RU2572007C1 - Plant for application of metal coating on hollow microspheres - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: vacuum chamber that makes the anode incorporates the top and bottom sealed covers to house the bin for microspheres and the bin for microspheres with coating and is fitted on the shaft to turn through 180 degrees in vertical plane. Said bins have the shutters for communication with the vacuum chamber and the guides arranged in said vacuum chamber at the angle of 65-75 to vertical. Said vacuum chamber houses the consumable electrode and cathode isolated from said chamber to fire the arc there between and to produce the vapours of the coating metal.

EFFECT: control over the depth of coating applied on the hollow microsphere surface.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к химической промышленности, к машиностроению, а более точно к устройствам для нанесения покрытий на поверхность изделий различной формы.The invention relates to the chemical industry, to mechanical engineering, and more specifically to devices for coating the surface of products of various shapes.

Известны и широко применяются в промышленности установки для нанесения металлических покрытий на поверхность деталей, принцип работы которых заключается в том, что напыляемый металл или сплав расплавляется электрической дугой или газовым пламенем, затем сжатым воздухом или другим газом, образовавшимся при расплавлении частицы, с большой скоростью ударяются об обрабатываемую поверхность, в результате происходит сцепление напыляемого металла с металлом обрабатываемой поверхности (см. Справочник металлиста, т. 3, М., - Машиностроение, 1958 г., 328-333).Installations for applying metal coatings to the surface of parts are known and widely used in industry, the principle of which is that the sprayed metal or alloy is melted by an electric arc or gas flame, then compressed air or other gas formed during the particle melting is hit with high speed about the surface to be treated, as a result, the sprayed metal adheres to the metal of the surface to be treated (see the Handbook of a metalworker, t. 3, M., - Engineering, 1958 ., 328-333).

Недостатком описанного устройства является сложность нанесения металлических покрытий на изделия и поверхности, не допускающие нагрева.The disadvantage of the described device is the difficulty of applying metal coatings on products and surfaces that do not allow heating.

Известна установка (прототип), состоящая из камер реактора, поворачиваемых на 180° вокруг оси вращения, пересыпания из одной камеры в другую, соединенных между собой переходной вставкой, каждая камера выполнена в виде усеченного конуса (см. RU 2307004, B22F 1/100).A known installation (prototype), consisting of reactor chambers rotated 180 ° around the axis of rotation, pouring from one chamber to another, interconnected by a transition insert, each chamber is made in the form of a truncated cone (see RU 2307004, B22F 1/100) .

Недостаток описанной установки заключается в невозможности получения из однородного металла слоя заданной толщины.A disadvantage of the described installation is the inability to obtain a layer of a given thickness from a homogeneous metal.

Технической задачей изобретения является создание установки, позволяющей контролировать толщину нанесения покрытия на поверхности микросферы и получения полых металлических микросфер.An object of the invention is the creation of an installation that allows you to control the thickness of the coating on the surface of the microspheres and obtain hollow metal microspheres.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что вакуумная камера является анодом, выполнена с верхней и нижней герметичными крышками, в которых установлены, соответственно, бункер для полых микросфер и бункер для микросфер с покрытием, а сама камера размещена на валу с возможностью поворота на 180° в вертикальной плоскости, при этом упомянутые бункеры выполнены с заслонками для соединения с вакуумной камерой и содержат направляющие, расположенные в вакуумной камере под углом 65-75° к вертикали, внутри вакуумной камеры установлен расходуемый электрод и изолированный от камеры катод, выполненные с возможностью зажигания между ними дуги и образования паров металла покрытия, а вал, на котором поворачивается вакуумная камера, размещен в диэлектрических подшипниках из фторопласта и выполнен с возможностью приведения во вращение от электродвигателя через шестерни из диэлектрического материала текстолита, причем заслонки выполнены с возможностью открытия и закрытия посредством штока, приводимого в движение реечным механизмом от электродвигателя через шестерню, кроме того, она содержит установленный после вакуумной камеры холодильник и ванну с водным соляным раствором для разделения полых микросфер с покрытием от бракованных.The solution to this problem is achieved due to the fact that the vacuum chamber is an anode, is made with upper and lower sealed covers, in which, respectively, a hopper for hollow microspheres and a hopper for coated microspheres are installed, and the chamber itself is mounted on the shaft with the possibility of rotation through 180 ° in a vertical plane, while the above-mentioned bins are made with shutters for connection with a vacuum chamber and contain guides located in the vacuum chamber at an angle of 65-75 ° to the vertical, p a walk-away electrode and a cathode isolated from the chamber, capable of igniting between them arcs and forming vapor of the coating metal, and the shaft on which the vacuum chamber rotates is placed in dielectric bearings made of fluoroplastic and made to rotate from the electric motor through gears made of dielectric material PCB, and the shutters are made with the possibility of opening and closing by means of a rod, driven by a rack and pinion mechanism from the electric motor through the gear, cut ie, it comprises a vacuum chamber located downstream refrigerator and a bath with an aqueous saline solution for the separation of hollow microspheres coated upon defective.

Предложенное изобретение поясняется рисунком, на котором:The proposed invention is illustrated in the figure, on which:

Фиг. 1 - схематическое изображение предложенной конструкции установки.FIG. 1 is a schematic illustration of the proposed installation design.

Установки для нанесения металлического покрытия на полые микросферы включает вакуумную камеру 1, закрытую крышкой 2, на которой установлен бункер 3, для полых микросфер 4 без покрытия, а также крышкой 5, на которой установлен бункер 6, для полых микросфер 7 с нанесенным металлическим покрытием 8. Бункер 3 и бункер 6 имеет направляющие 9, расположенные под углом 65°-75°. При угле менее 65° происходит торможение скатывания полых микросфер 4 без покрытия и полых микросфер 7 с нанесенным металлическим покрытием 8, а при угле наклона более 75° увеличиваются габариты вакуумной камеры. Бункер 3 и бункер 6 имеют задвижки 10, снабженные штоком 11, который приводится в движение реечным механизмом 12 через шестерню 13 от электродвигателя 14, шток 11 имеет уплотнения 15. Внутри вакуумной камеры 1 установлен расходуемый электрод 16 и катод 17, изолированный от вакуумной камеры 1 изолятором 18. Между расходуемым электродом 16 и катодом 17 горит дуга 19, питание на вакуумную камеру 1 и катод 17 подается от источника питания 20. Вакуумная камера 1 имеет клапан 21 для загрузки полых микросфер 4 без покрытия в бункер 3 и клапан 21 для выдачи полых микросфер 7 с покрытием 8 из бункера 6 на холодильник 22 емкость 23 с водным соляным раствором 24 для разделения качественных полых микросфер 7 с нанесенным металлическим покрытием 8 и бракованных металлических микросфер 25. Вакуумная камера 1 имеет вал 26 в диэлектрических подшипниках 27 из фторопласта, закрепленных в корпусе 28 установки, для нанесения покрытия на полые микросферы осуществляет поворот на 180° с помощью выполненных из диэлектрического материала шестерен 29 из текстолита от электродвигателя 30, который получает команду по проводам 31 на поворот вакуумной камеры 1 от блока управления 32. Глубокий вакуум в вакуумной камере 1 создается вакуум-насосами 32 по трубопроводам 33. Команды от блока управления 32 на поворот вакуумной камеры 1 и закрытие задвижек 10 штоком 11 реечным механизмом 12 через шестерню 13 от электродвигателя 14 подается по проводам 31.Installations for applying a metal coating on hollow microspheres includes a vacuum chamber 1 closed by a cover 2 on which a hopper 3 is mounted, for hollow microspheres 4 without a coating, and also a cover 5 on which a hopper 6 is mounted, for hollow microspheres 7 with a metal coating 8 The hopper 3 and the hopper 6 has guides 9 located at an angle of 65 ° -75 °. At an angle of less than 65 °, the rolling of hollow microspheres 4 without coating and hollow microspheres 7 with a metal coating 8 is decelerated, and at an angle of inclination of more than 75 °, the dimensions of the vacuum chamber increase. The hopper 3 and the hopper 6 have a valve 10, equipped with a rod 11, which is driven by a rack and pinion mechanism 12 through the gear 13 from the electric motor 14, the rod 11 has a seal 15. Inside the vacuum chamber 1 has a consumable electrode 16 and a cathode 17 isolated from the vacuum chamber 1 insulator 18. Between the consumable electrode 16 and the cathode 17, an arc 19 burns, power is supplied to the vacuum chamber 1 and the cathode 17 from the power source 20. The vacuum chamber 1 has a valve 21 for loading hollow microspheres 4 without coating into the hopper 3 and a valve 21 for dispensing hollow microspheres 7 coated 8 from the hopper 6 to the refrigerator 22, a container 23 with an aqueous salt solution 24 for separating high-quality hollow microspheres 7 with a metal coating 8 and defective metal microspheres 25. The vacuum chamber 1 has a shaft 26 in dielectric bearings 27 made of fluoroplastic mounted in the housing 28 of the installation, for coating hollow microspheres rotates through 180 ° using gears 29 made of dielectric material from PCB from electric motor 30, which receives a command through wires 31 to turn t of the vacuum chamber 1 from the control unit 32. A deep vacuum in the vacuum chamber 1 is created by the vacuum pumps 32 through pipelines 33. Commands from the control unit 32 to rotate the vacuum chamber 1 and close the shutters 10 by the rod 11 with the rack mechanism 12 through the gear 13 from the electric motor 14 by wire 31.

Установка для нанесения покрытий на полые микросферы и производства полых металлических микросфер работает следующим образом.Installation for coating hollow microspheres and the production of hollow metal microspheres works as follows.

Вакуумная камера 1 закрывается крышкой 2 и крышками 5, на которых установлены, соответственно, бункер 3 и бункер 6. Бункер 3 закрывается заслонкой 10, которая передвигается штоком 10 от реечного механизма 12, через шестерню 13, которая приводится во вращение от электродвигателя 14. Шток 10 имеет уплотнение 15. Через клапан 21 в бункер 3 вводятся полые микросферы 4 без покрытия.The vacuum chamber 1 is closed by a cover 2 and covers 5, on which, respectively, a hopper 3 and a hopper 6 are mounted. The hopper 3 is closed by a shutter 10, which moves the rod 10 from the rack mechanism 12, through the gear 13, which is driven from the electric motor 14. The rod 10 has a seal 15. Through the valve 21 into the hopper 3 are introduced hollow microspheres 4 without coating.

Вакуумная камера 1 устанавливается вертикально положением N-N. После этого в вакуумной камере 1 создается глубокий вакуум с помощью вакуум-насоса 32 по трубопроводу 33. Затем от источника питания 20 подается питание на вакуумную камеру 1 и на катод 17, изолированный от вакуумной камеры 1 изолятором 18, в результате между расходуемым электродом 16, выполненным из металла: серебра, алюминия, титана, вольфрама, меди, катодом 17 загорается дуга 19. Металл расходуемого электрода 16 испаряется, образуя пары металла, в результате, вакуумная камера 1 заполняется атомами металла расходуемого электрода 16. После этого реечным механизмом 12 через шестерню 13 от электродвигателя 14, через шток 11 задвижка 10 открывается, и полые микросферы 4 под действием силы тяжести начинают падать. При этом, двигаясь вниз, внутри камеры на поверхности полых микросфер 4 осаждаются атомы металла, образуя покрытие 8 и преобразуя полые микросферы 4 в полые микросферы 7 с покрытием, которые падают на направляющую 9 в открытый бункер 6. После этого реечным механизмом 12 по команде от блока управления 32 по проводам 31 к электродвигателю 14, через шестерню 13 с помощью штока 11, задвижка 10 закрывает бункер 6. После этого по команде блока управления 32, вал 26 в подшипниках 27 из диэлектрического материала фторопласта, закрепленных в корпусе 28, от электродвигателя 30 через шестерни 29 из диэлектрического материала текстолита подается электрический ток и вал 26 поворачивает вакуумную камеру 1 на 180°, так, что бункер 3 оказывается внизу, а бункер 6 вверху. После этого, заслонка 10 бункера 6 открывается с помощью штока 10 от электродвигателя 14 через шестерню 13 и микросферы 7 с покрытием повторно падают, и при прохождении через пространство вакуумной камеры 1, каждый раз осаждаясь на поверхности, атомы металла увеличивают толщину покрытия.The vacuum chamber 1 is mounted vertically with the N-N position. After that, a deep vacuum is created in the vacuum chamber 1 with the help of the vacuum pump 32 through the pipe 33. Then, power is supplied from the power supply 20 to the vacuum chamber 1 and to the cathode 17 isolated from the vacuum chamber 1 by the insulator 18, as a result between the consumable electrode 16, made of metal: silver, aluminum, titanium, tungsten, copper, the cathode 17 ignites an arc 19. The metal of the consumable electrode 16 evaporates, forming metal vapor, as a result, the vacuum chamber 1 is filled with metal atoms of the consumable electrode 16. After this, the rack m mechanism 12 through the gear 13 from the electric motor 14, through the rod 11, the valve 10 opens, and the hollow microspheres 4 under the influence of gravity begin to fall. In this case, moving downward, inside the chamber, metal atoms are deposited on the surface of the hollow microspheres 4, forming a coating 8 and transforming the hollow microspheres 4 into coated hollow microspheres 7, which fall onto the guide 9 into an open hopper 6. After that, the rack mechanism 12 is ordered by the control unit 32 through wires 31 to the electric motor 14, through the gear 13 using the rod 11, the valve 10 closes the hopper 6. After this, at the command of the control unit 32, the shaft 26 in the bearings 27 of the dielectric material of the fluoroplastic secured in the housing 28, from the electric motors tor 30 via a gear 29 of a dielectric material PCB electrical current is applied and the shaft 26 rotates the vacuum chamber 1 by 180 °, so that the hopper 3 is at the bottom, and the hopper 6 at the top. After that, the shutter 10 of the hopper 6 is opened using the rod 10 from the electric motor 14 through the gear 13 and the coated microspheres 7 repeatedly fall, and when passing through the space of the vacuum chamber 1, each time deposited on the surface, the metal atoms increase the thickness of the coating.

Во время одного падения микросферы 4 в вакуумной камере 1 образуется покрытие из металла толщиной от 0,1 до 0,5 нанометра. Поэтому для получения покрытия 5-6 нанометров необходимо поворачивать вакуумную камеру 1 примерно 50-60 раз. Такая команда устанавливается в блоке управления 32. После достижения заданной толщины покрытия 8 микросферы 7 через клапан 21 поступают на холодильник 22, а оттуда - в ванну 23 с водным соляным раствором 24 поваренной соли, где полые металлические микросферы 7 всплывают, снимаются, сушатся и складируются.During a single drop of microsphere 4, a coating of metal with a thickness of 0.1 to 0.5 nanometers is formed in the vacuum chamber 1. Therefore, to obtain a coating of 5-6 nanometers, it is necessary to rotate the vacuum chamber 1 approximately 50-60 times. Such a command is installed in the control unit 32. After reaching the specified coating thickness 8, the microspheres 7 are passed through the valve 21 to the refrigerator 22, and from there to the bath 23 with aqueous salt solution 24 of sodium chloride, where the hollow metal microspheres 7 float, are removed, dried and stored .

Бракованные микросферы 25 опускаются на дно, откуда изымаются и отправляются для последующей утилизации.Defective microspheres 25 sink to the bottom, from where they are seized and sent for subsequent disposal.

Разработанная установка для нанесения покрытия на полые микросферы производства полых металлических микросфер позволяет производить полые металлические микросферы из вольфрама, титана для получения высокотемпературных обмазок кислородных конверторов, ковшей для перевозки жидкого металла, увеличить их срок службы на 20-30%, что позволяет получить большую экономическую выгоду. Полые микросферы из свинца позволяют повысить защиту человека от жесткого радиоактивного излучения при минимальной толщине защитного покрытия 1-2 мм, могут защитить жизнь человека, работающего с радиоактивными веществами. На предложенной установке можно производить полые микросферы с покрытием, которое позволяет улучшить характеристики микросфер (отражение света, теплового или иного вида излучения), сообщение им новых, необычайных свойств, например взаимодействие с магнитным полем, что способствует повышению экономической эффективности в народном хозяйстве.The developed installation for coating hollow microspheres for the production of hollow metal microspheres makes it possible to produce hollow metal microspheres from tungsten and titanium to obtain high-temperature coatings of oxygen converters, ladles for transporting liquid metal, and increase their service life by 20-30%, which makes it possible to obtain great economic benefits . Hollow microspheres of lead can improve the protection of a person from hard radioactive radiation with a minimum protective coating thickness of 1-2 mm, can protect the life of a person working with radioactive substances. At the proposed installation, it is possible to produce hollow microspheres with a coating that can improve the characteristics of microspheres (light reflection, thermal or other type of radiation), telling them new, unusual properties, for example, interaction with a magnetic field, which helps to increase economic efficiency in the national economy.

Claims (4)

1. Установка для нанесения металлического покрытия на полые микросферы, содержащая вакуумную камеру, отличающаяся тем, что вакуумная камера является анодом, выполнена с верхней и нижней герметичными крышками, в которых установлены соответственно бункер для полых микросфер и бункер для микросфер с покрытием, и размещена на валу с возможностью поворота на 180° в вертикальной плоскости, при этом упомянутые бункеры выполнены с заслонками для соединения с вакуумной камерой и содержат направляющие, расположенные в вакуумной камере под углом 65°-75° к вертикали, внутри вакуумной камеры установлен расходуемый электрод и изолированный от камеры катод, выполненные с возможностью зажигания между ними дуги и образования паров металла покрытия.1. Installation for applying a metal coating on hollow microspheres, containing a vacuum chamber, characterized in that the vacuum chamber is an anode, is made with upper and lower sealed covers, in which a hopper for hollow microspheres and a hopper for coated microspheres are installed, and placed on the shaft can be rotated 180 ° in a vertical plane, while the said bins are made with shutters for connection with a vacuum chamber and contain guides located in the vacuum chamber at an angle of 65 ° -75 ° to the vertical, inside the vacuum chamber, a consumable electrode and a cathode isolated from the camera are installed, made with the possibility of igniting between them arcs and the formation of metal vapor coating. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый вал размещен в диэлектрических подшипниках из фторопласта и выполнен с возможностью приведения во вращение от электродвигателя через шестерни из диэлектрического материала текстолита.2. Installation according to claim 1, characterized in that the said shaft is housed in dielectric bearings made of fluoroplastic and is made to rotate from an electric motor through gears made of dielectric PCB material. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что заслонки выполнены с возможностью открытия и закрытия посредством штока, приводимого в движение реечным механизмом от электродвигателя через шестерню.3. Installation according to claim 1, characterized in that the shutters are made with the possibility of opening and closing by means of a rod driven by a rack and pinion mechanism from the electric motor through the gear. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит установленный после вакуумной камеры холодильник и ванну с водным соляным раствором для разделения полых микросфер с покрытием от бракованных. 4. Installation according to claim 1, characterized in that it comprises a refrigerator installed after the vacuum chamber and a bath with an aqueous salt solution for separating hollow microspheres coated with defective ones.