RU2457277C1

RU2457277C1 - Vacuum plasma installation for application of multipurpose coatings

Info

Publication number: RU2457277C1
Application number: RU2011108645/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Кабанов (RU); Александр Викторович Кабанов; Сергей Владимирович Качалин (RU); Сергей Владимирович Качалин
Original assignee: Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2012-07-27

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: installation includes vacuum chamber, air exhaust system, gas-phase medium supply system, turn-around machine, arc evaporators with cathodes and ignition element that is made in a form of a rod element located inside the bellows with the possibility of reciprocating movement in horizontal plane, note that the rod element is made with the possibility of supply before the contact of its operating part with the side surface of the cathode in the course of vacuum creation in vacuum chamber and its declination at air supply into the chamber.

EFFECT: provision of fixed contact between cathode and ignition, exclusion of contact loss in the point of cathode-ceramic insert due to electroerosion process.

2 dwg

Description

Изобретение относится к вакуумно-плазменному оборудованию и предназначено для нанесения многофункциональных покрытий на режущий инструмент.The invention relates to vacuum-plasma equipment and is intended for applying multifunctional coatings to a cutting tool.

В технике известны различные установки для нанесения многофункциональных покрытий, которые применяются в зависимости от размеров изделий и объема работ. В установках для нанесения многофункциональных покрытий используют рабочую вакуумную камеру, систему откачки воздуха, систему подвода газофазной среды, поворотный стол, дуговые испарители с катодами и узел поджига (Hovsepyan, P. and Hensel, В., "Lichtbogen-Verdampfungsvorrichtung," patent DE 4223592 (1994). Swift, P.D., McKenzie, D.R., Falconer, I.S., and Martin, P.J., Cathode spot).Various installations for applying multifunctional coatings are known in the art, which are used depending on the size of the products and the amount of work. Multifunctional coating plants use a working vacuum chamber, an air pumping system, a gas-phase supply system, a rotary table, arc evaporators with cathodes and an ignition unit (Hovsepyan, P. and Hensel, B., "Lichtbogen-Verdampfungsvorrichtung," patent DE 4223592 (1994). Swift, PD, McKenzie, DR, Falconer, IS, and Martin, PJ, Cathode spot).

Указанные типы устройств обеспечивают нанесение покрытий на подложку, однако недостатком таких установок является узел поджига катода, который находится в статическом состоянии в процессе нанесения покрытия, так как в процессе нанесения покрытия в месте контакта катода с поджигом в результате электроэрозии выжигается материал катода, в результате чего контакт между катодом и поджигом(который находится в неподвижном состоянии) исчезает и инициация катодного пятна становится невозможной, т.е процесс нанесения прерывается.These types of devices provide coating on the substrate, however, the disadvantage of such installations is the cathode ignition unit, which is in a static state during the coating process, since during the coating process, the cathode material is burned as a result of electroerosion at the point of contact between the cathode and the ignition. the contact between the cathode and the ignition (which is stationary) disappears and the initiation of the cathode spot becomes impossible, i.e., the deposition process is interrupted.

Наиболее близким решением из уровня техники является вакуумно-плазменная установка для нанесения многофункциональных покрытий, содержащее корпус вакуумной камеры, титановый катод, источник питания разряда, устройство поджига, магнитную катушку, ввод реакционно-способного газа, источник опорного напряжения. В данной установке обеспечивается надежное зажигание дуги, однако ресурс его весьма ограничен из-за интенсивной электроэрозии катода и электрода поджига (С.Н.Григорьев. «Методы повышения стойкости режущего инструмента», г.Москва, «Машиностроение», 2009 г., стр.134).The closest solution from the prior art is a vacuum-plasma installation for applying multifunctional coatings containing a vacuum chamber housing, a titanium cathode, a discharge power source, an ignition device, a magnetic coil, a reactive gas input, a voltage reference source. This installation provides reliable ignition of the arc, but its resource is very limited due to the intense electroerosion of the cathode and ignition electrode (S.N. Grigoriev. "Methods to increase the resistance of the cutting tool", Moscow, "Engineering", 2009, pp. .134).

Технической задачей заявленного решения является создание такой конструкции установки для нанесения покрытий, в которой обеспечивался бы постоянный контакт, между катодом и поджигом, которая исключила бы потерю контакта в точке «катод-керамическая вставка» из-за процесса электроэрозии.The technical task of the claimed solution is the creation of such a design of the installation for coating, which would provide a constant contact between the cathode and ignition, which would eliminate the loss of contact at the point "cathode-ceramic insert" due to the process of electroerosion.

Поставленный технический результат решается посредством того, что в вакуумно-плазменной установке для нанесения многофункциональных покрытий, содержащей вакуумную камеру, систему откачки воздуха, систему подвода газофазной среды, поворотный стол, дуговые испарители с катодами и узел поджига, согласно изобретению узел поджига выполнен в виде стержневого элемента, расположенного внутри упругого сильфона с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, а именно с возможностью подвода стержневого элемента до возникновения контакта его рабочей части с боковой поверхностью катода в процессе создания вакуума в вакуумной камере и его отвода при напуске воздуха в камеру.The technical result is solved by the fact that in a vacuum-plasma installation for applying multifunctional coatings containing a vacuum chamber, an air pumping system, a gas phase supply system, a rotary table, arc evaporators with cathodes and an ignition unit, according to the invention, the ignition unit is made in the form of a rod an element located inside an elastic bellows with the possibility of reciprocating movement in the horizontal plane, namely with the possibility of supplying a rod element nt before contact of its working part with the lateral surface of the cathode occurs in the process of creating a vacuum in the vacuum chamber and its removal when air is let into the chamber.

Изобретение поясняется графическими материалами, где:The invention is illustrated by graphic materials, where:

- на фиг.1 схематично представлена вакуумно-плазменная установка для нанесения многофункциональных покрытий;- figure 1 schematically shows a vacuum-plasma installation for applying multifunctional coatings;

- на фиг.2 - узел поджига.- figure 2 - site ignition.

Вакуумно-плазменная установка для нанесения многофункциональных покрытий содержит рабочую вакуумную камеру 1, систему 2 откачки воздуха, систему 3 подвода газофазной среды, поворотный стол 4, дуговые испарители с катодами 5 и узел 6 поджига, выполненный в виде стержневого элемента 7 с керамической вставкой 8, который установлен внутри сильфона 9, с возможностью его подвода до возникновения контакта его рабочей части с боковой поверхностью катода 5 в процессе создания вакуума в вакуумной камере 1 и его отвода при напуске воздуха в камеру 1.The vacuum-plasma installation for applying multifunctional coatings contains a working vacuum chamber 1, an air pumping system 2, a gas-phase medium supply system 3, a rotary table 4, arc evaporators with cathodes 5 and an ignition unit 6, made in the form of a core element 7 with a ceramic insert 8, which is installed inside the bellows 9, with the possibility of its supply until the contact of its working part with the side surface of the cathode 5 in the process of creating a vacuum in the vacuum chamber 1 and its removal when air is let into the chamber 1.

Принцип работы заявленного устройства заключается в следующем.The principle of operation of the claimed device is as follows.

Установить на поворотный стол 4 мишени, закрыть рабочую вакуумную камеру 1. При помощи системы 2 откачки воздуха в рабочей вакуумной камере 1 создаем вакуум не ниже 10^-3 Па. При помощи системы 3 подвода газофазной среды напустить в камеру рабочий газ. Инициация вакуумного дугового разряда между рабочей камерой (анодом) 1 и катодом 5 осуществляется с помощью поджигающего электрода 7 системы поджига разряда. На электрод 7 подается напряжение, необходимое для пробоя межэлектродного промежутка, от источника высокого напряжения. После зажигания основного разряда подача высокого напряжения на электрод 7 прекращается. В результате инициации вакуумной дуги вблизи поджигающего электрода 7 на боковой поверхности катода 5 образуется катодное пятно, которое перемещается по поверхности, главным образом, под действием электромагнитных сил который смещается (растягивается) в сторону катода при вакуумировании камеры за счет разниц давлений на границе вакуум - атмосферное давление).Install 4 targets on the turntable, close the working vacuum chamber 1. Using a system 2 of pumping air, create a vacuum of at least 10 ^-3 Pa in the working vacuum chamber 1. Using the system 3 for supplying a gas-phase medium, let the working gas into the chamber. The initiation of a vacuum arc discharge between the working chamber (anode) 1 and the cathode 5 is carried out using the ignition electrode 7 of the ignition system of the discharge. The electrode 7 is supplied with the voltage necessary for the breakdown of the interelectrode gap from a high voltage source. After ignition of the main discharge, the high voltage supply to the electrode 7 is stopped. As a result of the initiation of a vacuum arc near the ignition electrode 7, a cathode spot is formed on the side surface of the cathode 5, which moves along the surface, mainly under the influence of electromagnetic forces, which moves (stretches) toward the cathode when the chamber is evacuated due to pressure differences at the vacuum - atmospheric interface pressure).

Анализ заявленного технического решения на соответствие требованиям условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.The analysis of the claimed technical solution for compliance with the requirements of patentability showed that the characteristics indicated in the independent claim are interrelated with each other with the formation of a stable set of necessary attributes unknown at the priority date from the prior art that is sufficient to obtain the required synergistic (over-total) technical result.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.The properties regulated in the claimed compound by individual features are well known in the art and require no further explanation.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для нанесения многофункциональных покрытий;- the object embodying the claimed technical solution, in its implementation is intended for applying multifunctional coatings;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form described in the independent claim, the possibility of its implementation using the means and methods known from the prior art on the priority date on the priority date has been confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, который позволяет при использовании вакуумно-плазменной установки для нанесения многофункциональных покрытий обработку широкой номенклатуры изделий.- an object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant, which allows the use of a vacuum-plasma installation for applying multifunctional coatings processing a wide range of products.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed object meets the requirements of patentability “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability” under applicable law.

Claims

A vacuum-plasma installation for applying multifunctional coatings containing a vacuum chamber, an air pumping system, a gas-phase medium supply system, a rotary table, arc evaporators with cathodes and an ignition unit, characterized in that the ignition unit is made in the form of a rod element located inside the bellows with the possibility of reciprocating movement in the horizontal plane, while the rod element is made with the possibility of supply until the contact of its working part with the side surface the cathode in the process of creating a vacuum in the vacuum chamber and its removal during the inlet of air into the chamber.