DE3234100A1

DE3234100A1 - Plasmalichtbogeneinrichtung zum auftragen von ueberzuegen

Info

Publication number: DE3234100A1
Application number: DE19823234100
Authority: DE
Inventors: Gennadij Vasil'evi&ccaron; Klju&ccaron;ko; Valentin Glebovi&ccaron; Padalka; Leonid Pavlovi&ccaron; Sablev; Rimma Ivanovna Char'kov Stupak
Original assignee: KLJUCKO GENNADIJ VASIL'EVIC
Current assignee: KLJUCKO GENNADIJ VASIL'EVIC
Priority date: 1982-09-17
Filing date: 1982-09-14
Publication date: 1984-03-15
Also published as: DE3234100C2; US4492845A; CH656400A5; SE8205250L; SE8205250D0; FR2533398B1; SE450539B; FR2533398A1; ATA330782A; AT376460B; GB2127043A; GB2127043B

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Plasmastrahlspritzen und betrifft insbesondere Plasmalichtbogeneinrichtungen zum Auftragen von vorwiecend Metallüberzügen auf Werkstücke verschiedener Form, insbesondere auf langgestreckte Werkstücke.

JBesonders vorteilhaft ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Auftragen von,Verfestigungs-, Zier- und anderen Überzügen im Werkzeugbau, in der Medizin, Schmuckwarenindustrie und auf anderen Gebieten der Technik.

Ein wichtiges Problem, das vor dem Fachmann bei der Entwicklung der Plasmalichtbogeneinrichtungen zum Auftragen von Überzügen steht, ist die Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit des aufschoopierten Teiles unter Sicherung der erforderlichen physikalisch-mechanischen Eigenschaften des Teiles. Die Lösung dieser Aufgabe ist vor allem dadurch erschwert, daß im Plasmastrahl, der durch das Verdampfen des Ka-' todenmaterials erzeugt wird, elektrisch neutrale Makroteilchen - Tropfen sowie feste Teilchen des Katodenmaterials - vorhanden sind, wodurch die Oberflächengüte des Werkstückes beeinträchtigt wird. Zur Beseitigung dieses Nachteils wird die Magnetscheidung des Plasmastrahls in neutrale und geladene Teilchen vorgenommen, wobei das Werkstück nur mit geladenen Teilchen behandelt wird.

Es ist z.B. eine Plasmalichtbogeneinrichtung bekannt, in welcher die Scheidung des Plasmastrahls bei dessen Lauf durch einen krummlinigen Plasmaleiter erfolgt, der mit einem Magnetsystem versehen ist (s. .Aksenov I.I., Belous V.A. u.a.: Ustroystvo dlya ochistki plasmy vakuumnoy dugi ot makrochastits /Einrichtung zur Reinigung des Vakuumplasmas von Makroteilchen), in: "Pribory i tekhnika eksperimenta" /Versuchsgeräte und -technik/, Moskau, 197Ö, Heft 5, S. 236-237). Dabei gelangen neutrale Makroteilchen

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auf der Wandung des Plasmaleiters zur Ausscheidung, während geladene Teilchen, d.h. positive Ionen, durch das Magnetsystem abgelenkt und über den Plasmaleiter zum Werkstück gerichtet werden.

Ein wesentlicher flachteil der bekannten Einrichtung besteht in großen Verlusten an geladenen üieilchen, die sich an der Wandung des Plasmaleiters infolge Energieverlustc absetzen, sowie in einer beträchtlichen Länge des Plasmaleiters.

Es ist ei~e andere Plasmalichtbogeneinrichtung zur. Auftragen von überzügen bekannt, welche eine Arbeit sanodenzelle aus unmagnetischem Material, eine in der genannten Zelle angeordnete selbstverzehrende Katode, deren Verdampfungsflache zur Anode gerichtet ist, eine mit der Katode in Berührung stehende Zündelektrode, eine Gleichstromquelle zur Speisung des Bogens, eine Impulsstromquelle zum Zünden des Bogens sowie ein an der Anode angeordnetes Magnetsystem enthält (s. Osipov. V.A., Padalka V.G. u.a.: Ustanovka dlya naneseniya pokrytij osazhdeniem ionov, izvlekaemykh iz plazmy vakuumnoy dugi /Anlage zum Auftragen der Überzüge durch Ausscheidung der Ionen aus dem Vakuumplasma/, in: "Pribory i tekhnika eksperimenta" /Versuchsgeräte und -technik/, Moskau, 1976, Heft 6, S. 173-175).

In dieser Einrichtung ist die Stromquelle zur Speisung des Bogens an die Anode und Katode angeschlossen, während die Stromquelle zum Zünden des 3ogens mit der Katode und der Zündelektrode verbunden ist. Das erwähnte Magnetsystem dient zur Ablenkung der geladenen Plasmateilchen von der Anodenoberfläche in Richtung des Werkstücks. Als Verdampfungsfläche der Katode dient in diesem Fall die Stirnfläche der letzteren. Dabei enthält die Einrichtung ein zusätzliches Magnetsystem, welches zur Fixierung des Katodanbrennflecks auf der Stirnfläche, der Katode dient, (dieses System ist im UdSSR-Urheberschein 307666, veröffentlicht im Jahre 1979, ausführlich beschrieben). Die Arbe its anöden-

zelle ist kegelförmig ausgeführt und weist an ihrem Stirnende einen Deckel auf, an welchem von ihnen die Werkstücke "befestigt werden. Im mittleren Teil liegt am Deckel eine Büchse an, in welcher die obenerwähnte Katode angeordnet ist, die in Form eines verhältnismäßig kurzen Zylinders mit einer Stange ausgeführt ist. Die Stirnfläche der Katode liegt dabei im wesentlichen in derselben Ebene mit der Innenfläche des Deckels.

Während des Betriebs der bekannten Einrichtung breitet sich der Plasmastrahl, v/elcher die Dämpfe des Katodenmaterials enthält,in Richtung der Anode aus. Dabei werden die Betriebsdaten der Einrichtung so gewählt, daß die im Plasmastrahl vorkommenden positiven Ionen durch das im Plasma unter der Wirkung des Magnetfeldes im Bereich der kegelförmigen Anodenfläche erzeugte elektrische Feld abgelenkt und in Richtung des Deckels geleitet werden, wo sie sich auf den Werkstücken absetzen, während die neutralen Makroteilchen zur Ausscheidung auf der Innenfläche der Anode gelangen.

Während des Betriebs der gegebenen Einrichtung entstehen bestimmte Schwierigkeiten, welche die allgemeine Verwendung der Einrichtung hindern. Da in der. bekann-.' ten Einrichtung durch Plasmastrahlspritzen zugleich nur eine Fläche des Werkstückes behandelt werden kann, ist es erforderlich, für die Behandlung der anderen Werkstückfläche die Einrichtung abzuschalten und das Werkstück von Hand bzw. mit Hilfe einer Sondervorrichtung zu drehen. Aus demselben Grund ist auch die Behandlung der in Form eines Rotationskörpers ausgeführten Werkstücke erschwert.

Da die Arbeitsfläche des Deckels verhältnismäßig gering ist,.ist es in diesem Fall nicht möglich, langgestreckte Werkstücke, wie Stangen, Streifen, Stäbe, Bänder u.a., zu behandeln.

Es sei ferner betont, daß in der bekannten Einrichtung als Verdampfungsfläche der Katode ihre Stirn-

fläche dient, aeren Größe in der Hegel 200 cm² nicht überschreitet, wodurch die Leistungsfähigkeit der Hinrichtung wesentlich verringert wird, so daß die zugefuhrte elektrische Leistung erhöht werden muß. Das letztere beeinträchtigt aber die Verdampfung des Katodenmaterials und führt zu einem beschleunigten' Verbrauch der Katode, häufigen Katodenwechsel und zur Verschlechterung der Oberflächengüte.

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, die genannten Mängel zu beseitigen.

Der Urla.rj.dung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Plasmalichtbogeneirwichtung zum Auftragen von Überzügen zu entwickeln, in welcher durch Änderung der Form der Katode und Anode sowie deren gegenseitiger Anordnung die Verdampfungsfläche der Katode geändert und der Umlauf des "Plasmastrahls um das Werkstück herum sichergestellt wird, wodurch eine ununterbrochene Behandlung des Werkstücks von allen Seiten erzielt, eine hohe Güte der aufschoopierten Oberfläche gesichert und außerdem die Behandlung von langgestreckten Werkstücken ermöglicht werden.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer Plasmalichtbogeneinrichtung zum Auftragen von Überzügen, welche eine Arbeitsanodenzelle aus unmagnetischem Material, eine in der genannten Zelle angeordnete selbstverzehrende Katode,, deren Verdampfungsflache zur Anode gerichtet ist, eine mit der Katode in Berührung stehende Zündelektrode, eine Gleichstromquelle zur Speisung des ßogens, die mit der Anode und der Katode verbunden ist, eine Impulsstromquelle zum Zünden des Bogenü, die mit der Katode und der Zündelektrode verbunden ist, sowie ein an der Anode angeordnetes Magnetsystem zur Ablenkung der geladenen Plasmateilchen von der Oberfläche der Anode zum Werkstück enthält, die Arbeitsanodenzelle erfindungsgemäß in Form eines Rohres gleichbleibenden Querschnitts ausgeführt ist, an dessen Außenseite das genannte Magnetsystem montiert ist,

während die Katode im querschnitt eine Form hat, die mit dem Profil des erwähnten Rohres im wesentliehen zusammenfällt, und in der Katode eine öffnung zur Aufnahme des Werkstückes in der .Arbeitslage vorgesehen ist, wobei die Katode in der Achse des erwähnten Rohres derart angeordnet ist, daß deren Seitenfläche die Verdampfungsflache bildet, während die Breite der Seitenfläche kleiner als die Länge der Anode ist.

liier und weiter wird unter dein l'erininus "!{ohr gleichbleibenden Querschnitts", der geometrisch im breiteren Sinn aufgefaßt wird, ein beliebiges Rohr verstanden, dessen Querschnittsflache in der Rohrlänge gleichbleibend groß ist, wobei das Rohrprofil ein Rund- sowie ein Oval-, Rechteck-, Vieleckprofil u.dgl. sein kann.

Bei einer solchen Ausführung der Plasmalichtbogeneinrichtung läßt sich das Werkstück in die Katodenöffnung aufnehmen und von allen Seiten mit dem Plasmastrahl (Plasmanebel) behandeln, da der Plasmastrahl unter der Wirkung des Magnetfeldes dank der rohrförmigen Ausführung der Anode um das Werkstück herum in der zur vVerkstückachse perpendikular verlaufenden Ebene umläuft. Da die Verdampfungsfläche der Katode in diesem Fall die Seitenfläche der letzteren· bildet, werden die Verdampfung des Katodenmaterials und der Verlauf der Plasmascheidung begünstigt, wodurch die Oberflächengüte der aufschoopierten Werkstückoberfläche erhöht wird.

Besonders fertigungsgerecht ist eine Modifikation der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei welcher die Arbeitsanodenzelle in Form eines Zylinderrohres ausgeführt ist. Beim Einsatz dieser Modifikation brennt der Lichtbogen besonders beständig, wodurch das Plasmastrahlspritzen begünstigt wird.

Es ist zweckmäßig, die Breite der Seitenfläche der Katode in der erfindungsgemäßen Einrichtung in einem Bereich von 0,05 bis 0,5 der Anodenlänge zu di- ·

nensi ο nieren. Dadurch, v/erden die optimalen Bedingungen zum Aufschoopieren des Werkstücks geschaffen. «Venn die Breite der Seitenfläche der Katode kleiner als 0,05 der Anodenlänge ist, kann bei der Massenfertigung die erforderliche Leistung der Metallisierung nicht ge-

- währleistet werden. Ist aber die Breite der genannten Katodenfläche größer als 0,5 der, Anodenlänge, so wird der Arbeitsbereich der erfindungsgemäßen Einrichtung unwirtschaftlich ausgenutzt, was zu größeren Verlusten an Verdar\>- angsmaterial führt.

Beim Einsatz der Modifikation der erfindungsgemäßen Einrichtung, in welcher die Anode zylinderförmig ausgeführt ist, ist es zweckmäßig, die Seitenfläche der Katode ebenfalls zylinderförmig bzw. vieleckig zu gestalten. Die erste Form der Katode ist besonders £t_rt igung sg er echt und die zweite Form eignet sich gut für die Herstellung der Katode aus einzelnen Stücken des Bandmaterials.

Es ist wünschenswert, die gesamte Katodenfläche außer der Verdampfungsfläche abzuschirmen. Dadurch werden die Betriebszuverlässigkeit der Einrichtung und die Oberflächengüte des Überzugs erhöht.

Es ist eine weitere Modifikation der erfindungsgemäßen Einrichtung von Vorteil, in welcher die Einrichtung zusätzlich eine weitere in der Arbeitszelle angeordnete Katode enthält, die mit einer Zündelektrode versehen und der obenerwähnten ersten Katode identisch ist, wobei die erste und die zweite Katode an den Rändern der genannten Anodenzelle fluchtend ange-. ordnet und gegeneinander elektrisch isoliert sind.

Bei dieser Modifikation läßt sich gegenüber den oben beschriebenen Modifikationen mit einer Katode ein gleichmäßig verteilter Überzug in kürzerer Zeit herstellen.

Es ist eine weitere Modifikation der erfindungsgemäßen Einrichtung möglich, in welcher die Einrichtung mehrere (mehr als zwei) in der Arbeitszelle

fluchtend angeordnete identische Katoden enthält, die mit Zündelektroden versehen und durch gemeinsame stromleitende Stützen miteinander elektrisch verbunden sind, und ein Steuerteil zum aufeinanderfolgenden Sin- und Abschalten der Katoden aufweist, das an die Zündelektrode jeder Katode angeschlossen ist. Diese Modifikation eignet sich besonders gut für die Behandlung von langgestreckten Werkstücken.

ßei der Behandlung solcher Werkstücke kann eine andere Modifikation der Einrichtung eingesetzt werden, in welcher die Arbeitsanodenzelle in einzelne voneinander elektrisch isolierte Anodenzellen geteilt ist, wobei die Einrichtung zusätzlich mehrere Katoden enthält, die mit Zündelektroden versehen und der obenerwähnten ersten Katode identisch sind, so daß die gesamte Katodenzahl der Zahl der Anodenzellen gleich ist, während diese Katoden miteinander durch gemeinsame stromleitende Stützen elektrisch verbunden und fluchtend angeordnet sind, wobei in jeder Anodenzelle eine Katode vorgesehen ist. Bei der Behandlung von langgestreckten Werkstücken ist diese Modifikation der Einrichtung besonders leistungsstark,■da alle elektrischen Gruppen 'Anodenzelle-Katode¹ gleichzeitig arbeiten und in jeder dieser Gruppen der umlaufende Plasmanebel entsteht.

Die. Erfindung wird nachstehend an" einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 schematisch die erfindungsgemäße Plasmalichtbogeneinrichtung zum Auftragen von Überzügen (in der Modifikation mit einer Katode), im "Längsschnitt ;

Fig. 2 und 3 mögliche Gestaltungsformen der Katode beim Einsatz der Modifikation der erfindungsgemäßen Einrichtung, in welcher die Arbeitsanodenzelle . in Form eines Zylinderrohres ausgeführt ist, in Stirnansicht;

j.ⁱ'ig. 4 schematise!! den Betrieb der erfindungsgenäßen Einrichtung in Schnitt IV-IV durch Fij. 1;

3?ig. 5 eine Modifikation der erfindungsgemäßen Einrichtung mit zwei Katoden, im Längsschnitt; IT ig. 6 und 7 Modifikationen der Einrichtung mit

vier Katoden, im Längsschnitt, wobei in Fig. 6 die Ausführung sVariante mit der ungeteilten und in Fig. 7 mit der in Zellen geteilten Anode dargestellt ist, und Γis· 3 Ansicht nach Fig. 5 in der Modifikation, bei- welcher d5 ί Erfindung sgemäße Plasmalicht bodeneinrichtung eine ununterbrochen wirkende Einrichtung ist. Die erfindungsgemäße Plasmalichtbogeneinrichtung zum Auftragen von Überzügen enthält eine Arbeitεanödenzelle 1 aus unmagnetischem Metall (s. Fig. 1 der beige-

<]cj · legten Zeichnungen), eine selbstverzehrende Katode 2, eine Zündelektrode 3ι eine Gleichstromquelle 4 und eine Impulsstromquelle 5 entsprechend zum Speisen bzw. Zünden des Lichtbogens zwischen der Katode 2 und der Anode 1.

Die Arbeitsanodenzelle 1 ist in Form eines Rohres gleichbleibenden «Querschnitts, beispielsweise eines Zylinderrohres, ausgeführt und von den Stirnenden mit Deckeln 6 und 7 geschlossen, welche gegen die Anodenzelle 1 durch Isolierzwischenlagen 8 isoliert sind.

Der Deckel 6 weist eine Einfüllöffnung 9 zum Einführen des Werkstücks 10 in die Anodenzelle 1 auf, während im Deckel 7 ein Stutzen 11 vorgesenen ist, durch welchen die Anodenzelle 1 an eine Vakuumieranlage angeschlossen wird (die Vakuumieranlage ist aus den Gründen der Vereinfachung nicht gezeigt, während das Abpumpen von Gas aus der Anodenzelle 1 durch den Pfeil bedingt bezeichnet ist).

Die Katode 2 ist in der Anodenzelle 1 mit Hilfe von stromleitenden Stützen 12 angeordnet, die in am Deckel 6 befestigten Isolierhülsen 13 montiert sind.

Dabei ist die Gleichstromquelle 4 an die Anode 1 sowie an eine der Stützen 12, und die Impulsstromquelle 5

die andere Stütze 12 und an die Zündelektrode 3 angeschlossen. Die Zündelektrode 3 ist aus Keramik hergestellt, steht mit der Katode 2 im Kontakt und ist über eine im Deckel 7 befestigte Isolierhülse 14 durchgelassen.

Die Katode 2 hat im Querschnitt eine Form, die im wesentlichen mit dem Profil der Anodenzelle 1 zusammenfällt, wobei in der Katode 2 eine Öffnung 2a für die Aufnahme des Werkstücks 10 in der Arbeitslage ausgeführt ist, (s. Fig. 1). Dabei ist die Katode 2 in der Achse der Anode 1 derart angeordnet, daß deren Verdampfungsflache durch die Seitenfläche 2b der Katode gebildet ist. Die Breite t dieser Fläche 2b ist kleiner als die Länge 1 der Anodenzelle 1. Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn t von 0,05 bis 0,5 1 beträgt. Zur Verhinderung eines zufälligen Überspringens des Lichtbogens auf die anderen Flächen der Katode 2 sind diese Flächen mit einem Schirm 15 abgeschirmt.

Die Einrichtung enthält ferner ein Magnetsystem, welches beispielsweise ein Solenoid 16 darstellt, das an der Außenfläche der Anodenzelle 1 angeordnet und an eine Gleichstromquelle (in der Zeichnung nicht gezei^t) angeschlossen ist.

Dieses Magnetsystem ist für die Erzeugung eines Magnetfeldes innerhalb der Anodenzelle 1 bestimmt, welches die Ablenkung der geladenen Plasmateilchen von der Oberfläche der Anode 1 zum Werkstück 10 fördert.

Selbstverständlich kann dieses Magnetsystem baulich anders gestaltet, z.B. mit Dauermagneten (in der Zeichnung nicht gezeigt) ausgeführt sein.

Zur Optimierung der Betriebsbedingungen der Katode 2 ist es ratsam, diese mit Wasser abzukühlen, welches beispielsweise durch die obenerwähnten stromleitenden Stützen 12 läuft, wozu die letzteren hohl ausgeführt sind (Wasεerzuführung und -abführung sind bedingt durch Pfeile gezeigt).

Wenn die Anodenzelle 1 wie oben beschrieben in Form eines Zylinderrohrs ausgeführt ist, empfiehlt es sich, die Seitenfläche 2b der Katode 2 zylinderförmig (Fig. 2) bzw. vieleckig (Jj¹IaJ. 3) auszuführen. Im zweiten Pall wird die Katode 2 als ein beständiger Tragkörper 2c und an diesem befestigte Arbeitsplatten 2d aus verzehrbarem Material ausgeführt.

Die erste Ausführungsvariante der Katode 2 ist besonders fertigungsgerecht, während die zweite "Variante für die Herstellung der Katode aus Einzelstücken des Bai. !materials gut geeignet ist, wodurch die Herstellungskosten der Katode wesentlich verringert werden. Aus dem Obengesagten geht hervor, daß bei einer anderen Profilform der Anodenzelle 1 (Fig. 1), beispielswei-

*]Cj5 se bei der ovalen oder rechteckigen Form des Anodenzellenrohres, auch die Katode 2 die entsprechende Form haben muß.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht in folgendem.

Das Werkstück 10 (s. Fig. 1) wird im Halter 10a aufgenommen und über die Einfüllöffnung 9 in die Anodenzelle 1 derart eingeführt, daß das Werkstück 10 in die Öffnung 2a der Katode 2 eingeht, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, wonach der geannte Halter 10a an der Einfüllöffnung 9 befestigt wird. In der Anodenzelle 1 wird der erforderliche Unterdruck erzeugt und an die Anode 1 und die Katode 2 eine Betriebsspannung von der'Gleichstromquelle 4 angelegt, wonach das Solenoid 16 eingeschaltet wird. Darauf wird an die Katode

^Q 2 und die Zündelektrode 3 eine Zündspannung von der Impulsstromqueile 5 gelegt. Zwischen der Katode 2 und der Anode 1 entsteht- dabei ein Lichtbogen, dessen Katodenbrennfleck unter der Wirkung des Magnetfeldes des Solenoids 16 an der Seitenfläche 2b der Katode 2 umläuft. Der Katodenbrennfleck verursacht die Verdampfung des Materials der Katode 2 und Bildung eines Plasmanebels 17 (s. Fig. 4), welcher in der zur Achse der

Anodenzelle 1 perpendikular verlaufenden üJbene umläuft, wie es mit dem ausgezogenen Pfeil scheraatisch gezeigt ist. Dabei erfolgt die Ausscheidung der neutralen Makroteilchen des Plasmastrahls 17 auf die Innenfläche der Anodenzelle 1, während positive Ionen von der durch das elektrische Feld im Plasma unter der Wirkung des Magnetfeldes erzeugten PotentialschwelIe reflektiert werden und sich auf der Oberfläche des Werkstücks 10 absetzen, was in Fig. 4 mit punktierten Pfeilen bedingt gezeigt ist. Durch den Umlauf des Plasmanebels 17 wird das Werkstück 10 auf dem gesamten Umfang behandelt. Der Abstand S (Fig.'i) von der Seitenfläche 2b der Katode 2 bis zur Innenfläche der Anodenzelle 1 wird derart gewählt, daß die Behandlung des Werkstücks

•je; 10 auf seiner gesamten Länge 1,. sichergestellt wird. In Fig. 5 ist eine andere Modifikation der erfindungsgemäßen Einrichtung gezeigt, bei welcher^ diese zwei Katoden 2 enthält, die der obenbeschriebenen Katode identisch und an den Rändern der Arbeitsanodenzel-Ie 1 angeordnet sind. Jede von diesen Katoden 2 ist mit einer Zündelektrode 3 versehen, gegen die andere Katode elektrisch isoliert und enthält eine separate Speiseeinheit, welche Stromquellen 4 und 5 aufweist.

Die Wirkungsweise dieser Modifikation unterscheidet sich von der Wirkungsweise der obenbeschriebenen Modifikation im Prinzip nicht. Diese Modifikation ermöglicht es, den Überzug auf das Werkstück 10 schneller und gleichmäßiger verteilt aufzutragen, da die Behandlung des Werkstücks 10 in diesem Fall von den beiden Werkstückenden gleichzeitig erfolgt. Dank der Erweiterung des Aufdampfungsbereiches kann in diesem Fall außerdem die Länge des Werkstücks 10 gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Modifikation um.das 1,5-bis 2fache vergrößert werden, ohne daß die Abmessungen der Einrichtung zunehmen müssen.

Es sei bemerkt, daß beim Einsatz der in Fig. 1 und 5 gezeigten Modifikationen der Einrichtung der Über-

zug an solchen Abschnitten des Werkstücks 10 besonders gleichmäßig ist, welche durch die Stützen 12 vom Plasmastrahl nicht abgedeckt sind. Auf diesen Stützen setzt sich ein Teil der Plasmaionen ab, wodurch, erstens, die Dicke des Überzugs am Werkstück 10 unter den Stützen 12 etwas geringer und, zweitens, der Ausnutzungsgrad des Materials der Katode 2 in einem bestimmten Maße verringert v/ird. Offensichtlich nimmt bei der Vergrößerung der Zahl der Katoden 2 (was beispielsweise zn? Leistungssteigerung bei der Behandlung verhältnismäßig langer Werkstücke erforderlich sein kann) auch die Zahl der Stützen 12 zu, wobei die Verluste an Aufdampfungsmaterial noch größer werden und die Gleichmäßigkeit des Überzugs beeinträchtigt v/ird.

/je Zur Verminderung dieser Verluste in solchen Fällen, wenn verhältnismäßig lange (über 1 m) Werkstücke, insbesondere aber Werkstücke veränderlichen Querschnitts, wirtschaftlich bearbeitet werden müssen, empfiehlt es sich, die in Pig. 6 und 7 dargestellten Modifika-

2Q tionen der Einrichtung einzusetzen. In Fig. 6 ist die Modifikation gezeigt, in welcher die Einrichtung mehrere, in diesem Pail vier, identische Katoden 2 enthält, die in der ArbeiteanödenζelIe 1 an den stromleitenden Stützen 18 fluchtend angeordnet und mit Zündelektroden 3 versehen sind. Die stromleitenden Stützen 13 unterscheiden sich von den obenerwähnten Stützen 12 (Pig. 1 und 5) im Prinzip nicht, sind aber für alle Katoden 2 gemeinsam, wodurch die elektrische Verbindung der Katoden 2 zueinander hergestellt v/ird. Die Einrichtung enthält ferner ein Steuert&il 19 zum aufeinanderfolgenden Ein- und Abschalten der Katoden 2, das an die Zündelektrode 3 jeder Katode angeschlossen ist, wie es nur für eine Zündelektrode 3 mit punktierter Linie bedingt gezeigt ist.

Da die Zahl der Stützen 18 in diesem Pall mit der Vergrößerung der Zahl der Katoden 2 nicht vergrössert wird, werden die Verluste an Aufdampfungsmate-

rial wesentlich verringert und die Gleichmäßigkeit des aufgetragenen Überzugs erhöht.

Während des Betriebs der beschriebenen Modifikation (Fig. 6) der Einrichtung wird der Plasmabogen

■5 . mit Hilfe des Steuerteiles 19 von der einen Katode 2 zur anderen aufeinanderfolgend überführt, so daß die Behandlung des Werkstücks 10 über seine gesamte Länge allmählich und abschnittweise erfolgt. Die Ausführung· des Steuerteiles 19 ist für den Fachmann auf diesem Gebiet der Technik offenkundig und wird ,je nach den gegebenen Betriebsbedingungen aus einer Mehrzahl von bekannten Vorrichtungen dieser Art gewählt.

Die in Fig. 7 dargestellte Modifikation der Einrichtung ist der in Fig. 6 gezeigten Modifikation im wesentlichen ähnlich, enthält aber im Unterschied zu der letzteren kein Steuerteil 19, während die Arbeits~ anodenzelle 1 in diesem Fall in einzelne Anodenzellen 1a bis 1d geteilt ist, die gegeneinander durch Isolierzwischenlagen 8 elektrisch isoliert sind. Jede von den genannten Anodenzellen enthält ein separates Magnetsystem 16 sowie eine separate Gleichstromquelle 4 zur Speisung des Lichtbogens. Zum Zünden des Lichtbogens ist eine Impulsstromquelle 5 vorgesehen, es können jedoch offensichtlich auch mehrere Impulsstromquellen nach der Zahl der Anodenzellen eingesetzt werden. Die gesamte Zahl der Katoden 2 ist ebenfalls der Zahl der Anodenzellen 1a bis 1d gleich, wobei die Katoden 2 je eine Katode in jeder Anodenzelle 1a bis 1d fluchtend angeordnet sind. Der Anschluß der Stromquellen 4 und 5 ist aus Fig. 7 ersichtlich und bedarf keiner weiteren Erlaut erungen.

Bei der Behandlung des Werkstücks 10 mit Hilfe dieser Modifikation der Einrichtung v/erden gleichzeitig mehrere Lichtbögen gezündet, von welchen jeder in der entsprechenden elektrischen Gruppe ♦Anodenzelle - Katode* brennt. Dadurch wird das Werkstück 10 zugleich mit mehreren, in diesem Fall mit vier, Plasmaströmen behan-

τ/ -

delt, so daii die Auf dämpfung vvenentlich beschleunigt; und die Oberflächengüte vor allem bei langgestreckten "werkstücken verbessert wird.

Es sei bemerkt, daß die in den beiden letzteren ;io difik at ionen der Einrichtung beschriebenen stromleitenden Stützen 18, die eine gemeinsame Stromzuführung für alle liatoden 2 bilden, sowohl massiv, wie es bei-' spielsweise in Fig. 6 gezeigt ist, als auch aus einzelnen Abschnitten 18a bis 1oe zusammengesetzt werden können, wie e.. in Fig. 7 dargestellt ist. Es ist selbst-Vcjatändlich, daß die zweite von den genannten Ausführungsvarianten besonders fertigungsgerecht ist.

Zur Verringerung der Ungleichmäßigkeit des Überzugs auf der Oberfläche des Werkstücks 10 in den Bereichen unter den Katoden 2 und den Stützen 18 ist es empf ehleL. ..wert, das Werkstück 10 während der Behandlung in Axialrichtung mindestens um die Breite der Katode 2 zu verschieben und um seine geometrische Achse periodisch zu drehen.

Wenn das Werkstück 10 über seine gesamte Länge einen gleichbleibenden Querschnitt und eine beträchtliche Länge hat, wie es beispielsweise bei der Behandlung von langen Wellen, Streifen, Drähten, Bändern u.a. der Fall ist, kann die in Fig. ö gezeigte Modifikation der erfindungsgemäßen Einrichtung eingesetzt werden, die bei verhältnismäßig geringen Abmessungen eine leistungsstarke ununterbrochen wirkende Einrichtung ist. Bei dieser Modifikation sind in*der Arbeitsanodenzelle 1 zwei Durchgangsöffnungen - eine Eintritt söffnung 9a und eine Austrittsöffnung 9b - ausgeführt, in jeder von welchen ein Dichtelement 20 vorgesehen ist. Während des Betriebs wird das Werkstück 10 durch die Anodenzelle 1 in Axialrichtung, welche in der Zeichnung durch den Pfeil gezeigt ist, gezogen, indem es ununterbrochen mit Plasmastrahl behandelt v/ird.

Es sei betont, daß in jeder der obenbeschriebenen Kodifikationen der erfindungsgemäßen Einrichtung so-

- 1cS -

wohl ein als auch _o· leichte it i^ mehrere parallel angeordnete w'erkstücke 1ü behandelt werden können, wobei die werkstücke 10 während der Behandlung sowohl unbeweglich als auch um ihre geometrischen Achsen von eintjm Antrieb, beispielsweise mittels Planebenradse"criebes, gedreht werden können.

Oben sind nur einige Ausführun^sbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben» Es ist Jedoch klar, daß die Erfindung sich auf die beschriebenen Beispiele nicht beschränkt und daß verschiedenartige, für den Fachmann auf diesem Gebiet der Technik off enlcundige Änderungen und Ergänzungen möglich sind, wobei der Erfindun^statbestand und -inhalt im Eahmen der beigelegten Patentansprüche erhalten bleiben.

eerseite

Claims

1. GENNADY VASILIEVICH KLJUCHKO
Kharkov /UDSST

2. VALENTIN GLEBOVICH PADALKA
Kharkov /UDSSR

3. LEONID PAVLOVICH SABLEV
Kharkov /UDSST

4. RIMMA IVANOVNA STUPAK
Kharkov /UDSSR

' -PLASIiiALICHPBOGENEINRlCHTUNG ZUM AUFTRAGEtT

VON ÜBERZÜGEN

PATENTANSPRÜCHE:

Λ.J Plasmalichtbogeneinrichtung zum Auftragen von überzügen, enthaltend:

a) eine Arbeitsanodenzelle aus unmagnetischem Metall,

b) eine in der genannten Anodenzelle angeordnete selbstverzehrende Katode, deren Ver dampf ungsflache zur Anode gerichtet ist,

c) eine Zündelektrode, die mit der Katode in Berührung steht,

d) eine Gleichstromquelle zur Speisung des Lichtbogens, die mit der Anode und der Katode verbunden ist,

e) eine Irapulsstroinquelle zum Zünden des Lichtbogens, die mit der Katode und der Zündelektrode verbunden ist, sowie

f) ein an der Anode angeordnetes Magnetsystem zur Ablenkung der geladenen flasinat eile hen von der Oberfläche der Anode in Richtung des Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, daß

g) die, gemäß Merkmal "a" genannte Arbeitaanoden-(1) in I·¹ own cinos Rohre α üloicliblelbmidun ^u υ i—

— P —

schnitts ausgeführt ist, an dessen Außenfläche das erwähnte Magnetsystem (16) angeordnet ist,

h) die gemäß Merkmal "b" genannte Katode (2) im Querschnitt eine Form hat, die mit dem Profil des geiriäß Merkmal "g" genannten Rohres im wesentlichen zusammenfällt, wobei in der Katode (2) eine Öffnung (2a) für die Aufnahme des Werkstücks (10) in der Arbeitslage vorgesehen ist,

i) die Katode (2) in der Achse des gemäß Merkmal "g" genannten Rohres derart angeordnet ist-, daß die Seitenfläche (2b) der Katode (2)ihre Verdampfungsflache bildet, deren Breite kleiner als die Länge der Anode (1) ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die Breite der Seitenfläche (2b) der Katode (2) 0,05 bis 0,5 der Länge der Anode (1) beträgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ar- beitsanodenzelle (1) in Form eines Zylinderrohres ausgeführt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche (2b) der Katode (2) zylinderförmig ausgeführt ist.

5· Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche· (2b) der Katode (2) vieleckig ausgeführt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet,· daß die gesam- te Oberfläche der Katode (2), außer der Verdampfungsflache (2b), abgeschirmt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine weitere in der genannten Arbeitsanodenzelle

(1) angeordnete Katode (2) enthält, die mit einer Zündelektrode (3) versehen und der obenerwähnten ersten Katode (2) identisch ist, wobei die erste und die zweite

♦ ·

Katode (2) an den Rändern der genannten Anodenzelle (1) fluchtend angeordnet und gegeneinander elektrisch isoliert sind.

ö. jjjinrichtung nach Anspruch 1 bis 6, d a durch gekennzeichnet, daß sie zusatz« lieh mehrere in der genannten Arbeitsanodenzelle (1) angenordneten Katoden (2) enthält, welche mit Zündelektroden (3) versehen und der obenerwähnten ersten Katode (2) identisch sind, wobei alle Katoden (2) durch gemeinsame stro*"j.^itende Stützen (1d) miteinander elektrisch verbunden urd fluchtend angeordnet sind, sowie ein Steuerteil (19) zum aufeinanderfolgenden Ein- und Abschalten der Katoden (2) aufweist, das an die Zündelektrode (3) jeder Katode (2) angeschlossen ist.

9· Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsanodenzelle (1) in einzelne gegeneinander elektrisch isolierte Anodenzellen (1a ... 1d) geteilt ist, wobei die Einrichtung zusätzlich mehrere Katoden (2) enthält, welche mit Zündelektroden (3) versehen und der obenerwähnten ersten Katode (2). identisch sind, so daß die Gesamtzahl der Katoden (2) der Zahl der Anodenzellen (1a ... 1d) gleich ist, wobei die Katoden (2) durch gemeinsame stromleitende Stützen (18) miteinander elektrisch verbunden und je eine Katode in jeder Anodenzelle (1a ... 1d) fluchtend angeordnet sind.