FR2524245A1 - Arc plasma gun - with coaxial electromagnet facing cathode inside plasma guide carrying focusing solenoid - Google Patents

Abstract

Arc plasma gun for the plasma treatment of workpieces, esp. for the deposition of antifriction, anticorrosive and wear resistant coatings on workpiece surfaces, is equipped with a central consumable cathode, a cylindrical anode, and a tubular plasma guide on the anode flange. A coaxial electromagnet with a nonmagnetic shell is arranged inside the guide and faces the cathode. A focusing solenoid around the plasma guide is connected in opposition to the electromagnet winding. The spatial sepn. of the plasma beam components in a magnetic field eliminates the impingement of macroparticles on the workpiece surface.

Description

Source de plasma à arc électrique et dispositif pour traitement au plasma des surfaces utilisant cette source.Electric arc plasma source and device for plasma treatment of surfaces using this source.

La présente invention concerne une source de
plasma a arc électrique et un dispositif pour traitement
des surfaces au plasma utilisant cette source.The present invention relates to a source of
electric arc plasma and a device for treatment
plasma surfaces using this source.

L'invention présente le plus d'intérêt pour l'ob
tention de revêtements, le nettoyage ou le décapage de
la surface de produits sous vide. En particulier, la
technique de condensation sous vide d'un plasma de
mentaux permet d'obtenir des revêtements de type anti
friction, anticorrosif, antiabrasion, réfractaire,super
conducteur, optique èt d'encore plusieurs autres types
de revêtement.The invention is of most interest for the ob
tention of coatings, cleaning or pickling of
the surface of vacuum products. In particular, the
technique of vacuum condensation of a plasma
provides anti-type coatings
friction, anticorrosive, abrasion resistant, refractory, super
conductive, optical and many other types
coating.

Pour le traitement des surfaces aux jets de plasma
provenant de sources à arc électrique, il est impossible
a ce jour de traiter les surfaces des produits dont l'i-
négalité superficielle oscille entre 0,025 m et 0,5 ijm,
sans que cela n'affecte- pas la classe de fini de ces
surfaces Cet inconvénient est dd à la présence, dans
le jet'de plasma engendré par la tache.cathodique de
l'arc, d'une quantité importante de macroparticules en
forme de gouttelettes ou de fragments du matériau de la
cathode.Lors du dépôt de revêtements, on assiste,
outre une détêrioration de la classe de fini des surfaces,
a cause de ces macroparticules, a la formation de
lacunes ou d'excroissances dans le condensat, ce
qui nuit normalement aux propriétés mecaniques, élec
triques, optiques et autres des -revêtements obtenus
et, de ce fait, empêche les bénéfices attendus-de
ceux-ct sur le plan de la protection contre l'abrasion,
la friction, la corrosion ou autres phénomènes.For the treatment of surfaces with plasma jets
from electric arc sources, it is impossible
to date to treat the surfaces of products whose
superficial negality oscillates between 0.025 m and 0.5 ijm,
without affecting the finish class of these
This drawback is due to the presence, in
the plasma jet generated by the cathode spot.
the arc, of a significant quantity of macroparticles in
form of droplets or fragments of the material of the
cathode.When depositing coatings, we assist,
in addition to a deterioration of the surface finish class,
because of these macroparticles, the formation of
gaps or growths in the condensate, this
which normally harms mechanical properties, elec
triques, optics and others of the coatings obtained
and thereby prevents the expected benefits from
those in terms of abrasion protection,
friction, corrosion or other phenomena.

On connais une source de plasma a arc élec
trique décrite dans le brevet US n 3 625 848.We know a source of electric arc plasma
trunk described in US Patent No. 3,625,848.

Cette source de plasma comporte une cathode consommable
disposée dans une anode de manière coaxiale à celle-ci,
un dispositif servant a amorcer un arc entre lesdites
cathode et anode (dispositif d'anorçage) ,et un bloc d'alimentation de l'arc, qui est relié électriquement aux cathode et anode susmentionnées. A l'aide du dispositif d'amorçage on obtient une décharge d'arc entre la cathode et l'anode.La cathode produit un jet de plasma contenant des atomes et des ions du matériau formant cathode. Comme on l'a fait déjà remarquer, le jet de plasma comporte aussi un nombre important de macroparticules qui se présente en forme de gouttelettes ou de fragmeots du matériau formant cathode, ce qui nuit
à la qualité des revêtements déposé.This plasma source includes a consumable cathode
disposed in an anode coaxially therewith,
a device for initiating an arc between said
cathode and anode (initiating device), and an arc power supply, which is electrically connected to the aforementioned cathode and anode. Using the ignition device, an arc discharge is obtained between the cathode and the anode. The cathode produces a plasma jet containing atoms and ions of the cathode material. As already pointed out, the plasma jet also includes a large number of macroparticles which is in the form of droplets or fragmeots of the cathode-forming material, which harms
the quality of the coatings deposited.

La formation des macroparticul-es en question est conditionnée par la surchauffe locale et globale-de la sur- face active de la cathode, laquelle surchauffe est due à l'effet de la source de chaleur puissante et concentrée
que constitue a tache cathodique de l'arc (la tempé- rature de cette tache atteint quelques milïérs de degrés et la densité du courant ossille approximativement entre 106 et 107 A/cm2).The formation of the macroparticles in question is conditioned by the local and global overheating of the active surface of the cathode, which overheating is due to the effect of the powerful and concentrated heat source.
that constitutes a cathode spot of the arc (the temperature of this spot reaches a few thousand degrees and the density of the bone current approximately between 106 and 107 A / cm2).

On connaît aussi une autre source de plasma à-arc électrique telle que décrite par A.S.Jilmour et D.I. Lochwood dans "Pulsed netallic-plasna generators". Proc. JEE, 60, 8, 977, 1972 . Another source of electric arc plasma is also known as described by A.S.Jilmour and D.I. Lochwood in "Pulsed netallic-plasna generators". Proc. JEE, 60, 8, 977, 1972.

Cette source de plasma comporte une cathode consommable disposée coaxialement par rapport à une anode cylindrique, une électrode d'amorçage, servant à produire un arc entre lesdites anode et cathode, connectée à un générateur d'impulsions d'amorçage, et un bloc d'alimentation de l'arc. Cette source- présente en outre un solénoïde de focalisation qui est disposé sur l'anode.This plasma source comprises a consumable cathode arranged coaxially with respect to a cylindrical anode, a priming electrode, used to produce an arc between said anode and cathode, connected to a priming pulse generator, and a block of arc feeding. This source also has a focusing solenoid which is arranged on the anode.

La mise eu narche de la'source considérée s'opère parproduction d'impulsions d'amorçage attaquant l'électrode respective à une fréquence allant jusqu'à plusieurs dizaines de Hz. La génération du jet de plasma se produit à la même fréquence lors de l'amorçage d'une décharge d'arc impulsionnelle entre anode et la cathode. L'inconvénient de cette source de plasma réside, lui aussi dans la présence de macroparticules dans le jet de plasma métallique.En décalant l'axe du solénoïde de focalisation d'un angle par rapport à l'axe
du système, on arrive, en effet, à réorienter le vec
teur de vitesse des composants électrisés du jet de classa dans ces conditions et grâce à une certaine séparation spatiale
des flux de macroparticules et de composants élec
trisés (ions et électrons), on bénéficie d'une épura
tion partielle du jet de plasma de ses macroparticules.The launching of the considered source takes place by the production of priming pulses attacking the respective electrode at a frequency of up to several tens of Hz. The generation of the plasma jet occurs at the same frequency during initiation of a pulsed arc discharge between the anode and the cathode. The disadvantage of this plasma source also lies in the presence of macroparticles in the metallic plasma jet. By shifting the axis of the focusing solenoid by an angle relative to the axis
of the system, we manage, in fact, to redirect the vec
speed of the electrified components of the classa jet under these conditions and thanks to a certain spatial separation
flows of macroparticles and electrical components
sorted (ions and electrons), we benefit from a purity
partial tion of the plasma jet from its macroparticles.

Cependant, cette mesure ne permet pas d'éviter complète-
ment la présence des macroparticules à la sortie de
l'appareil et, par conséquent, leur arrivée sur la sur
face du substrat. Cela résulte du fait que, les angles
de décalage du solénolde de focalisation étant de 15
ou plus, le système reste transparent pour les macro
particules aninées d'un mouvement à partir de la ca
thode vers la sortie de 11 appareil. However, this measure does not avoid complete-
ment the presence of macroparticles at the exit of
the device and therefore their arrival on the on
face of the substrate. This results from the fact that the angles
offset from the focus solenoid being 15
or more, the system remains transparent for macro
particles moving from the ca
method towards the exit of 11 device.

L'invention vise donc à remédier aux inconvénients susnentionnés.  The invention therefore aims to remedy the aforementioned drawbacks.

L'invention a tour but de mettre au point une
source de plasma à arc électrique et un dispositif uti
lisant cette source en vue de traitement au plasma de la surface de diçfzrents oroduits, dont le système électromagné
tique permettrait la séparation spatiale des composants
fornant jet de plasma dans le champ magnétique en sorte
qu'on bénéficie d'une épuration efficace du jet de plas
ma des nacroparticules.The invention in turn aims to develop a
electric arc plasma source and a utility device
reading this source with a view to plasma treatment of the surface of various oroducts, including the electromagnetic system
tick would allow the spatial separation of the components
forcing plasma jet into the magnetic field so
that we benefit from an efficient purification of plas
my nacroparticles.

Selon l'invention, la source de
plasma à arc électrique comporte une ca
thode consommable, une anode de forme cylindrique et
un solénoide de focalisation qui sont disposés coaxiale
ment par rapport à ladite cathode consommable, et un
bloc d'alimentation de l'arc relié électriquement à
la cathode consommable et à l'anode, et elle
est caractérisée en ce qu'el
le comporte un conduit de plasma tubulaire relié à la
face terminale de l'anode et un électro-aimant disposé
dans le conduit de plasma tubulaire suivant son axe et renfermé dans une enveloppe constituée à partir r d'un maté-
riau amagnétique, cet électro-aimant recouvrant
la zone de visibilité optique de la cathode, et en ce
que le solénoïde de focalisation est disposé sur le conduit de plasma tubulaire et est branché en opposition à l'enroulement de l'électro-aieant. According to the invention, the source of
electric arc plasma has a ca
consumable method, a cylindrical anode and
a focusing solenoid which are arranged coaxial
ment with respect to said consumable cathode, and a
arc power supply connected electrically to
the consumable cathode and at the anode, and it
is characterized in that it
the has a tubular plasma duct connected to the
end face of the anode and an electromagnet arranged
in the tubular plasma duct along its axis and enclosed in an envelope made from r of a material
non-magnetic string, this electromagnet covering
the optical visibility area of the cathode, and in this
that the focusing solenoid is disposed on the tubular plasma conduit and is connected in opposition to the winding of the electro-air.

Projetées par la face terminale de la cathode sul- vant les trajectoires rectilignes, les macroparti cules trouvent sur leur chemin, soit les parois de l'en- veloppe entourant l'électro-aimant soit les parois du conduit de plasma, et, de ce fait, n'arrivent pas à se présenter à la sortie de l'appareil. En même temps1 les composants électrisés du jet de plasma (ions et électrons) sont animés le long des lignes de force du champ magné- tique produit par le solénoïde de focalisation et l'elec- tro-aimant, qui sont branchés en opposition, en sorte qu ils contournent cet électro-aimant et parviennent facilement à la sortie de l'appareil.De cette fa- çon on obtient à la sortie de la source de plasma un jet ne contenant aucune macroparticule , ce qui permet l'utilisation de cette source en vue de traiter les surfaces de produits (dépôt de revêtem.ents, nettoyage au plasma, décapage ionique) saris ce que cela entraîne une altération quelconque de la classe de fini de ces surfaces dont l'aspérité est dans les limites de 0,025 à 0,05 m. Projected by the terminal face of the cathode following the rectilinear trajectories, the macroparticles find in their path, either the walls of the envelope surrounding the electromagnet or the walls of the plasma duct, and did not appear at the exit of the device. At the same time1 the electrified components of the plasma jet (ions and electrons) are animated along the lines of force of the magnetic field produced by the focusing solenoid and the electromagnet, which are connected in opposition, in so that they bypass this electromagnet and easily reach the output of the device. In this way we obtain at the output of the plasma source a jet containing no macroparticles, which allows the use of this source in order to treat product surfaces (coating deposition, plasma cleaning, ionic pickling) without this resulting in any alteration of the finish class of these surfaces whose roughness is within the limits of 0.025 to 0 , 05 m.

Il est avantageux de disposer un joint: isolant intercalé entre le conduit de plasma et l'anode. Cela. permet d'améliorer le passage du jet de plasma par ce conduit
On sait que les particules électrisées ne peuvent passer le long des lignes de force du champ magnétique qu'à condition de présenter un rayon de Larmor suffisamment faible par rapport aux dimensions du système. La plupart des ions de métal produits par la tache cathodique de l'arc à vide sont porteurs d'une énergie de plusieurs dizaines d'eV. C'est la raison pour laquelle leur passage par le dispositif proposé sous vide, dans l'espace entre le conduit de plasma et l'enveloppe de l'électro-aimant qui est égal à 10 cm, nécessitera des chamos magnétiques élevés, d'une valeur de plusieurs kOe. La production de tels champs
est difficile .Cependant, lorsque le système est remplie de plasma d'arc à vide, on ar rive à surmonter ces difficultés du fait que le passage du composant ionique par l'appareil proposé s'obtient alors à une intensité du champ magnétique considérable- nent plus faible est juste suffisante à l'aimantation des électrons du plasma. Dans ce cas, la conductibilité électronique du plasma diminue brusquement dans le sens transversal mais reste invariable le long des lignes de force du champ magnétique. Le champ électrique pénètre dans le plasma. La structure-du chaxp électrique dans le système est définie par le potentiel des électrodes traversées par les lignes de force magnétiques.It is advantageous to have a seal: insulator interposed between the plasma duct and the anode. This. improves the passage of the plasma jet through this conduit
It is known that the electrified particles can pass along the lines of force of the magnetic field only on condition of having a Larmor radius sufficiently small compared to the dimensions of the system. Most of the metal ions produced by the cathode spot of the vacuum arc carry an energy of several tens of eV. This is the reason why their passage through the device proposed under vacuum, in the space between the plasma duct and the envelope of the electromagnet which is equal to 10 cm, will require high magnetic chamos, worth several kOe. Production of such fields
However, when the system is filled with vacuum arc plasma, we are able to overcome these difficulties because the passage of the ionic component through the proposed apparatus is then obtained at a considerable magnetic field intensity. the lower is just sufficient for the magnetization of the plasma electrons. In this case, the electronic conductivity of the plasma suddenly decreases in the transverse direction but remains invariable along the lines of force of the magnetic field. The electric field enters the plasma. The structure of the electrical chaxp in the system is defined by the potential of the electrodes crossed by the magnetic lines of force.

Les lignes de force magnétiques acceptent le potentiel de ces électrodes ou parois du système avec lesquelles elles s'entrecroisent. Lorsque le potentiel du conduit de plasma est positif par rapport à la cathode, le jet de plasma devient le siège d'un champ électrique orienté vers son axe. Ce champ électrique assure étranglenent radial (focalisation) du jet de plasma, ce qui contribue à diminuer les pertes en ions positif s sur les parois du conduit de plasma, d'où un nombre plus important d'ions qui parviennent à la sortie de l1appa- reil par l'espace annulaire entre le conduit de.plasna et l'électro-aimant.Lorsque le conduit de plasma et l'anode sont séparés l'un do l'autre par un joint diélectrique, le conduit acquiert. par rapport à l'anode, un potentiel plus important du fait qu'il est bombardé par les ions les plus rapides. Àu voisinage des parois du conduit de plasma, le champ électrique devient plus intense ce qui contribue au transfert du jet de plasma le long de ce conduit
Pour éviter toute présence à la sortie de l'appareil des macroparticules renvoyées par les parois du conduit de plasma, il est avantageux que ia surface intérieure de ce conduit présente des nervures disposées de manière à former un angle avec cheminement supposé du jec de plasma.The magnetic lines of force accept the potential of these electrodes or walls of the system with which they intersect. When the potential of the plasma conduit is positive with respect to the cathode, the plasma jet becomes the seat of an electric field oriented towards its axis. This electric field ensures radial throttling (focusing) of the plasma jet, which contributes to reducing the losses of positive ions on the walls of the plasma duct, hence a greater number of ions which reach the outlet of the device. - reil by the annular space between the de.plasna duct and the electromagnet. When the plasma duct and the anode are separated from each other by a dielectric joint, the duct acquires. compared to the anode, a higher potential because it is bombarded by the faster ions. In the vicinity of the walls of the plasma duct, the electric field becomes more intense which contributes to the transfer of the plasma jet along this duct
To avoid any presence at the outlet of the device of the macroparticles returned by the walls of the plasma duct, it is advantageous for the interior surface of this duct to have ribs arranged so as to form an angle with the supposed path of the plasma jet.

On n'assiste pas alors à la reflexion des-macroparti- cules par les parois du conduit de plasma.We do not then witness the reflection of the macroparticles by the walls of the plasma duct.

Il est aussi avantageux que l'électro-aimant t présente une forme bien carénée et que ltenveloppe soit d'une forme correspondant à celle de ltélectro-aimant.  It is also advantageous that the electromagnet t has a well streamlined shape and that the envelope is of a shape corresponding to that of the electromagnet.

Cela contribue à l'entrée du jet dc plasma dans l'es- pace annulaire entre conduit de plasma et ltélectro- -aimant et, par là même, permet d'élever le rendement de la source.This contributes to the entry of the plasma jet into the annular space between the plasma conduit and the electromagnet and, thereby, makes it possible to increase the efficiency of the source.

Il est- avantage-ux au point de vue technologique de réaliser l'enveloppe et llélectro-aimant en forme d'un cone ou bien de deux cônes qui ont leurs bases jointes l'une à l'autre. It is advantageous from a technological point of view to produce the envelope and the electromagnet in the form of a cone or else of two cones which have their bases joined to one another.

Il est d'autre part avantageux que le nombre de spires par unité de longueur du solénolde de focalisation, disposé sur le conduit de plasma, soit-plus-inpor- tant sur le tronçon de ce solénoïde qui est en aval de l'électro-aimant, dans le sens'de cheminement du jet de plasma, que sur son reste. Cela contribue à la focalisation du jet de plasma, à l'augmentation de sa densité et, par conséquent, à l'augmentation de la vitesse de dépôt de revêtements. It is also advantageous that the number of turns per unit length of the focusing solenoid, disposed on the plasma duct, is more important on the section of this solenoid which is downstream of the electro- magnet, in the direction of flow of the plasma jet, only on its rest. This contributes to the focusing of the plasma jet, to the increase of its density and, consequently, to the increase in the rate of deposition of coatings.

Selon l'invention, le dispositif à arc électrique servant à traiter au plasma des surfaces de produits1 - Comporte une source de plasma à arc électrique t un organe de fixation du produit à traiter, et il est caractérisé
en ce que la source de plasma est réalisée conformément aux dispositions ci-dessus et en ce que l'organe de fixation du produit en traitement est un couvercle en matériau amagnétique présentant une ouverture pour introduction du produit à traiter, lequel couvercle est monté sur l'extrémité libre du conduit de plasma tubulaire et est muni d'une bobine plate con nectée -d'une manière adaptative au solénoïde de focalisation.According to the invention, the electric arc device used to treat plasma product surfaces1 - Has a source of electric arc plasma t a member for fixing the product to be treated, and it is characterized
in that the plasma source is produced in accordance with the above provisions and in that the member for fixing the product in treatment is a cover made of non-magnetic material having an opening for introducing the product to be treated, which cover is mounted on the the free end of the tubular plasma conduit and is provided with a flat coil connected in an adaptive manner to the focusing solenoid.

On entend par bobine plate une bobine dont la dimension radiale est plus importante que la dimension axiale. Le produit à traiter doit être disposé sur l'axe de la source de plasma entre le couvercle susmen- tionné et l'enveloppe de l'électro-aimant. Dans le cas considéré, les lignes de force magnétiques fléchissent
fortement vers l'axe de l'appareil devant le cou vercle, c'est pourquoi le jet de plasma, après avoir passé par l'espace annulaire entre le conduit et l'enveloppe, se dirige lui aussi vers l'axe de l'appareil et tombe sur les surfaces latérales du produit en traitement.Cet avantage permet de ne ras faire tourner le produit en traitement autour de son axe, ce qui se traduit par une simplification de la conception de la source en présence d'un refroidissement forcé et d'une haute tension auxquels le produit est soumis lors du décapage ionique ou dépôt de revetements. L'immobilité du produit lors du dépôt de revêtement simplifie aussi la prise de sa température.By flat coil is meant a coil whose radial dimension is greater than the axial dimension. The product to be treated must be placed on the axis of the plasma source between the aforementioned cover and the casing of the electromagnet. In the case considered, the magnetic lines of force flex
strongly towards the axis of the device in front of the cover, this is why the plasma jet, after having passed through the annular space between the duct and the envelope, also goes towards the axis of the device and falls on the side surfaces of the product being treated. This advantage makes it possible not to rotate the product in treatment around its axis, which results in a simplification of the design of the source in the presence of forced cooling and of a high voltage to which the product is subjected during ionic stripping or deposit of coatings. The immobility of the product during coating deposition also simplifies taking its temperature.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents 'iodes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec référence aux dessins non limitatifs eux aussi dans lesquels:
la figure 1 représente schématiquement une source de plasma à ac électrique conforme à l'invention,en vue d'ensemble, et en coupe longitudinale
la figure 2 illustre le principe de séparation des composants formant jet de plasma dans la source considérée;
la figure 3 représente une partie du dispositif servant à traiter les surfaces au plasma et utilisant la source de plasma selon l'invention.The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear better in the light of the explanatory description which will follow from various' embodiments given only by way of nonlimiting examples with reference to the drawings. also nonlimiting in which:
FIG. 1 diagrammatically represents a plasma of electric ac plasma according to the invention, in overview, and in longitudinal section
FIG. 2 illustrates the principle of separation of the components forming a plasma jet in the source considered;
FIG. 3 represents a part of the device used to treat plasma surfaces and using the plasma source according to the invention.

La source de plasma à arc électrique cancorte, d'une rapt, une 'cathode consommable 1 (voir la figure 1) qui se présente en forme d'un cylindre de 60 mm de diamètre (les dimen
sions données ne comportent aucun caractère limitatif) fait à partir d'un matériau convenable sur le plan d'obtention de plasma, par exemple, à tartir du titane BT-I, et d'autre part une anode cylindrique 2 qui peut se présenter en forme d'une douille avec ouverture pratiquée au centre de son fond en vue de recevoir coaxialement la cathode 1 (la longueur de la paroi de cette douille est de 200 mm et son diamètre est de 260 mm).The source of electric arc plasma cancorts, from a kidnapping, a consumable cathode 1 (see Figure 1) which is in the form of a cylinder of 60 mm in diameter (the dimen
given data are in no way limiting) made from a material suitable for obtaining plasma, for example, from titanium BT-I, and on the other hand a cylindrical anode 2 which may be in form of a socket with opening made in the center of its bottom in order to receive the cathode 1 coaxially (the length of the wall of this socket is 200 mm and its diameter is 260 mm).

L'extrémité ouverte de l'anode est assemblée avec un conduit de plasma tubulaire 3 long de 360 mm, dont le diamètre est égal à 260 mm, lequel conduit est réalisé à partir d'un acier anagnétique.  The open end of the anode is assembled with a tubular plasma conduit 3 360 mm long, the diameter of which is equal to 260 mm, which conduit is produced from an anagnetic steel.

Pour anéliorer l'efficacite du passage du plasma par le conduit 3, un joint électroisolant 4 est intercalé entre le conduit de plasma 3 et l'anode 2 (ce joint peut être réalisé par exemple à partir de verre organique). Du fait qu'il est bonbardé par les plus rapides des ions, le conduit de plasma acquiert -dans ce cas un potentiel plus inportant que celui de l'anode. Le champ électrique devient plus intense au voisinage des parois de ce conduit, d'oû une meilleure efficacité de transport du jet de plasma le long dudit conduit. To improve the efficiency of the passage of the plasma through the conduit 3, an electrically insulating joint 4 is interposed between the plasma conduit 3 and the anode 2 (this joint can be produced for example from organic glass). Due to the fact that it is coated with the fastest ions, the plasma duct acquires in this case a more important potential than that of the anode. The electric field becomes more intense in the vicinity of the walls of this conduit, hence better efficiency of transport of the plasma jet along said conduit.

Il est avantageux que la surface intérieure du conduit de plasma 3 présente des nervures 5 disposées avec un angle rar rapport au cheminement supposé du jet de plasma. It is advantageous for the interior surface of the plasma duct 3 to have ribs 5 arranged at a rare angle relative to the supposed path of the plasma jet.

Ceci empêche l'arrivée à la sortie du conduit de plasma 3 des nacroparticules renvoyées par les parois.- On considère comme le plus avantageux du point de vue technologique un mode de réalisation où les nervures susmentionnées se présentent en forme de bagues disposées l'une après l'autre, dans les plaus parallèles, de fa çon perpendiculaire à l'axe du conduit de plasma 3.This prevents the arrival at the outlet of the plasma conduit 3 of the nacroparticles returned by the walls. It is considered as the most advantageous from the technological point of view an embodiment where the above-mentioned ribs are in the form of rings arranged one after the other, in the parallel plaus, perpendicular to the axis of the plasma duct 3.

Un électro-ainant 6 est disposé à l'intérieur du conduit de plasma 3, suivant l'axe de celui-ci. Cet électro-aimant est enfermé dans une enveloppe 7 en acier anagnétique. An electro-groin 6 is placed inside the plasma duct 3, along the axis thereof. This electromagnet is enclosed in an envelope 7 made of anagnetic steel.

Pour l'éléctro-aimant 6 et son enveloppe 7, ils peuvent avoir une forme cylindrique corne représenté dans la figure 2; mais on considère plus avantageux de leur donner une forme carénée, par exenple, celle d'un cane (non représenté) ou de deux cônes (figure 1) qui ont leurs bases jointes l'une à l'autre (diamètre de la base du cône est de 100 mm, hauteur de ce cône est de 180 nn). Cette forme de réalisation de l'électro- -aimant s'est montrée, lors des essais, très intéressante car, tout en facilitant l'entrée du jet de plasma dans l'espace annulaire entre le conduit de plasma 3 et l'électro-ainant 6, elle contribue à l'augmentation dece jet à la sortie de l'appareil. For the electromagnet 6 and its casing 7, they may have a cylindrical horn shape shown in FIG. 2; but we consider it more advantageous to give them a streamlined shape, for example, that of a cane (not shown) or two cones (Figure 1) which have their bases joined to each other (diameter of the base of the cone is 100 mm, height of this cone is 180 nn). This embodiment of the electromagnet proved to be very interesting during the tests because, while facilitating the entry of the plasma jet into the annular space between the plasma conduit 3 and the electro- groin 6, it contributes to the increase of this jet at the exit of the apparatus.

La distance séparant la face terminale du conduit de plasma 3 et le centre de l'enveloppe 7 est égale à 175 mm. Dans le cas considéré, les dimensions du conduit de plasma 3, de l'enveloppe 7 et de la cathode 1 et leur disposition réciproque étant comme mentionnées, l'enveloppe 7 masque, vis-à-vis de la cathode, la vue de l'ouverture de sortie du conduit de plasma 3.  The distance between the end face of the plasma conduit 3 and the center of the envelope 7 is equal to 175 mm. In the case under consideration, the dimensions of the plasma conduit 3, of the envelope 7 and of the cathode 1 and their reciprocal arrangement being as mentioned, the envelope 7 masks, vis-à-vis the cathode, the view of the opening of the plasma duct 3.

L'enveloppe 7 est supportée par un montant creux 8 abritant des prises de courant 9 par lesquelles s'opère l'alimentation de l'électro-aimant 6. The casing 7 is supported by a hollow upright 8 housing electrical outlets 9 through which the power to the electromagnet 6 operates.

La cathode 1, l'anode 2, le conduit de plasma 3 et l'électro-aimant 6 bénéficient d'un refroidissement par circulation d'eau (le système n'est pas représen- té). The cathode 1, the anode 2, the plasma duct 3 and the electromagnet 6 benefit from cooling by circulation of water (the system is not shown).

Une électrode d'amorçage il en forme d'une tige, par exemple en molybdène, vient, par l'intermédiaire d'un élément en céramique 10, en butée de la -surface latérale de la cathode 1.  A priming electrode 11 in the form of a rod, for example made of molybdenum, comes, by means of a ceramic element 10, into abutment against the lateral surface of the cathode 1.

Les références 12 et 13 de la figure 1 désignent
des prises de courant par lesquelles les impul- sions d'amorçage en provenance du générateur 14 viennent se faire sentir dans l'interstice entre la cathode 1 et l'électrode d'amorçage 41. References 12 and 13 in Figure 1 denote
sockets by which the initiating pulses from the generator 14 are felt in the gap between the cathode 1 and the initiating electrode 41.

Il est à noter que l'amorçage de l'arc entre l'anode et la cathode peut être assuré par n'importe quels des autres moyens connus. Un bloc d'alimentation de l'arc 45 a une de ses prises connectées à la cathode consom- mable 1, pendant que son autre prise est reliée. à l'anode 2. Les prises de courant 12 et 13 sont introdui.tes dans l'espace défini par l'anode 2 par des trous prévue dans le fond de l'anode 2, qui sont garnis d'i/so- lateurs étanches au vide 16. It should be noted that the initiation of the arc between the anode and the cathode can be ensured by any of the other known means. An arc power supply 45 has one of its sockets connected to the consumable cathode 1, while its other socket is connected. at the anode 2. The sockets 12 and 13 are introduced into the space defined by the anode 2 by holes provided in the bottom of the anode 2, which are lined with i / soles vacuum tight 16.

Le conduit de plasma 3 est entouré par un solénoïde de focalisation 17. Il est avantageux que le nombre de spires par unité de longueur du solénolde de focalisation 17, disposé sur le conduit de plasma 3, soit plus inportant sur le tronçon de ce solénolde qui est en aval de l'électro-ainant, dans le sens de cheminement du jet de plasma, que sur son reste. Plusieurs essais montrent que les meilleurs résultats -s'obtiennent lorsque le rapport entre les valeurs susmentionnées est égal
à 3. Ceci permet de mieux focaliser le jet de plasma à la sortie de l'appareil, tout en contribuant à sa densité, et, par là ne, d'élever la vitesse de dépôt du revêtement lorsque la source est enployée à cette fin.The plasma duct 3 is surrounded by a focusing solenoid 17. It is advantageous that the number of turns per unit length of the focusing solenoid 17, arranged on the plasma duct 3, is more important on the section of this solenoid which is downstream of the electro-groin, in the direction of flow of the plasma jet, than on its rest. Several tests show that the best results are obtained when the ratio between the above-mentioned values is equal
to 3. This makes it possible to better focus the plasma jet at the outlet of the device, while contributing to its density, and, thereby, to increase the speed of deposition of the coating when the source is used for this purpose. .

Dans les figures 2 et 3, la référence 18 désique le produit sur lequel on opère le traitement. In Figures 2 and 3, the reference 18 denotes the product on which the treatment is carried out.

Le dispositif à arc électrique comporte aussi un couvercle 19 (voir la figure 3) pour obturer l'ouverture de sortie du conduit de plasma 3, lequel couvercle est fait à partir d'un acier amagnétique. La face extérieure de ce couvercle porte une bobine plate 20 dont l'épaisseur est de 60 mm et le diamètre de 260 mm, laquelle bobine est connectée en accord avec le solénoïde de focalisation. Dans ce cas, un porte -substrat 22 est introduit par l'intermédiaire d'un isolateur 21, dont est garnit l'ouverture centrale pratiquée dans le couvercle 19, à l'intérieur con- duit de plasma 3.The electric arc device also includes a cover 19 (see FIG. 3) for closing the outlet opening of the plasma conduit 3, which cover is made from a non-magnetic steel. The outer face of this cover carries a flat coil 20 whose thickness is 60 mm and the diameter of 260 mm, which coil is connected in accordance with the focusing solenoid. In this case, a substrate holder 22 is introduced by means of an insulator 21, with which the central opening formed in the cover 19 is lined, inside the plasma conduit 3.

La source de plasma, objet de la présente inven- tion, fonctionne de la manière suivante. The plasma source, object of the present invention, operates in the following manner.

On branche des sources alimentant respectivement le solénoïde de focalisation 17 et l'électro-aimant 6 (ces sources ne sont représentées); il en résulte un champ magnétique dont les lignes de force sont disposées de la manière représentde en pointillé sur la figure 2. Sources are supplied respectively supplying the focusing solenoid 17 and the electromagnet 6 (these sources are not shown); this results in a magnetic field, the lines of force of which are arranged in the manner shown in dotted lines in FIG. 2.

On met en circuit le bloc 15 d'alimentation de l'arc et le générateur 14 d'impulsions d'amorçage. Lorsqu'une impulsion d'amorçage à haute tension se presente sur l'électrode d'amorçage 11, on assiste à une décharge par étincelles entre l'électrode 1' et la cathode 1, laquelle décharge se produit sur la surface de l'élément en céramique 10. Cette décharge provoque l'amorçage d'un arc entre la cathode t et l'anode 2. Une tache catho-dique se forme sur la surface active 23 de la cathode 1 et on observe l'apparition d'un jet de plasma contenant de matériau de la cathode 1.Les ions et les électrons du plasma sont animés d'un mouvement le long des lignes de force du champ magnétique susmentionné, ils contournent l'enveloppe 7 de 1' électro-aimant 6, et après avoir passé par l'ouverture de sortie du conduit de plasma 3, ils arrivent sur la surface à traiter du produit 18. Le cheminement des composants électrisés formant jet de plasma- (ions et électromsa) est tracé par flèches dans les dessins (voir la figure 2). Les paires neutres et les macroparticules suivent des trajectoires rectilignes (traits interrompus mixtes de la figure 2) et se déposent sur les surfaces du conduit de plasma 3 et de l'enveloppe 7 de l'électro-aimant 6.C'est de cette façon qu'on arrive à obtenir à la sortie de l'appareil et, par conséquent, dans la zone de la surface en traitement du produit 18 un jet de plasma libre de xacro- particules. The arc power supply 15 and the generator 14 are started. When a high voltage ignition pulse is present on the ignition electrode 11, there is a spark discharge between the electrode 1 'and the cathode 1, which discharge occurs on the surface of the element ceramic 10. This discharge causes an arc to strike between cathode t and anode 2. A cathode spot is formed on the active surface 23 of cathode 1 and the appearance of a jet is observed. of plasma containing cathode material 1. The ions and electrons of the plasma are moved along the lines of force of the above-mentioned magnetic field, they bypass the envelope 7 of the electromagnet 6, and after having passed through the outlet opening of the plasma duct 3, they arrive on the surface to be treated with the product 18. The path of the electrified components forming a plasma jet (ions and electromsa) is traced by arrows in the drawings (see the figure 2). The neutral pairs and the macroparticles follow rectilinear trajectories (dashed dashed lines in FIG. 2) and are deposited on the surfaces of the plasma duct 3 and of the casing 7 of the electromagnet 6. It is in this way which is obtained at the outlet of the apparatus and, consequently, in the area of the surface under treatment of the product 18, a jet of plasma free of xacroparticles.

Lorsqu'il s'agit du traitement des surfaces extérieures des produits en forme de corps de révolution, la présence de la bobine plate 20 conduit à ce que les lignes de force du champ magnétique, en sa portion nui est comprise entre l'enveloppe 7 de l'électroaimant 6 et le couvercle 19 (là où se trouve le produit en traitement 18),8e dirigent vers l'axe du système (traits interrompus de la figure 3). C'est la raison pour laquelle le composant ionisé du jet de plasma est orienté lui aussi vers l'axe du système et arrive ainsi sur la surface du produit 18. Cette surface est protégée contre les macroparticules par l'enveloppe 7 de l'électro-aimant 6. When it comes to the treatment of the external surfaces of products in the form of bodies of revolution, the presence of the flat coil 20 leads to the lines of force of the magnetic field, in its damaged portion, being between the envelope 7 of the electromagnet 6 and the cover 19 (where the product under treatment 18 is located), 8e direct towards the axis of the system (dashed lines in FIG. 3). This is the reason why the ionized component of the plasma jet is also oriented towards the axis of the system and thus arrives on the surface of the product 18. This surface is protected against macroparticles by the envelope 7 of the electro - magnet 6.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent.  Of course, the invention is in no way limited to the embodiments described and shown which have been given only by way of example. In particular, it includes all the means constituting technical equivalents of the means described as well as their combinations, if these are carried out according to the spirit and implemented in the context of the claims which follow.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Source de plasma à arc électrique, compor- -tant une cathode consommable (1), une anode (2) de forme cylindrioue et un solénoïde de focalisation (17) qui sont disposés coaxialement par rapport à ladite cathode consom- amble (1) et un bloc (15) d'alimentation de l'arc qui est relié électriquement auxdites cathodes consommable (t) et anode (2), c a r a c t é r i 9 é e en ce qu'elle comporte un conduit de plasma tubulaire (3) relié à la face terminale de l'anode (2) et un électro-aimant (6) dispos) dans ce conduit de plasma tubulaire (3), suivant son axe, et renfermé dans une enveloppe (7) constituée à nartir d'un matériau amaqnétique, cet électro-aimant recouvrant la zone de visibi lité#optique de la cathode (1), et en ee que le solénoïde de focalisation (17) est disposé sur le conduit de plasma tubulaire (3) et est connecté en opposition par rapport à l'enroulement de l'électro-aimant (6). 1. Electric arc plasma source, comprising a consumable cathode (1), an anode (2) of cylindrical shape and a focusing solenoid (17) which are arranged coaxially with respect to said consumable cathode (1 ) and a block (15) for supplying the arc which is electrically connected to said consumable cathodes (t) and anode (2), characterized in that it comprises a tubular plasma conduit (3) connected to the end face of the anode (2) and an electromagnet (6) disposed) in this tubular plasma conduit (3), along its axis, and enclosed in an envelope (7) formed from a amaqnetic material, this electromagnet covering the optical visibility zone # optical of the cathode (1), and in that the focusing solenoid (17) is placed on the tubular plasma conduit (3) and is connected in opposition by compared to the winding of the electromagnet (6). 2. Source de plasma à arg électrique selon la revendication 1, c a r a c t é-r i s é e en ce qu'un joint isolant (4) est intercalé entre le conduit de plasma tubulaire (3) et l'amode (2). 2. Electric arg plasma source according to claim 1, it is in that an insulating joint (4) is interposed between the tubular plasma conduit (3) and the amode (2). 3. Source de plasma à arc électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la surface intérieure du conduit de plasma tubulaire (3) présente des nervures (5) disposées de manière à former un angle avec le cheminement sunposé du jet de plasma. 3. Electric arc plasma source according to claim 1 or 2, characterized in that the inner surface of the tubular plasma conduit (3) has ribs (5) arranged so as to form an angle with the sunposed path of the jet of plasma. 4. Source de plasma à arc électrique selon l'une quelconque des revendications 1à3, c a r a c t é r i s é e en ce que l'électro-aimant (6) présente axialement une forme carénée et que l'enveloppe (7) présente 4. Electric arc plasma source according to any one of claims 1 to 3, it is in that the electromagnet (6) has an axially streamlined shape and that the envelope (7) has une forme correspondante à celle de 1' électro-aimant. a shape corresponding to that of one electromagnet. 5. Source de plasma à arc électrique selon la revendiction 4, c a r a c t é r i s é e en ce que l'électro- -aimant (6) présente la forme d'un cône et que son sonmet est orienté vers la cathode consommable (1).  5. Electric arc plasma source according to claim 4, characterized in that the electromagnet (6) has the shape of a cone and that its sonmet is oriented towards the consumable cathode (1) . 6. Source de plasma à arc électrique selon la revendication 4, c a r a c t é r i s é e en ce que l'électro-aimant (6) présente la forme de deux cônes dont les bases sont jointes l'une de l'autre. 6. Electric arc plasma source according to claim 4, c a r a c t é r i s e in that the electromagnet (6) has the shape of two cones whose bases are joined to one another. 7. Source de plasma à arc électrique selon l'une 7. Electric arc plasma source according to one quelconque des revendications 1à6, c a r a c t é r i s é e en-ce que le nombre de spires par unité de longueur du solé- nolde-de focalisation (17), disposé sur le conduit de plas -ma tubulaire (3), est plus important sur le tronçon de solénoïde qui est en aval de l'électro-aimant (6-), dans le sens de cheminement du jet de plasma, que sur le reste de ce solénoïde. any one of claims 1 to 6, characterized in that the number of turns per unit length of the focusing-solenoid (17), disposed on the plas -ma tubular conduit (3), is greater on the solenoid section which is downstream of the electromagnet (6-), in the direction of flow of the plasma jet, than on the rest of this solenoid. 8. Dispositif à arc électrique pour traitement au plasma des surfaces de produits, comportant une source de plasma et un organe de fixation du produit à traiter, lequel dispositif est c a r a c t é r i s é en ce que la source de plasma est réalisée conformément à l'une quelconque des revendications 1 à 7 et en ce que l'organe de fixation du produit à traiter est un couvercle (19) en matériau amagnétique présentant une ouverture pour l'introduction du produit à traiter (18),- lequel couvercle est monté sur l'extrémité libre du conduit de plasma (3) susmentionné et est muni d'une bobine plate (20) connectée de manière adaptative au solénolde de focalisation (17).  8. Electric arc device for plasma treatment of product surfaces, comprising a plasma source and a member for fixing the product to be treated, which device is characterized in that the plasma source is produced in accordance with any one of claims 1 to 7 and in that the member for fixing the product to be treated is a cover (19) of non-magnetic material having an opening for the introduction of the product to be treated (18), - which cover is mounted on the free end of the aforementioned plasma conduit (3) and is provided with a flat coil (20) adaptively connected to the focusing solenoid (17).