NL8401296A - Werkwijze voor het voorkomen van invreet- of wegvreetverschijnselen. - Google Patents

Description

* r t ^ * N.0. 32478 1

Werkwijze voor het voorkomen van invreet- of wegvreetverschijnselen.

De uitvinding heeft betrekking óp werkwijzen waarmee invreet- of wegvreetverschijnselen worden voorkomen en heeft meer in het bijzonder betrekking op werkwijzen om deze verschijnselen tegen te gaan bij van schroefdraad voorziene koppelelementen die gekoppeld en ontkoppeld kun-5 nen worden, welke koppelelementen een hoge affiniteit voor dergelijke verschijnselen vertonen.

Invreten of wegvreten is een vorm van adhesie-slijtage die zeer schadelijk is bij relatief hoge spanningen. Maataf wijkingen van de componenten zijn veelal het resultaat van ernstige wegvreeteffecten en 10 vinden over het algemeen plaats vroeg in de levensduur van de apparatuur. Van schroefdraad voorziene componenten staan in het bijzonder bekend om hun neiging maataf wijkingen te vertonen.

Wanneer twee oppervlakken elkaar belasten dan kunnen de samenwerkende oppervlakken een sterke hechting vertonen als gevolg van de loka-15 le hoge druk en warmte gegenereerd door een opvolgende beweging. Als deze hechting op het scheidingsvlak wordt verbroken dan treedt er weinig beschadiging op en lopen de delen gemakkelijk; als echter de breuk optreedt in een van beide materialen dan resulteert daaruit een ernstige beschadiging. Deze beschadiging staat bekend onder de term wegvreten 20 of invreten.

In het verleden zijn organische en anorganische smeermiddelen toegepast om dergelijke wegvreeteffecten te verwijden. Bekende eerder toegepaste methoden omvatten het aanbrengen door middel van elektrobekle-ding van metalen lagen van tin en/of zink, hetgeen echter ernstige mi-25 lieuproblemen ten aanzien van eventueel afval veroorzaakt. Ook zijn fosfaat-omvormingsbekledingen gebruikt, die echter ook te lijden hebben van milieu afvalproblemen en beperkt zijn tot een type materiaalsub— straat waarop het kan worden toegepast. Basissmeerfilms zoals API gemodificeerd schroefdraadmengsel dat over het algemeen wordt gebruikt bij 30 van schroefdraad voorziene koppelelementen laten slib toe tussen de bewegende delen zolang de bewegende delen niet chemisch, thermisch of fysisch zijn vernietigd of verplaatst. Nadat het smeermiddel is ingetrokken begint echter het koud lassen van de in contact met elkaar staande actieve oppervlakken. Koud lassen resulteert In destructie door wegvre-35 ten van de aan elkaar grenzende oppervlakken.

Er bestaat dus een behoefte aan een werkwijze waarmee dit wegvreetef-fect van samenwerkende metalen oppervlakken wordt voorkomen, ongeacht of het gaat om afdichtende oppervlakken, schouders of schroefdraadele- 8401296 s' 2 menten.

In overeenstemming met de onderhavige uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het in hoofdzaak elimineren van wegvreetproblemen die tot nu toe optreden bij het herhaaldelijk maken en verbreken van 5 verbindingen met van schroefdraad voorziene elementen.

In overeenstemming met de onderhavige uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het voorkomen van wegvreeteffecten bij twee samenwerkende van schroefdraad voorziene elementen. De werkwijze omvat het aanbrengen van een materiaalfilm door middel van een ionen bekledings-10 werkwijze met hoge energieniveau's op de bewerkte oppervlakken van tenminste een van de van schroefdraad voorziene elementen waardoor een dunne mechanische isolerende film op het van schroefdraad voorziene element ontstaat met een lage schuifspanningswaarde.

In overeenstemming met een ander kenmerk van de onderhavige uit-15 vinding wordt een werkwijze verschaft voor het voorkomen van wegvreeteffecten bij twee samenwerkende mannelijke en vrouwelijke van schroefdraad voorziene elementen door een materiaalfilm aan te brengen met behulp van een ionenbekledingsproces bij hoge energieniveau's op de bewerkte oppervlakken van elk element waardoor een dunne film ontstaat op 20 elk van de samenwerkende metalen oppervlakken met een lage schuifspan-ningswaarde teneinde de actieve atomaire roosterstructuren van de samenwerkende metaaloppervlakken van elkaar te scheiden en te isoleren wanneer de elementen worden samengevoegd teneinde daardoor wegvreeteffecten te vermijden.

25 In overeenstemming met nog een ander kenmerk van de onderhavige uitvinding omvat de werkwijze voor het vermijden van wegvreeteffecten bij van schroefdraad voorziene elementen het aanbrengen van een duime film van mechanisch isolerende materialen op de bewerkte oppervlakken, welke film gefaseerd is in het basismateriaal van het van schroefdraad 30 voorziene element met een tussenliggende dunne film die gefaseerd is in het basismateriaal van het van schroefdraad voorziene element als een integraal deel van het atoomrooster van het substraat.

Voor een beter begrip van de onderhavige uitvinding en voor een goed begrip van de verdere voordelen ervan wordt in het volgende verwe-35 zen naar de gedetailleerde beschrijving die wordt gegeven aan de hand van de bijgaande figuren.

Figuur 1 toont een vergroot doorsnede-aanzicht van de schroef-draadverbinding van twee buisvormige elementen.

Figuur 2 toont een vergroot doorsnede-aanzicht van de schroefdraad 40 van een van de buisvormige elementen getoonde in figuur 1, voorzien van 8401296 t 3 * u een bekleding volgens een kenmerk van de onderhavige uitvinding.

Figuur 3 toont een vergrote deeldoorsnede van de schroefdraad van een buisvormig element getoond in figuur 1 voorzien van een bekleding in overeenstemming met een ander kenmerk van de onderhavige uitvin-5 ding.

Figuur 4 illustreert grafisch hoe de samenstelling van de bekledingen van de onderhavige uitvinding wijzigt bij een meerlaags bekleding.

Figuur 3 is een schematisch diagram ter illustratie van het ge-10 bruik van een ionenbekledingswerkwijze die uitgevoerd wordt binnen het kader van de uitvinding.

Figuur 6 is een schematisch diagram ter illustratie van het gebruik van een sputterwerkwijze die wordt toegepast binnen het kader van de uitvinding.

15 Figuur 7 is een schematisch diagram ter illustratie van een stel sel dat binnen het kader van de uitvinding wordt gebruikt voor het aanbrengen van bekledingen op de van schroefdraad voorziene delen van een langgerekt buisvormig element.

Alhoewel de onderhavige uitvinding gebruikt kan worden voor het 20 voorkomen van wegvreeteffecten bij van schroefdraad voorziene verbindingselementen in allerlei verschillende toepassingen treedt het weg-vreetprobleem bij van schroefdraad voorziene verbindingselementen in het bijzonder algemeen op in de olie- en gasindustrie bij het koppelen en ontkoppelen van prouctiepijpleidingsegmenten. Het wegvreten vormt in 25 het bijzonder een belangrijk probleem bij in de olie-industrie gebruikte buisvormige producten vervaardigd uit hoog gelegeerde roestvaste staalsoorten en op nikkel gebaseerde legeringen, die nodig zijn om de corrosieve omstandigheden in een boorput te weerstaan.

In figuur 1 is een mannelijk pijpelement zoals een pijp 10 ge-30 toond, voorzien van schroefdraad 12 die samenwerkt met de schroefdraad 14 op het samenwerkende vrouwlijke buiselement zoals de pijp 16. De schroefdraadverbinding tussen de pijpen 10 en 16 omvat de planaire gebieden 20 en 22 en de afdichtgebieden 24 en 26. Alhoewel een bijzondere van schroefdraad voorziene configuratie is getoond in figuur 1 is de 35 onderhavige uitvinding gericht op elk type schroefdraadverbinding. Alhoewel het wegvreeteffect kan optreden tussen ieder willekeurig deel van de schroefdraadverbinding hebben de afdichtgebieden 24 en 26 over het algemeen het meest te lijden van wegvreeteffecten.

Volgens een kenmerk van de onderhavige uitvinding wordt een me-40 taalfilm neergeslagen die overgaat in het oppervlak van de metalen 8401296 F * 4 schroefdraden 12 en 14 naast de planaire gebieden 20 en 22 en de af-dichtgebieden 24 en 26. De metaalfilm wordt neergeslagen als integraal deel van het atoomrooster van het substraat met een uniforme bedekking en dikte door middel van een neerslag van atomaire deeltjes van de ge-5 wenste functionele materialen met hoge energie. De materiaalfilm kan bijvoorbeeld bestaan uit willekeurige zachtere metalen, zoals bijvoorbeeld goud, zilver, lood, tin, indium, palladium of koper met lage wrijvingscoëfficiënten, goede adhesie en lage schuifsterkte, welke door een met hoge energieniveau's werkend ionenbekledingsproces kunnen wor-10 den neergeslagen in een dunne film die direct hecht aan het geheel bewerkte schroefdraadprofiel. In het bijzonder omvat de voorgestelde werkwijze het verschaffen van een door middel van een dunne film behandeld bewerkt profiel met een of meer oppervlakte-films neergeslagen op zijn buitenoppervlakken door middel van een ionenbekledingsproces met 15 hoog deeltjesenergieniveau. Andere typen zachte films kunnen worden gebruikt zoals bijvoorbeeld anorganische verbindingen met een gelaagde roosterstructuur zoals molybdeendisulfide.

Indien bovendien een corrosiebestendige legering wordt gebruikt in de pijpen 10 en 16 dan kan het wenselijk zijn om een of meer tussen-20 laagfilms te verschaffen van een hard materiaal zoals chroom, titanium of diverse geharde vuurvaste materialen zoals metaalcarbiden, metaalni-triden, keramische materialen of zogenaamde cermats. In die gevallen vormt het buitenoppervlak van de hardere materialen de overgang naar een laag van de zachtere mechanisch isolerende films, zodat het smerend 25 vermogen wordt overgebracht op de hardere aanvankelijk aangebrachte be-kledingslaag.

In figuur 2 is een vergroot deelaanzicht getoond van de schroefdraad 14 waarbij de gefaseerde legeringsopbouw zichtbaar is van een dunne beschermende film en een buitenfilm, beiden aangebracht met be-30 hulp van een sputter- of ionenbekledingsproces met hoog deeltjesenergieniveau. Bij het begin van het neerslagproces komen de ionen aan onder invloed van een elektrische ladingsversnelling en begraven zich in de roosterstructuur 30 van het substraat. Terwijl de opbouw voortgang vindt, waarbij bijvoorbeeld een hard metaal zoals bijvoorbeeld chroom 35 wordt gebruikt, wordt de dunne laag 32 neergeslagen die sterkte en duurzaamheid verleent aan het oppervlak van de schroefdraad 14. Tijdens verdere voortgang van de opbouw begint het faseren van materialen waarbij het percentage van het harde materiaal uit de onderliggende dunne laag 32 geleidelijk aan afneemt vergezeld van een procentuele toename 40 in de samenstelling van een materiaal van de buitenste laag 34, zoals 8401296 5 è 'i bijvoorbeeld goud. De totale dikte van de gecombineerde lagen 32 en 34 kan liggen in de orde van 10000 tot 12000 angstrom. De dikte van de ma-teriaallaag 34 kan bijvoorbeeld ongeveer gelijk zijn aan 2000 angström. Indien gewenst kunnen ook meervoudige lagen worden gebruikt, zoals bij-5 voorbeeld een binnenste laag van titanium, een tweede laag van titani-umcarbide en een buitenlaag van titaniumnitraat.

In figuur 3 is de bekleding van de schroefdraad 14 geïllustreerd als een enkelvoudige filmbekleding. De enkelvoudige filmbekleding kan worden gebruikt in toepassingen waarin het wegvreeteffect minder ern-10 stig is en het niet nodig is om de meervoudige bekledingslaag, geïllustreerd in figuur 2, toe te passen. Een film van een enkel segment van een willekeurig geschikt laagmateriaal 36 kan worden gebruikt door het aanbrengen van het materiaal 36 op de schroefdraad 14 door middel van een ionenbekledingsproces met hoog deeltjesenergieniveau. Het is geble-15 keu dat enkelvoudige bekledingen van koper, indium of goud het mogelijk maken dat verbindingen in gereedschappen tien keer kunnen worden gemaakt en verbroken in vergelijking met anderhalf keer voor niet beklede gereedschapsverbindingen.

Teneinde de adhesie van de laag 36 aan de schroefdraad 14 verder 20 te verbeteren en problemen, samenhangend met de zwakke affiniteit van de materiaallaag 36 aan de schroefdraad 14 te overwinnen verdient het de voorkeur om een dunne laag 38 van ongeveer 2000 angström aan te brengen bestaande uit een wederzijds actief materiaal zoals bijvoorbeeld nikkel. De uniforme drie-dimensionale bekledingseigenschappen van 25 een ionenbekledingsproces maken mogelijk om een laag te laten groeien op het oppervlak 40 zelfs als het oppervlak 40 verborgen is voor de be-kledingsstroom die gericht is in overeenstemming met de pijl 42.

Figuur 4 illustreert in een diagram de procentuele legeringssamen-stelling uitgezet tegen de laagdikte voor een materiaal A, lijn 44, en 30 voor een materiaal B, lijn 46. Materiaal A bestaat bijvoorbeeld uit een chroomlaag 32 (figuur 2) en materiaal B kan bijvoorbeeld bestaan uit een goudlaag zoals de laag 34 (figuur 2). Over de eerste 4000 Mngström van de laagdikte is de laag 32 aanzienlijk harder. Terwijl het neer-slagproces voortgang vindt neemt het percentage van het zachtere mate-35 riaal B van de laag 34 toe terwijl de hoeveelheid van het materiaal A in de laag 32 afneemt. In de buitenste 2000 'angström is de film in hoofdzaak opgebouwd uit het zachte materiaal zoals een goudlaag 34.

De dunne lagen aangebracht op de pijpen 10 en 16 kunnen worden aangebracht met diverse verschillende processen zoals bijvoorbeeld een 40 chemisch dampneerslagproces, verdamping in vacuüm ofwel fysische damp- 84 p 1 2 9 6 * & 6 neerslag, sputteren met inbegrip van hoogfrequent sputteren, gelijkstroom sputteren en diverse magnetron sputtermethoden en ionenbekle-dingsprocessen zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift Reissue 30.401.

5 Een belangrijk kenmerk van de voorgestelde werkwijze is het ver schaffen van een verbeterd ionenbekledingsproces gebruikmakend van hoge deeltjes energieniveau's voor het bekleden van substraten zoals schroefdraadsecties van pijpen met een ruime keuze aan materiaal met een hoge neerslagsnelheid. Het proces volgens de onderhavige uitvinding 10 realiseert een hoge energieflux naar het substraatoppervlak waardoor een sterke door de hoge oppervlaktetemperatuur bevorderde diffusie wordt verschaft alsmede chemische reacties zonder dat het nodig is om een grote hoeveelheid materiaal te verhitten, de oppervlakte of tussen-laagstructuur te wijzigen of de film fysisch te vermengen tijdens het 15 neerslaan van de film. Ionenbekleding biedt hoge neerslagsnelheden waarbij het vervaardigen van dunne films kan worden gedaan met een snelheid van millimeters in plaats van angströms. Het verhoogde ver-snellingsvermogen dat aan de ionen ter beschikking staat maakt het met voordeel mogelijk om grote onregelmatig gevormde voorwerpen, inwendige 20 openingen of convoluties te bekleden met een uniform neergeslagen film waarvan de dikte loopt tussen extreem dun en een dikke film in het mil-lemetergebied.

Het verbeterde ionenbekledingsproces volgens de onderhavige uitvinding is geïllustreerd in figuur 5, welke figuur een vacuüm bekle-25 dingsstelsel toont met een verdampingsbron waarin de verdampende atomen worden geïoniseerd door botsingen met elektronen wanneer ze door een magnetisch veld verlopen naar het substraat teneinde het materiaal dat op het substraat moet worden aangebracht in de plasmatoestand te brengen in de nabijheid van het substraat. Een ionenbekledingsstelsel voor 30 toepassing binnen het kader van de uitvinding is in zijn algemeenheid aangegeven met 50. Het stelsel 50 omvat een kamervormige behuizing 52 die geschikt is om een vacuüm in op te wekken. De behuizing 52 kan bestaan uit een vertikale of horizontale behuizing en kan opgebouwd zijn uit een willekeurig geschikt materiaal waarin de vacuümdruk kan worden 35 gehandhaafd. De kamerbehuizing 52 omvat een uitgang 54, bestuurd door een klep 56 die voert naar een (niet getoonde) pomp voor het tot vacuüm evacueren van de kamer 52. Het stelsel 50 kan teruggebracht worden naar de atmosferische druk door gebruik te maken van de klep 57.

Een steun 58 is in de kamer 52 aangebracht voor het vasthouden van 40 een of meer substraatartikelen 60, die bekleed moeten worden. Zoals ge- 8401296 7

Illustreerd is ia figuur 5 is het substraat 60 voorzien van de interne schroefdraden van een pijpkoppeling. Een gelijkspanningsvermogensbron 61 en een hoogfrequente vermogensbron 62 zijn aanwezig en gekoppeld met de steun 58 teneinde positieve ionen aan te trekken in de richting van 5 het substraat vanaf een materiaalverdampingsbron. De verdampingsbron kan iedere willekeurige geschikte bron zijn waarmee het bekledingsmate-riaal kan worden verdampt, zoals bijvoorbeeld een vuurvaste bout, een elektronenbundelkanon, een door middel van inductie verhitte smeltkroes, een elektrische boogontlading, of zoals in figuur 5 gelllu-10 streerd is, een of meer elektrische gloeidraden 64 en 66 die op hun beurt gekoppeld zijn met de vermogensbronnen 68 respectievelijk 70.

Twee van dergelijke verdampingsbronnen 64 en 66 kunnen worden gebruikt voor het neerslaan van verschillende materialen en voor neerslag in diverse tijdsperioden.

15 Een gastoevoerleiding 72, bestuurd door een meetklep 74, is gekop peld met de kamervormige behuizing 52 en door deze leiding kan gas worden geïnjecteerd in de kamer 52. Het gas kan een inert gas zijn of een ander gas dat geleidend is om bepaalde functies uit te voeren zoals bijvoorbeeld het reinigen van het substraat 60 door middel van een bom-20 bardement met inerte gasionen voorafgaand aan het bekledingsproces of het door middel van botsingen verstrooien van de verdampte atomen teneinde de uniformiteit bij het bekleden van drie dimensionale voorwerpen te verbeteren. De hoogfrequente generator 62 is voor dit laatste doel aangebracht omdat hoogfrequent sputteren over het algemeen een beter 25 reinigend resultaat geeft dan de reiniging met behulp van een gelijk-spanningsbron. Bovendien kan het toegevoerde gas een metaalhoudend gasplasma vormen voor het produceren van een hoge doordringing van het metaal.

De steun 58 is voorzien van een arm of magneet 76 die bijvoorbeeld 30 permanente magneten of elektromagneten kan omvatten en magneten 78 voor het opbouwen van een magnetisch veld 80 aangrenzend aan het substraat 60, zodat de verdampte atomen, die verlopen door de elektronen die in het magnetische veld 80 spiraliseren, geïoniseerd worden door botsingen met de elektronen en direct worden aangetrokken door de hoge negatieve 35 potentiaal gegenereerd door de negatieve lading van de vermogensbron 61. Alle aansluitingen met het inwendige van de kamer 62 verlopen via isolatoren 82.

Tijdens het uitvoeren van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt het stelsel 50 voor het met hoge energleniveau's uitvoe-40 ren van een ionenbekledingsproces, zoals geïllustreerd is in figuur 5, 84 01 2 9 6 « w 8 geëvacueerd via de afvoer 54 tot een geschikt vacuüm zoals bijvoorbeeld ongeveer 1 x 10“^ millimeter kwik. Indien het wenselijk is een rei-nigingsprocedure van het substraat 60 uit te voeren voor chemische of fysische redenen, dan kan gas worden geïntroduceerd in de behuizingska-5 mer 52 via de.leiding 72, bijvoorbeeld tot een druk van 10 tot 20 micron, en een in het gas gevormd hoogfrequent plasma zal het oppervlak van het substraat bombarderen waardoor een reiniging wordt uitgevoerd. Na het reinigen zal het gas uit de behuizingskamer 52 worden geëvacueerd voorafgaand aan het initiëren van het bekledingsproces.

10 Een hoge negatieve voorspanning van bijvoorbeeld 3 tot 5 kilovolt kan door de vermogensbron 61 worden aangeboden aan de steun 58 die dienst doet als kathode teneinde de positieve ionen aan te trekken in de richting van het substraat 60 door aantrekking door middel van een hoge spanningsdaling. Het bekleden begint wanneer een of beide elektrl-15 sche uit het geschikte materiaal opgebouwde gloeidraden 64 of 66 worden verwarmd tot een temperatuur die hoog genoeg is om het bekledingsmate-riaal te verdampen. Wanneer de bronnen 64 en 66 weerstandsverhittings-bronnen zijn, dan worden voedingsbronnen 68 en 70 gebruikt met een lage spanning en een hoge wisselstroom.

20 De magneten 76 en 78 leveren een magnetisch veld 80 voor de ther misch vrijgemaakte elektronen uit het te verdampen materiaal waardoor deze elektronen paan rondcirkelen en derhalve een gebied met dichte ionisatie vormen voor de atomen van het verdampende materiaal die deze elektronenwolk moeten passeren op hun weg naar het substraat 60. De 25 ionisatie is dus maximaal in het gebied van het substraat 60 waar de behoefte het grootst is. Een of beide elektrische weerstandsverhit-tingsdraden 64 of 66 kunnen worden gebruikt door het variëren van het, vanaf de vermogensbronnen 68 en 70 aan de gloeidraden 64 en 66 toegevoerde vermogens teneinde een of meer materiaalfilms of lagen aan te 30 brengen op het substraat 60.

Alhoewel de inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is beschreven in samenhang met een conventioneel ionenbekledingsstelsel 50 kan daarnaast ook een sputtertechniek worden gebruikt. Figuur 6 illustreert een sputterstelsel dat in zijn 35 algemeenheid geïdentificeerd is door het referentiecijfer 90 en voorzien is van overeenstemmende en soortgelijke componenten als in het in figuur 5 geïllustreerde ionenbekledingsstelsel 50. Het sputterbekle-dingsstelsel 90 omvat een kathode 92 van bekledingsmateriaal. Het substraat 60 is geplaatst in een inerte plasma 94 dat gehandhaafd wordt 40 door middel van de vermogensbron 96. De vermogensbron kan een hoogfre- 8401296 9 quente broa of eea geiljkspanningsbron zijn. Het substraat 60 kan op aardpotentiaal of op een negatieve potentiaal worden gehandhaafd door middel van de spanningsbron 98. Positieve ionen 100 van een inert gasplasma 94 bombarderen het negatieve oppervlak van de kathode 92 en 5 slaan door botsingen atomen los uit het kathodemateriaal 92, waarvan er sommigen oversteken naar het te bekleden substraat 60.

Alhoewel de inrichtingen, geïllustreerd in de figuren 5 en 6 voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding door middel van een ionenbekledingsproces (figuur 5) en een sputterbekle-10 dingsproces (figuur 6) bruikbaar zijn voor het bekleden van van schroefdraad voorziene producten met korte lengte, zoals koppelingen, zijn dergelijke apparaten niet praktisch als het gaat om een kamervormige behuizing 52 met een vacuümstelsel dat de gehele gebruikelijke lengte van een in de olie-industrie gebruikte pijp moet bevatten, welke 15 pijpen over het algemeen een lengte hebben van 9 tot 12 meter. Een verder kenmerk van de voorgestelde werkwijze is nu het verschaffen van een ionenbekledingsstelsel voor het neerslaan van een materiaalfilm of -laag op de bewerkte profielen van een lang buisvormig element zodanig dat het niet nodig is om een vacuümstelsel op te bouwen dat lang genoeg 20 is om het gehele buisvormige element te omsluiten. Het bekledingsproces wordt zodanig uitgevoerd dat alleen het betreffende bewerkte profiel van de pijp in een vacuüm moet worden geplaatst. Verder kunnen een of meer van schroefdraad voorziene delen van de pijp simultaan worden bekleed en kan de pijp worden geroteerd om de uniformiteit van de film te 25 verbeteren.

In figuur 7 is een stelsel 120 voor het bekleden van pijpschroef-draden geïllustreerd waarin de bewerkte profielen 124 en 126 van een pijp 122 simultaan kunnen worden bekleed. Alhoewel een enkele pijp 122 is geïllustreerd zal het duidelijk zijn dat het in figuur 7 getoonde 30 stelsel ook kan worden gebruikt voor het simultaan bekleden van meerdere pijpen 122. Soortgelijke referentiecijfers zullen worden gebruikt in figuur 7 voor delen die corresponderen of gelijksoortig zijn aan delen die aangegeven zijn in de figuren 5 en 6.

Het bewerkte profiel 124 van de pijp 122 is ingestoken in de ka-35 mervormige behuizing 52. De kamervormige behuizing 52 is voorzien van een uitlaat 54 met een klep 56 daarin, die gekoppeld is met een (niet getoonde) vacuüm pomp voor het evacueren van de inwendige kamer van de behuizing 52. De behuizing 52 omvat verder een gastoevoerleiding 72 die wordt bestuurd door een meetklep 74. Een geschikt materiaal verdampend 40 stelsel is verder aangebracht In de vorm van een elektrische verhit- % 8401296 r 10 v tingsdraad 64. Het zal duidelijk zijn dat een verdere verhittingsdraad 66 met bijbehorende vermogensbron 70 (figuur 5) eveneens in het stelsel 120 kan worden toegepast. De verhittingsdraad 64 is bij voorkeur gepositioneerd dicht bij de buitenzijde van het schroefdraadelement 124. De 5 verhittingsdraad 64 is gekoppeld met een vermogensbron 68. De pijp 122 wordt geroteerd gebruikmakend van aangedreven rollen 130 voor het roteren van de pijp 122 in de richting van de pijl 130a.

Een vermogensbron 61 is aangebracht voor het aanbieden van een negatieve spanning aan de pijp 122 teneinde het vanaf de verhittingsdraad 10 64 verdampte materiaal aan te trekken naar het bewerkte profiel 124.

Bovendien is de magneet 76 aangebracht op het inwendige van de pijp 122 aangrenzend aan het profiel 124 om een magnetisch veld 80 op te wekken.

Omdat het moeilijk is om de uiteinden van de pijp 122 in te steken 15 in de kamervormige behuizing 52 en eenvacuüm te handhaven in de behuizing 52 voor het neerslaan van een materiaalfilm op de profielen 124 en 126 terwijl de pijp 122 wordt rond gedraaid kan de behuizing 52 voorzien zijn van een via een flens gemonteerde appendage 132. De appendage 132 kan verdeeld zijn door middel van de scheidingswanden 134, 136, 138 20 in een aantal afgeschotte kamers 140, 142 en 144. De scheidingswanden . 134, 136 en 138 zijn voorzien van afdichtringen 146 die in licht con-4 tact staan met het oppervlak van de pijp 122 en die de gaslekkage tus sen de afgeschotte kamers 140, 142 en 144 naar het inwendige van de geëvacueerde kamer 52 zullen minimaliseren.

25 De afgeschotte kamer 144, die het verst verwijderd is van de be huizing 52, wordt enigszins onder druk gebracht met een inert gas zoals bijvoorbeeld argon via de leiding 148 en de klep 150. Eventuele lekkage van argon vanaf de kamer 144 via de scheidingswand 138 zorgt ervoor dat gas terecht komt in de buitenlucht en een eventuele lekkage via de 30 scheidingswand 136 laat gas toe in de kamer 142. De kamer 142 is via een leiding 152 en een klep 154 gekoppeld met een (niet getoonde) pomp waarvan de pompcapacaiteit groter is dan de lekkage vanaf de kamer 144 zodat de werkdruk in de kamer 142 ongeveer 1 psia benadert. Deze configuratie beperkt het drukverschil dat de lekkage tussen de kamers 144 en 35 142 mogelijk maakt. Bovendien is een (niet getoonde) verdere pomp ge koppeld met een leiding 156 en een klep 158 aan de kamer 140 teneinde de werkdruk te handhaven op een druk minder dan 1000 micron. Verdere afgeschotte kamers kunnen nodig zijn, waarbij het aantal zal variëren afhankelijk van de ruwheid van de pijp 122 en de mate van afdichting 40 die wordt gerealiseerd door de ringen 146. Met het gebruik van de afge- 8401296 11 schotte kamers 140, 142 en 144 is echter de mate van argon lekkage vanaf de kamer 144 naar de geëvacueerde kamer in de behuizing 52 zeer klein en argon dat eventueel lekt tot in de kamer 52 kan via de leiding 54 worden weggepompt.

5 Ervan uitgaande dat het inwendige van de pijp 122 is afgedicht is de wijze van bekleden van het profiel 124 soortgelijk aan de wijze van bekleden in de stelsels 50 en 90 die eerder werden besproken aan de hand van de figuren 5 en 6. Vanwege de naar verhouding grote onzekerheid veroorzaakt door de ruwheid van het oppervlak van de pijp 122 en 10 de mogelijke variatie in de leksnelheid tussen de pijpen onderling kan de werkelijke waarde van de argondruk in de kamer van de behuizing 152 tijdens een bepaald proces variëren. Daarom kan het nodig zijn om de onderhavige werkwijze toe te passen met een onafhankelijk ionisatieme-chanisme voor het magnetische veld 80 zodanig dat het magnetische veld 15 80 wordt opgewekt in het gebied rond het profiel 124 waar de bekleding moet worden uitgevoerd door toevoegen van de magneet 76. De verdampte atomen verlopen derhalve door de in het magnetische veld 80 rond cirkelende elektronen, worden geïoniseerd door botsingen met deze elektronen en onmiddellijk aangetrokken door de hoge negatieve potentiaal op 20 de pijp 122, opgewekt door de vermogensbron 61.

Er wordt opgemerkt dat de voorgaande beschrijving van de werkwijze geen gas vereist was voor het opwekken van de ionisatie. Er zijn echter omstandigheden waarin de behoefte aan een uniforme film over zeer onregelmatige oppervlakken het wenselijk maakt om een kleine hoeveelheid 25 inert gas toe te voegen om het materiaal te laten spreiden en daarmee de uniformiteit van de film te bevorderen. Er wordt opgemerkt dat dit gebruik van een inert gas zoals bijvoorbeeld argon plaats vindt bij een druk die over het algemeen ligt onder de kenmerkende druk van 10-20 micron die nodig is voor de ionisatie zodat de filmeigenschappen niet ne-30 gatief worden beïnvloed door gasinsluitsels in de neergeslagen film.

Zoals reeds werd opgemerkt wordt het profiel 124 bekleed in een vacuüm. Alhoewel in het inwendige van de pijp 122 een stop kan worden aangebracht teneinde het profiel 124 in een vacuüm te handhaven verdient het de voorkeur om beide profielen 124 en 126 te bekleden in het-35 zélfde vacuüm teneinde zowel de kosten als dë tijdsduur nodig voor het twee maal genereren van het vacuüm rond de pijp 122 te vermijden. Daarom wordt een eindkapsamenstelling gebruikt, in zijn algemeenheid aangeduid met het referentiecijfer 170, waarmee het mogelijk is een materi-aalfilm neer te slaan op het profiel 126 simultaan met de neerslag van 40 materiaal op het profiel 124 waardoor de vacuüm pompcapaciteit binnen 8401296

„ V

12 de behuizingskamer 52 volledig, wordt benut.

De eindkapsamenstelling 170 is voorzien van een kapelement 172 met een aantal afdichtingen 174, 176 en 178, waarvan er een zoals bijvoorbeeld de afdichting 178, rust tegen het uiteinde van de pijp 122. Der-5 halve wordt een vacuüm gepompt in het gehele inwendige van de pijp 122, de afdichting 178 wordt door middel van de atmosferische buitendruk stevig aangetrokken en de. kap 172 zal tezamen met de pijp 122 roteren.

Een lichaamselement 180 is roteerbaar gemonteerd in de eindkap 170 en kan bestaan uit een geschikte kunststof die goed isoleert, een lage 10 wrijvingscoëfficiënt bezit en warmtebestendig is zoals bijvoorbeeld wordt verkocht onder de handelsnaam TEFLON. Het lichaamselement 180 wordt aangegrepen door de klem 181 die rotatie ervan belet. Een geschikte oppervlakte-afdichting 182 en een afdichtende 0-ring 184 voorkomen lekkage. Een geschikt verdampingselement zoals een verhittings-15 draad 190 is aangebracht en aangesloten op een vermogensbron 192 via de elektrische leidingen 194 die door het lichaamselement 180 verlopen.

Een magneet 196 is bij voorkeur in de pijp 122 geplaatst aangrenzend aan het profiel 126 in het gebied waar de bekleding wordt gewenst teneinde een dichte elektronenwolk te realiseren voor botingsionisatie. De 20 magnetische krachtlijnen 198 van de magneten 196 vangen de elektronen die de verhitte draad 190 als gevolg van thermische emissie verlaten.

De atomen van het verdampte materiaal worden derhalve positief geïoniseerd in de elektronenwolk en versneld in de richting van de pijp 122 als gevolg van de hoge negatieve polariteit aangeboden door de vermo-25 gensbron 62.

Het zal derhalve duidelijk zijn dat de onderhavige uitvinding een werkwijze verschaft die het wegvreeteffect bij schroefdraadelementen tegengaat door het neerslaan van een materiaalfilm door middel van een ionenbekledingsproces met hoog energieniveau op het bewerkte oppervlak 30 van tenminste een schroefdraadelement voor het verschaffen van een dunne film op de samenwerkende metalen oppervlakken van een pijp.

Alhoewel de uitvinding is beschreven aan de hand van specifieke uitvoeringsvormen ervan zal het voor de deskundige duidelijk zijn dat diverse wijzigingen en modificaties kunnen worden gemaakt zonder buiten 35 het kader van de uitvinding te treden.

8401296

Claims (29)

1, Werkwijze voor het voorkomen van wegvreeteffecten bij samenwerkende van schroefdraad voorziene elementen, gekenmerkt door het neerslaan van een materiaalfilm in een met hoog energieniveau uitgevoerd 5 ionenbekledingsproces op het bewerkte profiel van tenminste een element teneinde een dunne mechanisch isolerende film te verschaffen op de samenwerkende metalen oppervlakken welke film een lage schuifspanningswaarde heeft teneinde daardoor de samenwerkende metalen oppervlakken van elkaar te scheiden en zodoende wegvreeteffecten te voorkomen,

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tenminste een van de van schroefdraad voorziene elementen wordt geroteerd tijdens het neerslaan van de film teneinde een uniforme film te verschaffen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de film wordt neergeslagen op het bewerkte profiel in een aantal lagen, waarbij 15 de binnenste laag harder is dan de buitenste laag,

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de film bestaat uit een materiaal gekozen uit de groep goud, zilver, lood, tin, indium en koper.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de film be- 20 staat uit een harde film van vuurvast materiaal.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de genoemde film van gehard vuurvast materiaal bestaat uit een metaalcarbidefilm.

7. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de genoemde film van gehard vuurvast materiaal bestaat uit een metaaloxidefilm.

8. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de film van gehard vuurvast materiaal bestaat uit een metaalnitridefilm.

9. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de film is neergeslagen met een dikte variërend tussen ongeveer 1000 ëngström en ongeveer 1 millimeter.

10. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de totale dikte van de gecombineerde lagen variëert tussen 500 angström en ongeveer 6 millimeter.

11. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de film bestaat uit een anorganische samenstelling met een gelaagd rooster.

12. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de film een palladiumfllm is.

13. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de binnenste filmlaag bestaat uit chroom en de buitenste filmlaag bestaat uit goud.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de dikte 84 0 1 29 6 van de chroomfilm ongeveer 2000 angstrom tot ongeveer 4000 angstrom bedraagt en de buitenste goudlaag ongeveer 2000 angstrom dik Is.

15. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de film bestaat uit een nikkel onderlaag bedekt door een buitenlaag.

16. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de film bestaat uit een legering die goud en koper bevat.

17. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de film bestaat uit een legering die palladium en koper bevat.

18. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de film 10 bestaat uit een legering die palladium en goud bevat.

19. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de film bestaat uit een legering die palladium en zilver bevat.

20. Werkwijze voor het door middel van een ionenbekledingswerkwij-ze bekleden van beide uiteinden van een langgerekt buisvormig element, 15 gekenmerkt door de volgende stappen: insluiten van de uiteinden in een kamer; evacuëren van een van de kamers waardoor via het buisvormige element in beide kamers een vacuüm ontstaat; verdampen van bekledingsmateriaal in elk van de geëvacuëerde kamers in 20 de nabijheid van de genoemde uiteinden; aanbieden van een negatieve voorspanning aan het element teneinde de positieve ionen van verdampt bekledingsmateriaal aan te trekken.

21. Werkwijze volgens conclusie 20, gekenmerkt door het roteren van het buisvormige element.

22. Werkwijze volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat een mag netisch veld wordt aangelegd aangrenzend aan beide uiteinden.

23. Werkwijze volgens conclusie 20, gekenmerkt door het omsluiten van delen van het roterende element in afgeschotte kamers aangrenzend aan een van de geëvacueerde kamers.

24. Werkwijze volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat de afge schotte kamer aangrenzend aan de geëvacueerde kamer leeggepompt wordt en de afgeschotte kamer die daarop volgt wordt voorzien van een inert gas.

25. Werkwijze voor het door midel van ionenbekleding aanbrengen 35 van een laag op de beide uiteinden van een langgerekt buisvormig element, gekenmerkt door de volgende stappen insluiten van het eerste uiteinde in een kamer waarbij het tweede uiteinde buiten de genoemde kamer blijft gepositioneerd; sluiten van het tweede uiteinde van het element met een roteerbare af-40 sluiting; 84 0 1 2 9 6 ' r - ^ evacuëren van de kamer waardoor het gebied rond de beide uiteinden wordt geëvacueerd; verdampen van bekledingsmateriaal in de geëvacueerde gebieden aangrenzend aan de beide uiteinden; en 5 aanbieden van een negatieve gelijkspanning aan het element teneinde de positieve ionen van verdampt bekledingsmateriaal aan te trekken.

26. Werkwijze volgens conclusie 25, gekenmerkt door het roteren van het buisvormige element*

27. Werkwijze volgens conclusie 25, gekenmerkt door het opwekken 10 van een magnetisch veld in de nabijheid van de uiteinden van het element .

28. Werkwijze volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat het ver-dampingsmateriaal zich bevindt binnen het tweede uiteinde en buiten het eerste uiteinde.

29. Werkwijze volgens conclusie 27, met het kenmerk, dat het mag netische veld wordt opgewekt door magneten gepositioneerd binnen elk uiteinde van het element. ********** 840 129 6