surface of the processed products 18 using an electronic key 19, reactively for ~ 1-2 μs for a rapid increase in the ion current (sensor 43) and voltage reduction (sensor 45) in the potential bias source circuit 17. The signals from the sensors 43 and 45 are fed to the control circuit 46 of the electronic key 19, which in turn disables transistor 41 and holds it off for a certain period of time. When the transistor 41 is turned off, the energy stored in the inductance 43 is dissipated in the plasma gap 47 through the circuit inductance 43 - plasma gap 47 - diode 42. Using preliminary ion cleaning of the surface of the processed products 18 with gas ions allows for final cleaning of the surface with plasma ions of the cathode material 2 and the use of an electronic key 19, which has high speed, ensures the complete elimination of erosion marks on the surface of the processed products from the cathode spots of the vacuum gi (microarc bindings) that ensures high quality of coating on the articles 18 with a polished surface. After completion of the ionic cleaning of the surface of the processed products 18, which usually lasts 3-5 minutes and is controlled by decreasing the response frequency of the electronic switch 19, the voltage across the products from the bias source 17 changes to the operating value and the process of processing the surface of the products begins. When the voltage of the bias source of potential 17 in the range of 0-150 V, there is a preferential deposition on the surface of the coating products made of cathode material 2. When the voltage of the source of bias of potential 17 in the range of 300-1000 V, predominant ion etching or saturation of the surface with metal ions takes place, depending on pairs of materials - the material of the workpiece 18 and the material of the cathode 2. After carrying out the required surface treatment of the products 18, the power supply to the vacuum arc, magnetic retainer one spots 5, the magnetic coil of the anode 4, the potential on the holder 10, the rotation drive of the holder 10 of the coated (processed) products and the drive 14. After cooling the processed products in high vacuum, air is let into the chamber 1, the cover 25 is removed from the vacuum chamber 1 the finished products are removed 18. If it is necessary to obtain coatings and surface treatment with more than one material from two layers and different materials, the cathode 2 is made of the corresponding number of hollow cylindrical shells, sequentially fixed nnyh on a cylindrical cup 20 and the surface of the processing products is carried out as described above. To obtain coatings from nitrides and metal carbides, the process is conducted by supplying the corresponding reactive gas — nitrogen, acetylene, etc., from the gas system 30 to the vacuum chamber.

В целом предлагаемое изобретение позволяет значительно повысить надежность работы установки, повысить адгезию защитных и упрочняющих покрытий, наносимых на полированные изделия, и значительно расширить технологические возможности установки по сравнению с прототипом. In general, the invention allows to significantly increase the reliability of the installation, increase the adhesion of protective and hardening coatings applied to polished products, and significantly expand the technological capabilities of the installation compared to the prototype.

Применение изобретения в промышленности позволит проводить на едином оборудовании разные процессы ионной обработки поверхности, существенно повысить качество обработки и надежность работы установки, что даст значительный экономический эффект. The application of the invention in industry will allow to carry out different processes of ion surface treatment on a single equipment, significantly improve the quality of processing and the reliability of the installation, which will give a significant economic effect.

Литература
1. Патент Великобритании 1322670, кл. С 7 F, 1973.Literature
1. UK patent 1322670, CL C 7 F, 1973.

2. Мубояджян С.Н. и др. "Промышленная установка МАП-1 для нанесения защитных покрытий различного назначения", Авиационная промышленность, 1995, 7-8, с.44-48. 2. Muboyajyan S.N. and others. "Industrial installation MAP-1 for applying protective coatings for various purposes", Aviation industry, 1995, 7-8, p. 44-48.

Claims

1. Installation for applying protective coatings, comprising a housing of a vacuum chamber with a lid and a movable cathode located in it, made in the form of a cylindrical shell made of vaporized material and equipped with a movable cylindrical magnetic clamp of the cathode spot, an electrically insulated holder with rotation positions, equipped with a protective screen system and connected to the negative pole of the potential bias source, as well as to the drive providing it with planetary movement around the cathode axis, a cooled hollow qi an indric anode equipped with a magnetic coil and coaxially enclosing the cathode and holder, a protective electrically insulated cathode screen, ring electrodes defining an axial direction between the anode and cathode, and a cathode spot exciter, characterized in that it further comprises a nozzle located on the cover of the vacuum chamber in the gap between the cathode and the holder, a gas-discharge ion source located in the nozzle and provided on the side of the vacuum chamber with a shutter closing the nozzle and a hollow movable an eye connected outside the nozzle to a mechanism for moving the gas-discharge ion source into the processing zone of the coated products, a power source connected to the anode and the cooled body of the gas-discharge source through the cavity of the movable rod, a gas system supplying working gas to the gas-discharge ion source through the cavity of the movable rod, and control pressure in the vacuum chamber, limit switch, which provides the supply of negative potential from the power source to the holder when introducing a gas discharge an ion source in the treatment zone, as well as an electronic key included in the circuit of the bias source of the holder potential, one of the ring electrodes being attached to the lid of the vacuum chamber using electrically insulated suspensions, and the other ring electrode being attached to the cathode protective shield containing the base, made in the form of the cooled shell fixed to the vacuum chamber coaxially with the cathode; the holder rotation positions are made in the form of tubes connected to each other outside the holder's shield system using tsa apertured and fitted with movable bush shoulder, the retaining ring against axial displacement and rotation position allowing the holder to rotate relative to the ring.

2. Installation according to claim 1, characterized in that a source with an anode layer and a closed Hall current is used as a gas-discharge source of ions, and the magnetic gap of the source is made in the form of an extended closed oval with a height equal to the height of the processing zone of the installation.

3. Installation according to claim 1, characterized in that the electronic switch contains a transistor, an inductance connected in series with it, a diode for dumping the energy stored in the inductance, current and voltage sensors of the holder bias source circuit and a transistor control circuit.

4. Installation according to claim 1, characterized in that one of the electrically insulated suspensions is provided with a terminal outside the vacuum chamber for connecting the positive pole from the source of bias of the holder potential.