RU2544729C1 - Device for thermochemical treatment of parts in non-self-maintained glow discharge - Google Patents
Device for thermochemical treatment of parts in non-self-maintained glow discharge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2544729C1 RU2544729C1 RU2013153951/02A RU2013153951A RU2544729C1 RU 2544729 C1 RU2544729 C1 RU 2544729C1 RU 2013153951/02 A RU2013153951/02 A RU 2013153951/02A RU 2013153951 A RU2013153951 A RU 2013153951A RU 2544729 C1 RU2544729 C1 RU 2544729C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- thermionic
- parts
- hollow cylindrical
- substrate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Description
Устройство относится к электротермическому машиностроению, в частности к вакуумным установкам для нанесения покрытий в разряде. Это изобретение может найти широкое применение в машиностроении, автостроении, химической промышленности.The device relates to electrothermal engineering, in particular to vacuum installations for coating in the discharge. This invention can find wide application in mechanical engineering, automotive, chemical industry.
Известно устройство для катодно-плазменного азотирования изделий (Катодно-плазменное азотирование изделий на базе модернизированного агрегата "Булат", информационный листок №300-88, Краснодар, ЦНТИ, 1988), содержащее вакуумную камеру и подложку для размещения деталей, источник питания, соединенный отрицательным полюсом с подложкой, положительным - с корпусом камеры, термоэмиссионный электрод, второй источник питания, соединенный отрицательным полюсом с термоэмиссионным электродом, положительным - с корпусом камеры.A device for cathodic-plasma nitriding of products (Cathodic-plasma nitriding of products based on the upgraded Bulat unit, information leaflet No. 300-88, Krasnodar, Central Scientific and Technical Research Institute, 1988), containing a vacuum chamber and a substrate for accommodating parts, a power source connected by a negative a pole with a substrate, a positive one with a camera body, a thermionic electrode, a second power source connected by a negative pole with a thermionic electrode, a positive one with a camera body.
Недостатком данного устройства является относительно большая длительность процесса химико-термической обработки деталей и высокая температура процесса.The disadvantage of this device is the relatively long duration of the process of chemical-thermal treatment of parts and the high temperature of the process.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для химико-термической обработки деталей в несамостоятельном тлеющем разряде (Устройство для химико-термической обработки деталей в несамостоятельном тлеющем разряде. Патент №2355817 от 04.07.2007 г.), содержащее вакуумную камеру и подложку для размещения деталей, источник питания, соединенный отрицательным полюсом с подложкой, положительным - с корпусом камеры, термоэмиссионный электрод, второй источник питания, соединенный отрицательным полюсом с термоэмиссионным электродом, положительным - с корпусом камеры, дополнительный полый цилиндрический электрод, коаксиально расположенный между термоэмиссионным электродом и обрабатываемой деталью, и дополнительный регулируемый источник постоянного напряжения, отрицательный полюс которого соединен с подложкой, а положительный - с дополнительным электродом, имеющим внутренний диаметр, превышающий геометрические размеры обрабатываемой детали и обеспечивающий угол падения ионного потока на поверхность обрабатываемой детали от нуля до критического.Closest to the proposed device is a chemical-thermal treatment of parts in a non-self-contained glow discharge (Device for chemical-thermal treatment of parts in a non-self-contained glow discharge. Patent No. 2355817 of July 4, 2007) containing a vacuum chamber and a substrate for accommodating parts, source power supply connected to the negative pole with the substrate, positive to the camera body, thermionic electrode, a second power source connected to the negative pole to the thermionic electrode, positive one with a camera body, an additional hollow cylindrical electrode coaxially located between the thermionic electrode and the workpiece, and an additional adjustable constant voltage source, the negative pole of which is connected to the substrate, and the positive one with an additional electrode having an internal diameter exceeding the geometric dimensions of the workpiece and providing the angle of incidence of the ion flux on the surface of the workpiece from zero to critical.
Недостатком данного устройства является относительно большая длительность процесса химико-термической обработки деталей и высокая температура процесса.The disadvantage of this device is the relatively long duration of the process of chemical-thermal treatment of parts and the high temperature of the process.
Задачей настоящего изобретения является сокращение длительности процесса химико-термической обработки деталей и понижение температуры процесса.The objective of the present invention is to reduce the duration of the process of chemical-heat treatment of parts and lowering the temperature of the process.
В устройстве, содержащем вакуумную камеру и подложку для размещения деталей, источник питания, соединенный отрицательным полюсом с подложкой, положительным - с корпусом камеры, термоэмиссионный электрод, второй источник питания, соединенный отрицательным полюсом с термоэмиссионным электродом, положительным - с корпусом камеры, полый цилиндрический электрод, имеющий внутренний диаметр, превышающий геометрические размеры обрабатываемой детали, и термоэмиссионный электрод, расположенный коаксиально с цилиндрическим электродом, решение поставленной задачи достигается тем, что вводится второй полый цилиндрический электрод, аналогичный первому и расположенный коаксиально к нему с образованием электростатической линзы с первым, при этом ось симметрии полых цилиндрических электродов ориентирована под углом, равным критическому углу падения ионного потока на поверхность обрабатываемой детали, а термоэмиссионный электрод расположен в фокусе электростатической линзы.In a device containing a vacuum chamber and a substrate for placing parts, a power source connected by a negative pole to the substrate, a positive one with a camera body, a thermionic electrode, a second power source connected by a negative pole with a thermionic electrode, a positive one with a camera body, a hollow cylindrical electrode having an inner diameter exceeding the geometrical dimensions of the workpiece and a thermionic electrode located coaxially with the cylindrical electrode, solutions This problem is achieved by introducing a second hollow cylindrical electrode, similar to the first and located coaxially to it with the formation of an electrostatic lens with the first, while the axis of symmetry of the hollow cylindrical electrodes is oriented at an angle equal to the critical angle of incidence of the ion flux on the surface of the workpiece, and thermionic the electrode is located at the focus of the electrostatic lens.
Данное устройство обладает существенным отличием, так как предполагает использование второго полого цилиндрического электрода, аналогичного первому и расположенного коаксиально к нему с образованием электростатической линзы с первым, при этом ось симметрии полых цилиндрических электродов ориентирована под углом, равным критическому углу (для данного материала) падения ионного потока на поверхность обрабатываемой детали, а термоэмиссионный электрод расположен в фокусе электростатической линзы, что позволяет сформировать параллельный поток ионов, т.е. обеспечивает падение всех ионов на обрабатываемую поверхность под углом, равным критическому, сокращение длительности процесса химико-термической обработки деталей и понижение температуры процесса.This device has a significant difference, since it involves the use of a second hollow cylindrical electrode, similar to the first and located coaxially with it to form an electrostatic lens with the first, while the axis of symmetry of the hollow cylindrical electrodes is oriented at an angle equal to the critical angle (for a given material) of the ion flow to the surface of the workpiece, and the thermionic electrode is located in the focus of the electrostatic lens, which allows you to form a parallel ion flux, i.e. provides the fall of all ions on the treated surface at an angle equal to the critical, reducing the duration of the process of chemical-thermal treatment of parts and lowering the temperature of the process.
Азотирование (частный случай химико-термической обработки) в разряде, как известно, включает два конкурирующих процесса: катодное распыление поверхности, сопровождающееся образованием в атмосфере азота нитрида распыляемого материала и конденсации, адсорбции (обратное катодное распыление на поверхности образовавшихся нитридов, а также ионов азота, сопровождающееся диффузией азота в матрицу).As is known, nitriding (a special case of chemical-thermal treatment) in a discharge involves two competing processes: cathodic surface sputtering, accompanied by the formation of nitride of the atomized material in the atmosphere of nitrogen and condensation, adsorption (reverse cathodic sputtering on the surface of the formed nitrides, as well as nitrogen ions, accompanied by diffusion of nitrogen into the matrix).
Эффективность катодного распыления в разряде существенно зависит от угла (α) падения ионного потока. При углах падения, отличных от критического, происходит уменьшение коэффициента распыления, в то время как при угле падения, равном критическому, реализуется коэффициент распыления в 1,25-2,5 раза более высокий, чем при нормальном падении ионов (И.А. Аброян, А.Н. Андронов, А.И. Титов. Физические основы электронной и ионной технологии: Учеб. пособие для спец. электронной техники вузов. - М.: Высш. шк., 1984. - с.214-215). Такое увеличение коэффициента катодного распыления достигается лишь в случае, если все лучи ионного потока падают на обрабатываемую поверхность под углом, равным критическому, т.е. в случае их параллельности, в отличие от прототипа, где угол падения ионного потока на поверхность обрабатываемой детали (в сходящемся потоке) от нуля до критического. Коэффициент катодного распыления существенно зависит от температуры катода, а потому, при прочих равных условиях, оптимизация угла падения ионного потока позволяет снизить температуру химико-термической обработки. А, как известно, чем выше температура азотирования, тем ниже предел выносливости деталей. Это связано с разупрочнением сердцевины и уменьшением остаточных напряжений сжатия.The efficiency of cathodic sputtering in a discharge substantially depends on the angle (α) of the ion flow incidence. At incidence angles other than critical, the sputtering coefficient decreases, while at an incidence angle equal to critical, the sputtering coefficient is 1.25-2.5 times higher than with normal incidence of ions (I.A. Abroyan , A. Andronov, A. Titov, Physical Foundations of Electronic and Ion Technology: Textbook for Special Electronic Technology of Universities, Moscow: Vyssh. Shk., 1984. - p. 214-215). Such an increase in the cathode sputtering coefficient is achieved only if all the rays of the ion flux fall on the surface to be treated at an angle equal to the critical, i.e. in the case of their parallelism, in contrast to the prototype, where the angle of incidence of the ion flux on the surface of the workpiece (in a converging stream) from zero to critical. The cathode sputtering coefficient substantially depends on the cathode temperature, and therefore, ceteris paribus, optimization of the angle of incidence of the ion flux allows one to lower the temperature of chemical-thermal treatment. And, as you know, the higher the temperature of nitriding, the lower the endurance limit of the parts. This is due to softening of the core and a decrease in residual compressive stresses.
На чертеже изображена схема устройства для химико-термической обработки деталей в несамостоятельном тлеющем разряде, где: 1 - вакуумная камера, 2 - термоэмиссионный электрод, 3 - полые цилиндрические электроды, 4 - обрабатываемая деталь, 5 - подложка для размещения деталей, 6 - источник питания, 7 - второй источник питания, 8 - источник переменного тока, 9, 10 - источники питания полых цилиндрических электродов.The drawing shows a diagram of a device for chemical-thermal treatment of parts in a non-self-contained glow discharge, where: 1 - a vacuum chamber, 2 - thermionic electrode, 3 - hollow cylindrical electrodes, 4 - workpiece, 5 - substrate for placing parts, 6 - power source , 7 - a second power source, 8 - an alternating current source, 9, 10 - power sources of hollow cylindrical electrodes.
Работает устройство следующим образом. Разогретый до высокой температуры термоэмиссионный электрод (2) испускает электроны, которые, двигаясь в электростатическом поле, созданном источником питания (7), ионизируют пространство в вакуумной камере, порождая (в основном) положительные ионы. Положительные ионы движутся в направлении имеющей отрицательный потенциал относительно камеры обрабатываемой детали (4) в электростатическом поле, созданном источником питания (6). Полые цилиндрические электроды (3) образуют электростатическую линзу, фокусное расстояние которой будет зависеть от соотношения между потенциалами U1 и U2 соответственно первого и второго полых цилиндрических электродов (3) (Л.А. Арцимович, С.Ю. Лукьянов. Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях. М., 1972 г., с.15-16). Выставляя с помощью источников питания (9) и (10) U2/U1≥16, располагаем термоэмиссионный электрод на расстоянии, равном двойному внутреннему диаметру полого цилиндрического электрода, отсчитываемому от середины зазора между полыми электродами, т.е. в фокусе электростатической линзы. Это позволяет сформировать на выходе полых цилиндрических электродов параллельный поток ионов, падающих на поверхность обрабатываемой детали под углом α, равным критическому, что обеспечивает максимальный коэффициент распыления обрабатываемой поверхности при данной температуре. Корректируют температуру процесса химико-термической обработки детали (4), изменяя напряжение на подложке (5) с помощью источника питания (6).The device operates as follows. A thermionic electrode (2) heated to a high temperature emits electrons, which, moving in the electrostatic field created by the power source (7), ionize the space in the vacuum chamber, generating (mainly) positive ions. Positive ions move in the direction of the negative potential relative to the chamber of the workpiece (4) in the electrostatic field created by the power source (6). Hollow cylindrical electrodes (3) form an electrostatic lens, the focal length of which will depend on the ratio between the potentials U1 and U2 of the first and second hollow cylindrical electrodes (3) (L. A. Artsimovich, S. Yu. Lukyanov. Motion of charged particles in electric and magnetic fields. M., 1972, p.15-16). By exposing U2 / U1≥16 using power sources (9) and (10), we position the thermionic electrode at a distance equal to the double inner diameter of the hollow cylindrical electrode, counted from the middle of the gap between the hollow electrodes, i.e. in focus electrostatic lens. This makes it possible to form a parallel stream of ions at the exit of hollow cylindrical electrodes that fall on the surface of the workpiece at an angle α equal to the critical one, which ensures the maximum sputtering coefficient of the workpiece at a given temperature. The temperature of the process of chemical-thermal treatment of the part (4) is adjusted by changing the voltage on the substrate (5) using a power source (6).
Использование предлагаемого устройства для обработки деталей в несамостоятельном тлеющем разряде позволяет:Using the proposed device for processing parts in a non-self-contained glow discharge allows you to:
1) повысить предел выносливости деталей за счет понижения температуры химико-термической обработки,1) increase the endurance limit of parts by lowering the temperature of chemical-thermal treatment,
2) понизить энергетические затраты за счет сокращения времени химико-термической обработки.2) reduce energy costs by reducing the time of chemical-thermal treatment.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013153951/02A RU2544729C1 (en) | 2013-12-04 | 2013-12-04 | Device for thermochemical treatment of parts in non-self-maintained glow discharge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013153951/02A RU2544729C1 (en) | 2013-12-04 | 2013-12-04 | Device for thermochemical treatment of parts in non-self-maintained glow discharge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2544729C1 true RU2544729C1 (en) | 2015-03-20 |
Family
ID=53290747
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013153951/02A RU2544729C1 (en) | 2013-12-04 | 2013-12-04 | Device for thermochemical treatment of parts in non-self-maintained glow discharge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2544729C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3573098A (en) * | 1968-05-09 | 1971-03-30 | Boeing Co | Ion beam deposition unit |
RU2098510C1 (en) * | 1996-05-22 | 1997-12-10 | Кубанский государственный технологический университет | Gear for machining in discharge under low-pressure conditions |
RU2173353C2 (en) * | 1999-09-06 | 2001-09-10 | Кубанский государственный технологический университет | Gear to machine holes in parts in discharge under low- pressure conditions |
RU2355817C2 (en) * | 2007-07-04 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Facility for surface treatment of details in nonself-maintained glow discharge |
US20090236014A1 (en) * | 2008-03-20 | 2009-09-24 | Tecvac Limited | Treatment of metal components |
-
2013
- 2013-12-04 RU RU2013153951/02A patent/RU2544729C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3573098A (en) * | 1968-05-09 | 1971-03-30 | Boeing Co | Ion beam deposition unit |
RU2098510C1 (en) * | 1996-05-22 | 1997-12-10 | Кубанский государственный технологический университет | Gear for machining in discharge under low-pressure conditions |
RU2173353C2 (en) * | 1999-09-06 | 2001-09-10 | Кубанский государственный технологический университет | Gear to machine holes in parts in discharge under low- pressure conditions |
RU2355817C2 (en) * | 2007-07-04 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Facility for surface treatment of details in nonself-maintained glow discharge |
US20090236014A1 (en) * | 2008-03-20 | 2009-09-24 | Tecvac Limited | Treatment of metal components |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhao et al. | A size-unlimited surface microstructure modification method for achieving high performance triboelectric nanogenerator | |
Lukes et al. | Pulsed electrical discharge in water generated using porous-ceramic-coated electrodes | |
US20120199070A1 (en) | Filter for arc source | |
JP5461264B2 (en) | Magnetron sputtering apparatus and sputtering method | |
KR20150123321A (en) | Method of treating a surface of at least one part by means of individual sources of an electron cyclotron resonance plasma | |
US20150090898A1 (en) | Ion source | |
CN101713065A (en) | Device for microwave plasma based low-energy ion implantation on internal surface of metal round pipe with small pipe diameter | |
RU2544729C1 (en) | Device for thermochemical treatment of parts in non-self-maintained glow discharge | |
CN102779711A (en) | Ion source with ultra-large ion beam divergence angle | |
Xin et al. | Control of vacuum arc source cathode spots contraction motion by changing electromagnetic field | |
RU2355817C2 (en) | Facility for surface treatment of details in nonself-maintained glow discharge | |
RU2008101844A (en) | COMPLEX LIQUID TREATMENT DEVICE | |
US9683285B2 (en) | Filters for blocking macroparticles in plasma deposition apparatus | |
RU2453628C1 (en) | Device for application of coating on dielectric in discharge | |
KR20150010773A (en) | Deposition device and deposition method | |
Zhou et al. | Alternating electric fields induce a period-dependent motion of Escherichia coli in three-dimension near a conductive surface | |
Jang et al. | Discharge study of argon DC arc jet assisted by DBD plasma for metal surface treatment | |
CN111933511A (en) | High-field asymmetric waveform ion mobility spectrometer | |
CN107447195B (en) | Magnetron and magnetron sputtering system | |
RU2173353C2 (en) | Gear to machine holes in parts in discharge under low- pressure conditions | |
Kreller et al. | Deceleration of Ar9+ ions within a tapered glass capillary | |
KR20110029500A (en) | Film forming apparatus using plasma based ion planting | |
TW201812900A (en) | Plasma Processing Apparatus and Plasma Processing Method | |
CZ306854B6 (en) | A method of forming thin deposition layers using low pressure plasma using and a device for performing this method | |
Falun et al. | Development and experimental study of large size composite plasma immersion ion implantation device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151205 |