UA73725C2 - Електронно-променевий пристрій для нанесення покриття на деталь конденсацією із парової фази - Google Patents

Abstract

Електронно-променевий пристрій (10) для нанесення покриття конденсацією із парової фази (ЕПНПКПФ) на виріб (20). Пристрій (20) взагалі включає покривну камеру (12), яка функціонує в умовах підвищеної температури та субатмосферного тиску. Електронно-променева пушка (30) проектує електронний промінь (28) у покривну камеру (12) та на розташований у ній покривний матеріал (26), розплавлюючи та випаровуючи його при цьому. Експлуатація пристрою ЕПНПКПФ спрощується завдяки пульту керування (118), за допомогою якого можна контролювати та коригувати дію елементів пристрою (10). Пульт керування включає схему пристрою (10) та його елементів із покажчиками (120) елементів, візуальними індикаторами, з'єднаними із покажчиками (120) для вказування робочого стану елементів, та регуляторами (124), з'єднаними із покажчиками (120) та із візуальними датчиками для зміни дії відповідного елементу пристрою ЕПНПКПФ (10).

Description

Опис винаходу

Ця заявка пов'язана із заявкою на видачу (патенту США за реєстраційним номером 130М-130411), що розглядається одночасно із даною, зміст якої наданий у цьому описі у вигляді посилання.

Цей винахід взагалі стосується електронно-променевого пристрою для нанесення покриття конденсацією із парової фази (ЕПНІПКПФ). Зокрема, цей винахід спрямовано на створення пристрою для нанесення покриття, який оснащено пультом керування для оперативної та точної реєстрації інформації про робочий стан пристрою (ЕПНПКПФ) та внесення оператором відповідних змін та поправок у пристрій та процес покриття. 70 Теплоізоляційні покриття (ТІП) знайшли широке використання при теплоізоляції зовнішніх поверхонь деталей газотурбінних двигунів, що працюють в умовах високих температур з метою їх мінімізації. Як ТІП застосовують різні керамічні матеріали, зокрема, диоксид цирконію (2705), що стабілізується окисом ітрію (М 203), оксидом магнію (М9О) або іншими окисами. Такі спеціальні матеріали широко застосовуються в цій галузі техніки, оскільки вони легко осаджуються при нанесенні покриття плазмовим напиленням або конденсацією парової 12 фази. Прикладом останньої є електронно-променеве нанесення покриття конденсацією парової фази (ЕПНПКПФ), при якому виробляється теплоізоляційне покриття, що має стовбурну зернисту структуру, яка має можливість розширюватись із своєю підосновою, не викликаючи при цьому пошкоджуючих напруг, що призводять до спалювання, і цим підвищують допустимий рівень деформації.

Спосіб виготовлення ТІП шляхом ЕПНІКПФ вимагає попереднього нагрівання деталі до прийнятної для покриття температури та наступного завантаження деталей в покривну камеру, в якій підтримується низький тиск, звичайно приблизно 0,005мбар. Деталь тримають поблизу із злитком покривного керамічного матеріалу (наприклад, оксид цирконію, стабілізований оксидом ітрію), призначеного для осадження, та електронний промінь проектують на злиток таким чином, щоб розплавити поверхню злитка та виробити конденсат покривного матеріалу для осадження на деталь. Температурний діапазон, у межах якого здійснюють процес ЕПНІПКПФ, с частково залежить від складу деталей та покривного матеріалу. Мінімальна робоча температура взагалі (3 встановлюється для забезпечення достатнього випаровування та осадження покривного матеріалу на деталь, а максимальна робоча температура - для уникнення пошкоджень мікроструктури виробу. Не дивлячись на застосування рідинно-охолоджувальних деталей, температура у середині покривної камери продовжує рости протягом всього процесу покриття через інтенсивне нагрівання від електронного променя та утворення о розплавленого покривного матеріалу. В результаті процеси ЕПНПІКПФ часто починають з визначеної мінімальної су робочої температури та закінчують при досягненні максимальної температури у середині покривної камери.

Сучасні виробничі пристрої ЕПНІПКПФ дозволяють вилучити покриті деталі із покривної камери та замістити в попередньо нагрітими непокритими деталями, не зупиняючи пристрій з метою створення безперервного режиму се роботи. Безперервний режим роботи пристрою на протязі цього часу можна визначити терміном "кампанія" із 32 більшою кількістю деталей, належно вкритих протягом кампанії, що відповідає підвищеній продуктивності та - економічній ефективності.

Виходячи із викладеного вище, можна побачити, що належну експлуатацію пристрою ЕПНІИКП важко здійснити через відносно вузький діапазон прийнятних температур покриття та низьких тисків, складність « пересування занадто гарячих деталей крізь вакуумовані камери та безліч інших труднощів, на які можна З наштовхнутись у робочому процесі та в процесі технічного обслуговування сучасних пристроїв ЕПНІПКПФ. У с зв'язку з цим залишається актуальним створення удосконаленого пристрою ЕПНІПКПФ. з» Цей винахід спрямовано на створення електронно-променевого пристрою для нанесення покриття (наприклад, керамічного теплоізоляційного покриття) конденсацією парової фази (ЕПНПКПФ) на виріб. Пристрій

ЕПНПКПФ згідно з цим винаходом взагалі включає покривну камеру, що функціонує в умовах підвищених -1 395 температур ( наприклад, принаймні 8002) та субатмосферного тиску (наприклад, в діапазоні від 10 до

Бх10?мбар). Електронно-променева (ЕП) пушка використовується для проектування електронного променя в о покривну камеру на покривний матеріал, розташований у середині камери. Функція електронно-променевої -І пушки полягає в розплавленні та випаровуванні покривного матеріалу. 50 Згідно із даним винаходом експлуатація пристрою ЕПНІКПФ спрощується за рахунок наявності пульта о керування, який контролює та коригує дію певних елементів пристрою. Пульт керування включає принаймні сп частину схеми пристрою та його елементів, яка містить покажчики елементів, візуальні індикатори, зв'язані із покажчиками для індикації робочого стану елементів, та регулятори, зв'язані із покажчиками та з'єднані із візуальними індикаторами для зміни дії відповідного елемента пристрою ЕПНІКПФ. Приклади елементів, які переважно відслідковують та коригують з пульта керування, включають ЕП пушки та ті елементи, що визначають рівні вакууму та охолоджувальні потоки крізь пристрій ЕПНІКПФ. Завдяки пульту керування дія пристрою

Ф) ЕПНПКПФ буде точніше проконтрольована та відкоригована оператором, з покращенням при цьому процесу ка покриття в цілому. Інші об'єкти та переваги цього винаходу будуть краще визначені в наступному детальному описбі. во На Фіг.1 та 2 зображено відповідно план та вид спереду електронно-променевого пристрою для нанесення покриття конденсацією із парової фази, який використовують для осадження покривного матеріалу згідно із цим винаходом.

На Фіг.3 зображено пульт керування для слідкування та коригування дії пристрою Фіг.1 та 2.

Пристрій 10 ЕПНПКПФ згідно із цим винаходом зображено в загальному вигляді на Фіг.1 та 2. Цим пристроєм 65 (10) керамічне теплоізоляційне покриття може бути нанесено на металеву деталь, призначену для експлуатації в несприйнятному температурному середовищі. Відомі приклади таких деталей включають сопла та лопаті турбін високого та низького тиску, кожухи, деталі камери згоряння, агрегати форсажної камери газотурбінних двигунів.

З метою ілюстрації цього винаходу пристрій 10 ЕПНПКПФ, показаний на Фіг.1 та 2, включає покривну камеру 12, камери попереднього нагрівання 14, та дві пари завантажувальних камер 16 та 18, розташованих так, що пристрій 10 має симетричну конфігурацію. Передні завантажувальні камери 16 розташовані на одній лінії із їх відповідними камерами 14 попереднього нагрівання, причому деталі 20 початково завантажують на грабельний механізм 22 в камерах 16, пересувають у камеру попереднього нагрівання 14 та, як показано на Фіг1, у покривну камеру 12. Як показано, злитки 26 вибраного покривного матеріалу завантажують по каналах 104 у магазин 102 та потім подають у покривну камеру 12 знизу. 70 Показано, що завантажувальні камери 16 та 18 прикріплені до низько профільних пересувних платформ 24 таким чином, щоб спаровані завантажувальні камери 16 та 18 можна було селективно вирівнювати із камерою попереднього нагрівання 14. Наприклад, коли передня ліва завантажувальна камера 16 розташовується по одній лінії з лівою камерою попереднього нагрівання 14 для можливості вставляння деталей 20 у покривну камеру 12, задня ліва завантажувальна камера 18 відсувається від лівої камери попереднього нагрівання 14 так, 7/5 щоб деталі можна було одночасно завантажувати та вивантажувати з грабельного механізму 22, розташованого в задній лівій завантажувальній камері 18. Як показано, платформи 24 принаймні частково підтримують шарикопідшипники 44, вмонтовані в підлогу, хоча передбачено застосування інших типів підшипників.

Завантажувальні камери 16 та 18 оснащено завантажувальними дверима 40, крізь які частина деталей завантажується на грабельний механізм 22. Крім того, завантажувальні камери 16 та 18 оснащено прохідними го дверима 42 для приводів (схематично позначені позицією 46 на Фіг.1), які керують роботою грабельного механізму 22. Точніше, деталі 20, які підтримуються грабельним механізмом 22, переважно обертаються та/або качаються в покривній камері для сприяння досягненню бажаного розподілення покриття навколо деталей 20.

Прохідні двері 42 дозволяють оператору пристрою 10 швидко відкоригувати або змінити установки приводів 46, не порушуючи процес завантажування та вивантажування деталей із камер 16 та 18. сч

Покриття виконується у середині покривної камери 12 шляхом розплавлення та випаровування злитків 26 електронними променями, виробленими електронно-променевими (ЕП) пушками 30, прикріпленими на покривній і) камері. Інтенсивне нагрівання керамічного матеріалу електронними променями 28 викликає плавлення поверхні кожного злитка 26, утворюючи розплавлений керамічний матеріал, молекули якого випаровуються, конденсуються та осаджуються на поверхнях деталей 20, виробляючи бажане керамічне покриття , товщина ю

Зо якого залежатиме від тривалості процесу покриття. Через часткове обмеження тривалості покривальної кампанії максимально допустимими робочими температурами для деталей 20 та тих елементів пристрою 10, що його с складають або знаходяться в покривній камері 12, стінки та інші певні деталі покривної камери , включаючи М тиглі, що містять розплавлений покривний матеріал, виконують рідинно-охолоджувальними для мінімізації швидкості росту температури в покривній камері протягом покривальної кампанії. Тиск, який необхідно ме) підтримувати у середині покривної камери 12, регулюють швидкістю , з якою гази можуть відкачуватись із ї- покривної камери 12, та швидкістю потоку бажаного газу, що закачують в покривну камеру 12, наприклад, кисню або аргону. На Фіг.2 показано, як гази нагнітаються в покривну камеру 12 крізь клапан 58, розташований поблизу покривної камери 12. Швидкості потоку газів регулюють окремо, основуючись на визначеному робочому тиску та парціальному тиску кисню. Після відкачування механічним насосом 31 на попередній вакуум для « о вакуумування покривної камери до виконання процесу покриття можна застосувати криогенний та дифузійні в с насоси 32 та 34. Для вакуумування камер попереднього нагрівання 14 можна застосувати окрему пару . дифузійних насосів 34. Як показано на Фіг.1, дифузійний насос 34 для покривної камери 12 можна модифікувати а дросельним клапаном 36 для регулювання насосом 34 при відносно високих значеннях тиску, наприклад, 0,01Омбар.

На основі вищевикладеного можна визначити, що різні параметри та обладнання повинні точно регулюватись -І при застосуванні пристрою 10. На Фіг.3 показано частину переважного пульта керування 118 для контролювання та коригування дій пристроїв ЕПНПКПФ типу, показаного на Фіг.1 та 2. Як зображено, схема пульта керування о 118 містить схему частини елементів пристрою 10 ЕПНПІКПФ та його систем підтримки, включаючи покажчики -І 120 для окремих елементів та систем. В схемі візуальні датчики 122 з'єднані безпосередньо із покажчиками 120 5р для індикації ними робочого стану деталей. Крім того, в схему включено регулятори 124 для коригування де відповідних елементів на основі даних про стан, зареєстрований датчиками 122. сп Завдяки пульту керування 118, показаному на Фіг.3, інформацію стосовно робочого стану пристрою 10

ЕПНПКПФ можна швидко і точно занотувати для можливості виконання оператором відповідних коригувань в пристрої 10 та покривному процесі. Приклади елементів, які мають особливе значення для слідкування та ов регулювання пультом керування 118, включають ЕП пушки З0, ті елементи, які вказують та регулюють рівні вакууму в покривній камері 12, наприклад, насоси 32 та 34 та газовий клапан 58 та ті елементи, що вказують та

Ф) регулюють охолоджувальні потоки крізь пристрій ЕПНПКПФ. Датчики 122 у вигляді світлових сигналів вказують ка на робочий стан ЕП пушок 30. Розташування деталей 20 у камерах 12, 14 та 16 також переважно вказується світловим сигналом для можливості регулювання вручну вимикачами 124. Аналогічно світлові сигнали та бо Вимикачі 124 переважно вказують та регулюють позиції клапанів, які встановлюють охолоджувальні потоки, та позиції клапанів, які регулюють вакуумування камер 12, 14 та 16 за допомогою механічних насосів, криогенного насосу 32 та дифузійних насосів 34 та 38. З'єднання датчиків 122 та регуляторів 124 у схемі відповідно, дає можливість оператору ідентифікувати робочий стан визначених елементів та визначити, які коригування слід зробити, основуючись на візуальному асоціюванні між пристроєм 10 та схемою, яка надає пристрій 10 на пульті 65 Керування 118.

Не дивлячись на те, що цей винахід було описано на базі переважних варіантів виконання, очевидно, що спеціаліст у цій галузі може застосовувати інші варіанти.

Відповідно обсяг винаходу слід обмежувати тільки наступною формулою винаходу.

Claims (1)

1. 2 Формула винаходу Електронно-променевий пристрій (10) для нанесення покриття на деталь конденсацією із парової фази, який включає: покривну камеру (12), що містить покривний матеріал та функціонує в умовах підвищеної температури уо.7а субатмосферного тиску; електронно-променеву пушку (30), що проектує електронний промінь на покривний матеріал (26), розташований у покривній камері (12), розплавлюючи покривний матеріал (26) та випаровуючи його при цьому; засоби (22) для підтримки виробу (20) в покривній камері (12) в такий спосіб, щоб пари покривного матеріалу (26) осаджувалися на виріб (20); засоби (34) для підтримки субатмосферного тиску у середині покривної камери (12); засоби для визначення підвищеної температури у середині покривної камери (12) та пульт керування (118) для слідкування та коригування здійснення вищевказаних операцій нанесення покриття конденсацією із парової фази, причому пульт керування (118) включає: схему принаймні частини електронно-променевого пристрою (10) для нанесення покриття конденсацією із парової фази та його елементів, яка містить покажчики (120) принаймні деяких елементів електронно-променевого пристрою (10) для нанесення покриття конденсацією із парової фази; візуальні датчики (122), які з'єднані в схемі безпосередньо із оо покажчиками елементів пристрою та які показують робочий стан елементу, наданого покажчиком (120), з'єднаного із візуальним датчиком (122) та регулятори (124), з'єднані в схемі безпосередньо із покажчиками елементів та із візуальними датчиками, причому кожний регулятор (124) слугує для коригування дій елементу, наданого покажчиком (120), з'єднаного із регулятором (124). с щі 6) ІС) с ча со і - -

   с . и? -І (95) -І з 50 сл іме) 60 б5