UA71526A - Плазмовий пристрій на змінному струмі для іонно-плазмової обробки внутрішньої поверхні труби - Google Patents

Abstract

Плазмовий пристрій на змінному струмі для іонно-плазмової обробки внутрішньої поверхні труби містить один спільний електрод - анод, з'єднаний з середньою точкою вторинної обмотки трансформатора - джерела живлення розряду, два робочих електроди - катоди, з'єднані з початком і кінцем вторинної обмотки через тиристори і систему тиристорного управління (ТСУ) вмиканням розрядної і ініціюючої напруги ТСУ. Згідно з винаходом, ТСУ має функцію зміни полярності спільного і робочих електродів на протилежну, спільним електродом плазмового пристрою є оброблювана труба, яка одним кінцем з'єднана з системою вакуумної відкачки, а на її протилежному кінці змонтований гермоввід, через який в порожнину оброблюваної труби до блока електродів підводяться струмопідводи, підводи охолоджуючої води, плазмоутворюючого газу і привід обертання блока електродів навколо осі труби і переміщення вздовж її поверхні, причому кількість робочих електродів є парною, електроди розміщуються по колу діаметрально протилежно один одному в поперечному перетині труби.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до галузі технологічного обладнання для нанесення іонно-плазмових покриттів на 2 внутрішню поверхню труб, переважно із значним відношенням довжини до діаметру.

Відоме технічне рішення плазмового пристрою вакуумно-дугового типу на змінному струмі, що використовується для генерування геттерних плівок в електрофізичних високовакуумних насосах. Плазмовий пристій містить три електроди. Один електрод є спільним і вмикається до середньої точки вторинної обмотки трансформатору - розрядного джерела. Два інші електрода виготовлені з геттерного матеріалу (титану) і 70 являються катодами, які вмикаються в розрядне коло в той час, коли на них з'являється від'ємний відносно спільного електрода потенціал. Порядком вмикання напруги на робочі катоди і подачі синфазних ініціюючих імпульсів напруги на ініціюючі електроди, керує тиристорна система управління (ТСУ). Пристрій-аналог демонструє можливість реалізації живлення вакуумно-дугового розряду від джерела струму промислової частоти, а також показує можливість суттєвого розширення діапазону регулювання потужності розряду за 72 рахунок регулювання частоти розрядних імпульсів і фази вмикання розрядного струму. Конструкція пристрою-аналогу не може бути використана для обробки внутрішньої поверхні труб.

Найближчим аналогом - прототипом винаходу є технічне рішення, що описане в |2). Описаний вакуумно-дуговий пристрій з електродами вісьової симетрії, який потенційно може бути використаний для іонно-плазмової обробки внутрішньої поверхні труби. В прототипі розроблені схеми розрядного джерела.

Найпростіша електрична схема пристрою-прототипу показана на фіг1а. Схема містить трансформатор, вторинна обмотка якого має середню точку, сполучену із спільним електродом-трубою. Два катоди розташовані в порожнині труби з особистими електродами ініціювання вакуумно-дугового розряду. Порядок подачі розрядної і ініціюючої напруги регулюється тиристорною системою управління. В (21) зазначається, що для надійної роботи плазмового пристрою з вакуумно-дуговим розрядом на змінному струмі необхідна надійна, швидкодіюча система ініціювання розряду. Для розрядів не потребуючих ініціювання (наприклад магнетронний, або тліючий розряд) « наявність системи ініціювання не обов'язкова. Технічне рішення-прототип не може бути використане повністю, так як в ньому не передбачається режим попередньої обробки поверхні і відсутнє технічне рішення для обробки довгої труби.

В основу винаходу покладено завдання створення плазмового пристрою на змінному струмі, в якому були б о реалізовані наступні вимоги: с - можливість попередньої обробки поверхні перед нанесенням покриття; - можливість обробки довгої труби малого діаметру; о - наявність в пристрої швидкодіючої, високо надійної системи ініціювання дугового розряду. «--

У припущеному винаході поставлена задача вирішується тим, що в одній конструкції передбачається 3о використання різних типів розрядів. Технічне рішення плазмового пристрою містить один спільний електрод -- в анод, з'єднаний з середньою точкою вторинної обмотки трансформатора - джерела живлення розряду, два робочих електрода -- катоди, з'єднані з початком і кінцем вторинної обмотки через тиристори і систему тиристорного управління вмиканням розрядної напруги (ТСУ), який відрізняється тим, що: «

ТСУ має функцію зміни полярності спільного і робочих електродів на протилежну, спільним електродом З 0 плазмового пристрою являється оброблювальна труба, яка одним кінцем з'єднана з системою вакуумної с відкачки, а на її протилежному кінці змонтований гермоввід, через який в порожнину оброблювальної труби до

Із» блоку електродів підводяться струмопідводи, підводи охолоджуючої води, плазмоутворюючого газу і привід обертання блоку електродів навколо вісі труби і переміщення вздовж її поверхні, причому кількість робочих електродів є парна, електроди розміщуються по колу в поперечному перетині труби, діаметрально протилежно один одному. і Згідно з другим варіантом винаходу, плазмовий пристрій відрізняється від плазмового пристрою за п.1 тим, - що: пара негативних електродів пристрою може мати особисті магнітні системи для формування зони розряду на і-й робочій поверхні електроду, а пара позитивних електродів може мати на робочій поверхні ребра для ка 20 ефективного затримання розпилених забруднень.

Згідно з третім варіантом винаходу, плазмовий пристрій відрізняється від технічних рішень за пп. 1-2, с тим, що: співвісно з блоком робочих електродів пристрою, безпосередньо біля його краю, але електричне ізольовано від нього, розміщується блок газорозрядного ініціювання розряду, який містить магнітну систему з кільцевим 25 міжполюсним проміжком, геометричне відповідним основному розрядному проміжку, в якому розташовується в. кільцевий анод-газорозподілювач з підводом до нього плазмоутворюючого газу і позитивного відносно робочих електродів потенціалу.

Суть припущеного винаходу пояснюється кресленням, де на фіг.2 приведено конструктивну схему плазмового пристрою і фіг.1б, де приведена схема живлення електродів плазмового пристрою. Оброблювальна 60 труба 1 одним кінцем підключена до системи вакуумної відкачки 8, а на протилежному кінці має гермоввід 7, через який до електродів подаються необхідні напруги, охолоджуюча вода і плазмоутворюючий газ. Через гермоввід блок електродів з'єднується з механізмом переміщення, що розміщується поза вакуумною камерою і забезпечує його обертання навколо вісі і переміщення вздовж оброблювальної труби. Однакові за призначенням парні електроди 2 і З розміщуються в поперечному перетині труби 1 А-А. Блок газорозрядного ініціювання бо розряду складається з магнітної системи, яка містить постійні магніти 6 і магнітний полюс 5. Магнітна система створює радіальне магнітне поле в міжелектродному проміжку 4. На фіг.2 протилежним полюсом магнітної системи є феромагнітна стінка оброблюваної труби. За міжелектродним проміжком розмішується анод-газорозподілювач 5 системи газорозрядного ініціювання розряду.

Порівняльний аналіз із прототипом показує, що пропоноване технічне рішення має наступні суттєві відокремлюючі ознаки: - вакуумна відкачка відбувається безпосередньо із порожнини оброблювальної труби; - блок електродів плазмового пристрою має можливістю переміщення відносно внутрішньої поверхні оброблювальної труби; 70 - блок електродів плазмового пристрою може обертатися навколо вісі оброблювальної труби; - в зону вакуумно-дугового розряду подається плазмоутворюючий газ; - біля блоку електродів розміщується блок газорозрядного ініціювання розряду який містить магнітну систему і анод-газорозподільник; - розрядне джерело підключається до електродів розрядного блоку через тиристорний перемикач /5 полярності.

Порівняльний аналіз показує, що ознаки винаходу відповідають критерію ,новітності" ії є достатніми для всіх випадків, на які поширюється об'єм правової охорони.

Плазмовий пристрій на змінному струмі працює наступним чином. Можливо декілька режимів роботи пристрою. а) Підготовка внутрішньої поверхні труби і нанесення покриття здійснюється тліючим розрядом. В цьому разі порядок технологічних операцій наступний. В порожнину оброблювальної труби подається плазмоутворюючий газ. Попередня обробка поверхні здійснюється подачею позитивних півперіодів розрядного струму на електроди для підготовки поверхні. При цьому оброблювальна труба підключена до середньої точки вторинної обмотки трансформатору і являється катодом. При обертанні блоку електродів навколо вісі труби відбувається іонне ов травлення оброблювальної поверхні. при виконанні наступної операції полярність електродів перемикається на протилежну, труба виконує роль анода, а на пару електродів, що виготовлені із матеріалу покриття, подаються « від'ємні півперіоди розрядного струму. Розпилений іонним бомбардуванням матеріал катодів конденсується на оброблювальній поверхні і формує функціональне покриття. Операція нанесення покриття відбувається при обертанні блоку електродів навколо вісі труби. Після нанесення покриття на ділянці труби, що дорівнює довжині Ге зо робочих електродів, блок електродів переміщується на наступну ділянку труби. Операції обробки повторюються. б) При використанні попередньої підготовки поверхні тліючим розрядом і нанесенні покриття магнетронним с розпилюючи пристроєм, конструкція розрядного блоку і порядок виконання технологічних операцій не ю змінюються. в) При нанесені покриття вакуумно-дуговим випалювачем, в конструкції блоку електродів з'являється новий --

Зз5 Конструктивний елемент - система газорозрядного ініціювання дугового розряду. Вона працює наступним чином. ча

В між полюсному проміжку магнітної системи створюється радіальне магнітне поле. Плазмоутворюючий газ подається в робочу зону через кілцевий газорозподілювач. При подачі на анод системи ініціювання розряду імпульсу високої напруги, позитивного відносно робочого електроду, в схрещених ЕХВ полях створюються умови для запалювання Холівського розряду. Холлівський розряд подає в проміжок між електродами дугового розряду « порцію плазми, яка ініціює запалення вакуумно-дугового розряду. При використанні для попередньої підготовки з с поверхні тліючого розряду, необхідно мати два комутуємих розрядних джерела - високовольтне джерело для операції підготовки поверхні і низьковольтне джерело для живлення вакуумно-дугового розряду. ;» г) Оптимальною конфігурацією плазмового пристрою на змінному струмі є конструкція з використанням і для підготовки поверхні і для нанесення покриття вакуумно-дугового розряду. В цьому разі, при обертанні блока електродів, спочатку проводиться ерозійне травлення вакуумно-дуговим розрядом оброблюваної поверхні. -І Потім до джерела живлення розряду підключається пара електродів для нанесення покриття і полярність електродів змінюється на протилежну. Після переміщення блоку електродів на наступну ділянку труби, порядок - операцій повторюється. с Таким чином, плазмовий пристрій на змінному струмі дозволяє оброблювати внутрішню поверхню довгих труб. Використання газорозрядного ініціювання розряду дозволяє надійно реалізувати оптимальну конфігурацію о плазмового пристрою з однотипними технологічними операціями для підготовки і нанесення покриття, що сприяє

Ф підвищенню надійності технологічного устаткування, і ефективності технології обробки.

Список використаних джерел. 1. Саксаганский Г.Л. Злектрофизические насосьі. М.: Знергоатомиздат. 1988, - 275с. 2. Дороднов А.М., Мирошкин С.И. Вакуумнье зрозионнье генераторь! и ускорители плазмь! на переменном з» токе, ТВТ, т.18, вьіп.5, с.1076-1087.

ПЕНЯ моя»

СТ

60

Фіг. 1 б5 з 7 1 1 4 56 хо жк рія у

І; ик сш с--ін- ТІ і оті іч «НІ , я о 7 ЗМ т І 70 іх з

Фіг. 7

Claims (2)

75 Формула винаходу

1. Плазмовий пристрій на змінному струмі для іонно-плазмової обробки внутрішньої поверхні труби, який містить один спільний електрод - анод, з'єднаний з середньою точкою вторинної обмотки трансформатора - джерела живлення розряду, два робочих електроди - катоди, з'єднані з початком і кінцем вторинної обмотки через тиристори і систему тиристорного управління (ТСУ) вмиканням розрядної і ініціюючої напруги ТСУ, який відрізняється тим, що ТСУ має функцію зміни полярності спільного і робочих електродів на протилежну, спільним електродом плазмового пристрою є оброблювана труба, яка одним кінцем з'єднана з системою вакуумної відкачки, а на її протилежному кінці змонтований гермоввід, через який в порожнину оброблюваної труби до блока електродів підводяться струмопідводи, підводи охолоджуючої води, плазмоутворюючого газу і привід обертання блока електродів навколо осі труби і переміщення вздовж її поверхні, причому кількість « робочих електродів є парною, електроди розміщуються по колу діаметрально протилежно один одному в поперечному перерізі труби.

2. Плазмовий пристрій за п.1, який відрізняється тим, що пара негативних електродів пристрою має особисті магнітні системи для формування зони розряду на робочій поверхні електроду, а пара позитивних електродів (Те) має на робочій поверхні ребра для ефективного затримання розпилених забруднень.

З. Плазмовий пристрій за пп. 1-2, який відрізняється тим, що співвісно з блоком робочих електродів с пристрою, безпосередньо біля його краю, але електрично ізольовано від нього, розміщується блок ю газорозрядного ініціювання розряду, який містить магнітну систему з кільцевим міхполюсним проміжком, який геометрично відповідний основному розрядному проміжку, в якому розташовується кільцевий -- з5 анод-газорозподільник з підводом до нього плазмоутворюючого газу і позитивного відносно робочих електродів /- ча потенціалу. Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних « мікросхем", 2004, М 11, 15.11.2004. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. -

с . и? -І - 1 з 50 42) 60 б5