Пристрій для дифузійної металізації в середовищі легкоплавких рідкометальних розчинів

 

Пристрій відноситься до установок, призначених для дифузійної металізації виробів з метою надання поверхневих шарів цих виробів особливих фізико-хімічних властивостей і може використовуватися в загальному машинобудуванні, в інструментальній промисловості та інших галузях. Зокрема, установка призначена для нанесення на вироби дифузійних покриттів у середовищі легкоплавких рідкометальних розчинів в умовах масового виробництва при одночасному поєднанні процесів нанесення покриттів з термічною обробкою матеріалу виробів.

Відомий контейнерний спосіб нанесення дифузійних покриттів у середовищі рідкометальних розчинів [Шатинський В.Ф., Збожная О.М., Максимович Р.Р. Отримання дифузійних покриттів у середовищі легкоплавких металів. - Київ: Наукова думка, 1976. - 282 с.], при якому процес дифузійної металізації проводиться поопераційно з застосуванням декількох установок. На першому етапі в барокамері в середовищі інертного газу виріб поміщають в ампулу, заливають жидкометаллическим розчином, що містить елемент, на базі якого формується покриття. Після цього в тій же барокамері ампула поміщається в контейнер, що герметизується за допомогою зварювання. Проэлектропечи відкритого типу. Після завершення процесу контейнер розкривається, і виріб вилучається з ампули, його очищають від розплаву і піддають термічній обробці. Перевагою цього способу є можливість використання для нанесення покриттів простих електропечей, однак багатоопераційні, тривалість і трудомісткість процесу роблять його рентабельним тільки при проведенні експериментальних досліджень та одиничному виробництві.

Найбільш близьким до заявляється пристрою є установка для дифузійної металізації з середовища легкоплавких розчинів [патент №2293791 РФ, МПК C23C 10/22 (2006.01). Опубл. 20.02.07, Бюл. №5].

Прототип являє собою пристрій, що містить дві водоохолоджувані камери, в нижній камері розташовується ампула з металевим розчином, теплозахисні екрани, нагрівальний пристрій, у верхній - рухливий шток, на якому закріплені покриваються вироби, порожнини камер пов'язані вертикальним каналом, закритим знизу рухомим теплозахисним екраном, камери мають вакуумну систему та систему наповнення їх інертним газом, на відміну від прототипу у вертикальному каналі, що зв'язує камери, встановлений герметичний затвор, у бічній стінці верхньої камери (шлюзова камера) виполнеется система циркуляції і охолодження інертного газу. Система циркуляції і охолодження інертного газу містить теплообмінник і насос.

Технологічний процес нанесення дифузійних покриттів із застосуванням пристрою, який є прототипом, здійснюється наступним чином. У нижню камеру встановлюється ванна з розплавом, у якої знаходиться транспортний легкоплавкий сплав і розчинені в ньому елементи покриття. Через люк вироби поміщаються у верхню камеру і закріплюється на завантажувальному штоку. Люк закривається, і проводиться герметизація верхньої камери. Відкриваються запірні вентилі, і через вакуумні магістралі проводиться відкачка повітря з верхньої і нижньої камер. Після досягнення заданого вакууму верхня і нижня камери заповнюються інертним газом. На нагрівачі, що знаходяться в нижній камері, подається електричний струм, і виробляється нагрівання ванни з металевим розчином. Після досягнення металевим розчином заданої температури процесу відкривається затвор і екрани, які відділяють верхню і нижню камери, що забезпечує об'єднання порожнин верхньої і нижньої камер. Через утворився прохід за рахунок переміщення завантажувального штока вниз вироби занурюються у ванну з розплавленим металевим розчином, і Ќю штока переміщуються у верхню камеру, закривається засувка, за рахунок чого порожнині верхньої і нижньої камер ізолюються один від одного, і включається насос, що викликає циркуляцію інертного газу, що знаходиться в верхній камері, що забезпечує термічну обробку покритих виробів. Після охолодження виробів до заданої температури насос відключається, відкривається люк верхньої камери, і вироби, з неї витягуються. При цьому в нижній камері залишається інертне середовище, і підтримується задана температура процесу. Далі проводиться завантаження наступної партії виробів, вакуумування та заповнення інертним газом верхньої камери, і цикл нанесення покриттів повторюється.

Недоліком прототипу є те, що верхня камера в прототипі в процесі прогріву виробів і при нанесенні покриттів повідомляється з нижньою камерою, що призводить до значних втрат тепла, а отже, до додаткових енергетичних витрат. Крім цього, виникає при цьому розігрів верхньої камери знижує ефективність охолодження виробів при проведенні термічної обробки покритих виробів.

Недоліком прототипу є також знижена надійність затвора, що розділяє нижню і верхню камери, так як він знаходиться в області високих температур.<�ельние елементи контактують хоча і з інертним середовищем, але що містить пари розплаву, що призводить до значного зниження ресурсу нагрівальних елементів, а відсутність теплоізоляції нагрівальної камери призводить до значним тепловим - енергетичних втрат.

Все перераховане вище, в кінцевому підсумку, призводить до збільшення тривалості технологічного процесу, тобто зниження продуктивності, значного витраті електроенергії, інертного газу, а також зниження надійності і довговічності агрегатів установки.

Технічною задачею винаходу є збільшення надійності і довговічності установки, продуктивності процесу нанесення покриттів, скорочення енергетичних і трудових витрат, забезпечення можливості нанесення покриттів на великогабаритні вироби у великосерійному і масовому виробництві.

Поставлена задача вирішується тим, що заявляється пристрій містить нагрівальну камеру з зовнішніми нагрівачами, в якій розташовується ванна з металевим розчином. На одному рівні з нагрівальною камерою розташована шлюзова камера, яка служить для загартування, завантаження і вивантаження виробів. Над нагрівальної і шлюзовий камерами розташована маніпуляційна камера, яка пов'язує між�ія покриваються виробів, завантажувально-розвантажувальний пристрій, на якому закріплені покриваються вироби, теплоізолюючі екрани та ущільнюючі водоохолоджувані диски, що забезпечують герметизацію шлюзової камери.

Завдяки новій сукупності суттєвих ознак винаходу отримуємо можливість скоротити енергетичні витрати, автоматизувати процес нанесення покриттів і термічної обробки, підвищити якість нанесених покрить, підвищити надійність і довговічність пристрою, збільшити вагу та габарити оброблюваних виробів. Це пояснюється тим, що в пропонованому пристрої з нагрівальної камери видалені нагрівальні елементи, і нагрів може здійснюватися як зовнішніми електронагрівачами - електропіч шахтна, так і з допомогою полум'яного нагріву. Електропіч шахтна має хорошу теплоізоляцію, а отже, високий ККД, за рахунок цього зменшуються енергетичні витрати та створюється можливість значно збільшити габаритні розміри нагрівальної камери. Ще більш ефективним, особливо при нанесенні покриттів на великогабаритні вироби, є полум'яний нагрівання. Крім цього, винесення нагрівальних елементів за межі нагрівальної камери забезпечує з�елементів жидкометаллической насичує середовища. Пропонована компонування пристрою, при якій нагрівальна і шлюзова камери розташовані на одному рівні, а переміщення, завантаження-вивантаження виробів, а також герметизація шлюзової камери здійснюються за рахунок маніпулятора, забезпечує зниження енергетичних витрат, поліпшення умов термічної обробки, підвищується надійність вузла герметизації шлюзової камери, знижується трудомісткість завантажувально-розвантажувальних операцій і покращуються умови обслуговування пристрою.

На фіг.1 і 2 схематично представлений варіант виконання заявляється пристрою. В даному варіанті зовнішній нагрів нагрівальної камери здійснюється в шахтній электронагревательной печі.

Заявляемое пристрій містить нагрівальну камеру 1, яка розташовується в шахтній электронагревательной печі 2. Всередині нагрівальної камери 1 встановлена ванна 3 з жидкометаллическим розчином. На одному рівні з нагрівальною камерою знаходиться шлюзова камера 4. Шлюзова камера має 4 завантажувально-розвантажувальний люк 5, а також систему загартування покритих виробів, яка складається з всмоктуючого патрубка 6, охолоджувача гартівних середовища 7, насоса 8, системи подачі гартівних середовища на вироби 9. Нагрівальна камера 1 уляционной камері розміщений маніпулятор, забезпечує переміщення покриваються виробів 11 і 12 у вертикальній площині і проворот їх навколо центральної осі. Маніпулятор складається з ходового гвинта 13 із гайкою 14, до якої прикріплені кронштейни 15 і 16. На кінцях кронштейнів 15, 16 зафіксовані штоки 17, 18, на яких, в свою чергу, закріплені ущільнюючі водоохолоджувані диски 19, 20, тепловідбивні екрани 21, 22 і оброблювані вироби 11, 12. Ходовий гвинт 13 кінематично пов'язаний з мотор-редуктором 23, який приводить його в обертання.

Ходовий гвинт 13 із гайкою 14 знаходяться всередині порожнього вала 24, має поздовжні пази, через які проходять припливи гайки 14. До припливам гайки 14 кріпляться кронштейни 15 і 16. Порожнистий вал 24 кінематично пов'язаний з мотор-редуктором 25, який приводить його в обертальний рух. Перпендикулярно площині пазів на порожнистому валу кріпляться заслінки 26, 27, поділяють порожнину маніпуляційної камери 10 на гарячу I і холодну II. Корпус маніпуляційної камери 10 має систему водяного охолодження (як варіант виконання - подвійні стінки), до якої приєднані та диски 19, 20. У горловині, що з'єднує маніпуляційну камеру 10 зі шлюзової, встановлено герметизуюче ущільнення 28.

Пристрій має вакуумну систему, службовців�тихий камер інертним газом. Вакуумна система складається з вакуумного насоса 31, трубопроводів 29, 32 і запірних вентилів 30, 33. Система заповнення камер інертним газом балон містить 34 з інертним газом, редуктор 35, трубопроводи 36, 37 і запірні вентилі 38, 39.

Пристрій працює наступним чином. Через люк 5 оброблювані вироби поміщаються в шлюзову камеру 4 і закріплюються на штоку 17. Люк 5 закривається, і проводиться герметизація камери 4. Відкриваються запірні вентилі 30, 33, і через вакуумні магістралі 29 і 32 проводиться відкачка повітря з камер 1, 4, 10. Після досягнення заданого вакууму в камерах 1, 4, 10 вентилі 30 і 33 закривають, і відбувається заповнення камер 1, 4, 10 інертним газом балона 34 через редуктор 35 і магістралі 36, 37 шляхом відкривання вентилів 38 і 39. Заповнення інертним газом завершується при досягненні заданого тиску газу в камерах 1, 4, 10 шляхом перекривання вентилів 38 і 39. На нагрівачі електропечі 2 подається електричний струм і виробляється нагрівання ванни 3 з металевим розчином. Після досягнення металевим розчином заданої температури процесу включається мотор-редуктор 23, який обертає гвинт 13, і за рахунок фіксації гайки 14 від проворота в пазах вала 24 виробляється підйом виробів 11 з шлюзової кам�звертається, і включається мотор-редуктор 25, який провертає вал 24, а той, у свою чергу, впливаючи на припливи гайки 14, викликає обертальний переміщення виробів в напрямку нагрівальної камери 1, а також обертання заслінок 26 і 27 навколо осі вала 24. При досягненні положення, при якому вироби знаходяться по центру нагрівальної камери, мотор-редуктор 25 вимикається і включається мотор-редуктор 23, але вже в реверсному режимі, а рахунок цього вироби переміщаються вниз і занурюються у ванну з жидкометаллическим розчином 3, і починається процес формування дифузійних покриттів на поверхнях виробів. Одночасно відбувається переміщення завантажувального штока 18 в шлюзову камеру 4 і її герметизація диском 20. За період часу витримки виробів у ванні 3 проводиться завантаження наступних виробів через люк 5, вакуумування шлюзової камери 4 і наповнення її інертним газом. Вакуумування здійснюється через магістраль 29 і вентиль 30, а її заповнення інертним газом - через магістраль 37 і вентиль 38.

Після завершення циклу формування покриттів на виробах 11 включають мотор-редуктор 23 в прямому напрямку, і проводиться переміщення покритих виробів 11 і підготовлених до нанесення покриттів виробів 1�й припиняється шляхом зупинки мотор-редуктора 23. Потім включається мотор-редуктор 25 в реверсному напрямку, і вироби 11 переміщуються до центру шлюзової камери 4, вироби 12 - до центру нагрівальної камери 1.

Після фіксації виробів 12 над нагрівальною камерою 1, а покритих виробів 11 - над шлюзової камерою 4 включається мотор-редуктор 23 в реверсному напрямку, і вироби 12 занурюються у ванну з жидкометаллическим розчином, в якому на виробах формуються покриття, а вироби 11 - в шлюзову камеру 4, де піддаються охолодженню потоком інертного газу, створюваним вентилятором 8. Охолодження потоку інертного газу відбувається в теплообміннику 7. Шлюзова камера 4 герметизується диском 19. Після охолодження виробів 11 у шлюзовій камері 4 відкривається люк 5, вироби 11 знімаються зі штока 17 і витягуються з шлюзової камери 4. Потім проводиться завантаження нової партії виробів, і процес повторюється.

Замість шахтної 2 електропечі для нагріву нагрівальної камери 1 і 3 ванни, розміщеної у ній для великогабаритних виробів, можна застосовувати полум'яні печі.

Таким чином, пропонована горизонтальна компонування печі, зовнішній нагрів і наявність маніпулятора дозволяють вирішити поставлені завдання на новому технічному рівні.

1. Пристрій дл� шлюзову камери, завантажувально-розвантажувальний пристрій для покриваються виробів, автономні вакуумні системи, системи наповнення камер інертним газом і нагрівальний пристрій, в нагрівальній камері розташовується ванна з металевим розчином, а шлюзова камера має люк і систему загартування, включає контур циркуляції інертного газу, теплообмінник і насос, що відрізняється тим, що камери розташовані на одному рівні, а нагрівальний пристрій виконано зовнішнім по відношенню до нагрівальній камері, при цьому над нагрівальної і шлюзовий камерами розташована маніпуляційна камера, герметично зв'язує їх між собою, а в маніпуляційній камері розташовано роторний пристрій переміщення покриваються виробів і завантажувально-розвантажувальний пристрій, виконане з двома штоками, на якому закріплені покриваються вироби, тепловідбивні екрани та ущільнюючі водоохолоджувані диски, що забезпечують герметизацію шлюзової камери.

2. Пристрій для дифузійної металізації в середовищі легкоплавких рідкометальних розчинів по п.1, що відрізняється тим, що нагрівальна камера встановлена в шахтній электронагревательной печі.

3. Пристрій для дифузійної металізації в середовищі легкоплав печі.

4. Пристрій для дифузійної металізації в середовищі легкоплавких рідкометальних розчинів по п.1, що відрізняється тим, що маніпуляційна камера розділена заслінками, закріпленими на роторному пристрої, на холодну та гарячу камери.

5. Пристрій для дифузійної металізації в середовищі легкоплавких рідкометальних розчинів по п.1, що відрізняється тим, що роторний пристрій складається з порожнистого валу з поздовжніми пазами, фіксуючими гайку завантажувально-розвантажувального пристрою, при цьому вал роторного пристрою кінематично пов'язаний з мотор-редуктором.

6. Пристрій для дифузійної металізації в середовищі легкоплавких рідкометальних розчинів по п.1, що відрізняється тим, що завантажувально-розвантажувальний пристрій складається з ходового гвинта і гайки, до якої прикріплені кронштейни з завантажувальними штоками, при цьому ходовий гвинт кінематично пов'язаний з мотор-редуктором.



 

Схожі патенти:

Спосіб антифрикционно-зміцнюючої обробки внутрішніх циліндричних поверхонь

Винахід відноситься до галузі технології машинобудування, зокрема до способів антифрикционно-зміцнюючої обробки внутрішніх циліндричних поверхонь

Спосіб отримання наноструктурованого металевого листа

Винахід відноситься до хіміко-термічної обробки металевих виробів, а саме до створення наноструктурованих матеріалів конструкційного призначення

Спосіб формування наноструктурованого металевого шару на поверхні сталевого листа

Винахід відноситься до хіміко-термічної обробки металевих виробів, а також до створення наноструктурованих матеріалів конструкційного призначення

Спосіб виготовлення функціональної поверхні

Винахід відноситься до способу виготовлення функціональної поверхні і може бути використане в машинобудуванні, наприклад, для формування відображають та інших металовмісних покриттів

Спосіб виготовлення тонкостінних художніх виробів методом електродугової металізації

Винахід відноситься до ливарного виробництва та може бути використане в техніці, образотворчому мистецтві та архітектурі
Винахід відноситься до методів створення виробів з регламентованими властивостями поверхневого шару і може бути використане в машинобудуванні, зокрема, для підвищення стійкості пресового інструменту при пресуванні профілів з титанових сплавів

Спосіб нанесення покриття на поверхню металевого матеріалу, пристрій для його здійснення і отримане виріб

Винахід відноситься до нанесення покриттів на металеві поверхні
Винахід відноситься до області електрохімічного одержання шарів благородних металів і може бути використане для каталізу в хімічній промисловості, для створення електролітичних конденсаторів в радіоелектронній та електротехнічній промисловості
Винахід відноситься до області гальванопластики та застосовується при виготовленні художніх виробів

Спосіб нанесення хромового покриття на сталеві деталі

Винахід відноситься до машинобудування і може бути використане для відновлення і зміцнення поверхонь деталей машин
Винахід відноситься до способів нанесення покриттів на деталі з посилених волокнами полімерних композиційних матеріалів

Сталь для гарячого штампування або гарту в інструменті, що володіє поліпшеною пластичністю

Винахід відноситься до виготовлення гарячекатаних або холоднокатаних деталей

Неорганічні сполуки

Винахід відноситься до отримання електропровідних сполук металів

Спосіб поєднаної обробки деталей

Винахід відноситься до області машинобудування, зокрема до зміцнюючої фізико-хімічній обробці деталей

Градієнтне функціональне покриття на прозорій підкладці

Винахід відноситься до галузі функціональних градієнтних тонкоплівкових покриттів, прозорих у видимій області спектру, одержуваних методами вакуумного магнетронного розпилення і виконують спеціальні функції, наприклад послаблення теплового або радіочастотного випромінювання

Спосіб электровзривного нанесення металевих покриттів на контактні поверхні

Винахід відноситься до технології нанесення покриттів, зокрема до імпульсного электровзривному нанесення покриттів з застосуванням в якості фольг різних металів, і може бути використано в електротехніці для формування контактних поверхонь з високою електричною провідністю

Спосіб нанесення металевого покриття на волокна рідким методом

Винахід відноситься до способу покриття матеріалом в розплавленому стані
Винахід відноситься до способів захисту металів від корозії, ерозії та зносу і може бути застосована в різних галузях промисловості для одержання зносостійких і антифрикційних покриттів
Винахід відноситься до машинобудування, зокрема до складів мастильних матеріалів для вузлів тертя як із сплавів на основі заліза, так і кольорових металів, і може бути використано в якості добавки до мастил двигунів внутрішнього згоряння або в якості твердосмазочних матеріалів

Покриття для захисту від зносу металевих конструктивних елементів машин та спосіб його одержання

Винахід відноситься до покриттів для захисту від зносу металевих конструктивних елементів машин
Винахід відноситься до технологій, що забезпечує підвищення зносостійкості поверхонь виробів, і може бути використане при виробництві виробів, працюючих в умовах абразивного та гідроабразивного зношування, сухого тертя при високих контактних напругах
Up!