×
10.04.2015
216.013.3c7e

ПЛАЗМАТРОН ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ДИНАМИЧЕСКОМ ВАКУУМЕ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области плазменной обработки материалов, в частности для нанесения покрытий, и может найти применение в плазмометаллургии, плазмохимии и машиностроительной промышленности. Технический результат - повышение надежности работы плазматрона при нанесении покрытий из порошков веществ с различной температурой плавления, упрощение конструкции плазматрона и улучшение эксплуатационных и физико-механических характеристик покрытий. В плазматроне, содержащем катод с цилиндрической термоэмиссионной вставкой, сопло-анод, изолятор, завихрительный блок с тангенциальными отверстиями, систему водоохлаждения, канал одновременного ввода плазмообразующего газа и порошка, организуется работа дуги не в дозвуковой части, а в сверхзвуковой части сопла-анода. При этом цилиндрическая термоэмисионная вставка катода выполнена в виде центрального тела сопла-анода, суммарная площадь поперечных сечений тангенциальных отверстий завихрительного блока равна площади щелевого зазора между стенкой сопла-анода и цилиндрической термоэмиссионной вставкой катода, конец которой совпадает с началом расширяющейся сверхзвуковой части сопла-анода. 2 ил.
Основные результаты: Плазматрон для нанесения покрытий, содержащий катод с цилиндрической термоэмиссионной вставкой, сопло-анод, изолятор, завихрительный блок с тангенциальными отверстиями, канал одновременного ввода плазмообразующего газа и порошка, систему водоохлаждения, отличающийся тем, что цилиндрическая термоэмиссионная вставка катода выполнена в виде центрального тела сопла-анода, суммарная площадь поперечных сечений тангенциальных отверстий завихрительного блока равна площади щелевого зазора между стенкой сопла-анода и цилиндрической термоэмиссионной вставкой катода, конец которой совпадает с началом расширяющейся сверхзвуковой части сопла-анода.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области обработки материалов, в частности для нанесения покрытий, и может найти применение в плазмометаллургии, плазмохимии и машиностроительной промышленности.

Известен плазматрон по патенту РФ №2366122 2009 г. для напыления преимущественно материалов с высокой температурой плавления в динамическом вакууме. На фигуре 1 представлено поперечное сечение этого плазматрона для нанесения порошковых материалов.

Устройство содержит водоохлаждаемый медный катод 1 с термоэмиссионной вставкой, сопло-анод 2 в виде конуса, изолятор 3, завихрительный блок 4 с тангенциальными отверстиями 5, канал 6 между завихрительным блоком 4, катодом 1, изолятором 3 и входом в сопло-анод 2, канал ввода плазмообразующего газа и порошка 7.

Плазматрон работает следующим образом. Включают подачу охлаждающей воды и плазмообразующего газа, подают напряжение между катодом 1 и соплом-анодом 2. При наличии напряжения между катодом 1 и соплом-анодом 2 возбуждается электрическая дуга 8, которая вращается за счет тангенциальной закрутки плазмообразующего газа. После этого осуществляют подачу порошка в канал ввода подачи плазмообразующего газа 7. Потоком плазмообразующего газа порошок транспортируется через тангенциальные отверстия 5 завихрительного блока 4 в межэлектродное пространство, где нагревается, плавится. На этой фигуре подаваемые в плазматрон частицы представлены сплошными точками, а частицы, нагретые в дуге, - кружочками.

Недостатком данного изобретения является то, что при подаче порошка вещества, имеющего температуру плавления меньше чем ~1500°C, происходит выпадение расплавленных частиц на стенку сопла в районе критического сечения (см. фигуру 1), сопло забивается и прекращает работать. Это происходит из-за того, что, как видно из фигуры 1, организация рабочей дуги в дозвуковой части сопла приводит к тому, что относительно легкоплавкие материалы (медь, алюминий и т.д.), расплавляясь до критического сечения сопла, могут сходить с искривленных линий тока и выпадать на стенку сопла. При подаче же порошков веществ, имеющих температуру плавления заметно выше 1500°C (карбиды, нитриды и т.д.), расплавление частиц происходит уже внутри сверхзвуковой части сопла на прямых линиях тока, после чего расплавленные частицы вылетают из сопла.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы плазматрона при нанесении покрытий не только из веществ, имеющих высокую температуру плавления, но и из легкоплавких веществ с одновременным упрощением конструкции плазматрона и улучшением эксплуатационных и физико-механических характеристик покрытий.

Технический результат изобретения состоит в исключении выпадения расплавленных частиц порошка на стенки сопла.

Для достижения технического результата в плазматроне, содержащем катод с цилиндрической термоэмиссионной вставкой, сопло-анод, изолятор, завихрительный блок с тангенциальными отверстиями, систему водоохлаждения, канал одновременного ввода плазмообразующего газа и порошка, организуется работа дуги не в дозвуковой части, а в сверхзвуковой части сопла-анода.

Отличительными признаками предлагаемого плазматрона для нанесения покрытий являются выполнение цилиндрической термоэмиссионной вставки в катоде плазматрона в виде центрального тела сопла-анода, равенство суммарной площади поперечных сечений тангенциальных отверстий завихрительного блока площади кольцевого зазора между цилиндрической термоэмиссионной вставкой катода и стенкой сопла-анода, совпадение конца цилиндрической термоэмиссионной вставки с началом расширяющейся сверхзвуковой части сопла-анода. Условие равенства площадей необходимо для того, чтобы порошок, транспортируемый плазмообразующим газом, не выпадал бы из потока в окрестности завихрительного блока. Единый канал для плазмообразующего газа и порошка, кроме упрощения конструкции плазматрона, обеспечивает повышение эффективности нагрева и увеличение коэффициента использования порошка за счет максимального использования энергии плазменной дуги для нагрева, плавления и частичного образования паровой фазы напыляемого вещества, а также для разгона в коническом сверхзвуковом сопле-аноде и в струе, расширяющейся в среду с пониженным давлением, поддерживаемым за счет динамического вакуума, что, как следствие, дает возможность получить качественное покрытие с меньшей пористостью и с большей прочностью сцепления с основой.

При этом, за счет резкого расширения в динамическом вакууме паровой фазы напыляемого вещества, происходит ее конденсация с образованием наночастиц, которые вместе с расплавленными частицами порошка участвуют в образовании покрытия. Участие наночастиц в получении покрытия существенно увеличивает когезию и адгезию покрытия, что, в свою очередь, приводит к улучшению рабочих характеристик покрытия.

Завихрительное кольцо с тангенциальными отверстиями обеспечивает симметричный поток плазмообразующего газа с порошком, что увеличивает ресурс работы электрода, а, следовательно, эффективность работы плазматрона.

На фигуре 2 представлено поперечное сечение предлагаемого плазматрона с соплом, имеющим центральное тело в виде цилиндрической термоэмиссионной вставки в катоде. На фигуре 2 оставлены те же обозначения, что и на фигуре 1. Из фигуры 2 видно, что в сопле имеется цилиндрическая часть, переходящая затем в расширяющуюся сверхзвуковую часть. В цилиндрической части сопла располагается в качестве так называемого «центрального тела» цилиндрическая термоэмиссионная вставка катода. При этом конец цилиндрической вставки катода совпадает с началом расширяющейся сверхзвуковой части сопла-анода. Дуга возбуждается между концом цилиндрической вставки катода и сверхзвуковой частью сопла.

На фигуре 2 видно, что поступающие в сопло холодные частицы напыляемого вещества разгоняются параллельно центральному телу в зазоре между ним и цилиндрической частью сопла, приобретают скорость, параллельную оси сопла, и только после этого попадают в область воздействия на них дуги. В дуге происходит плавление и диспергирование частиц, которые затем, сохраняя скорость, параллельную оси сопла, доразгоняются в нем до сверхзвуковых скоростей и вылетают из выходного отверстия сопла.

Предлагаемое устройство содержит водоохлаждаемый катод 1 с цилиндрической термоэмиссионной вставкой, которая является центральным телом сопла-анода плазмотрона, сопло-анод 2, завихрительный блок 4 с тангенциальными отверстиями 5, канал 6 между завихрительным блоком, катодом 1, изолятором 3 и входом в сопло-анод 2, канал ввода плазмообразующего газа и порошка 7.

Предлагаемый плазматрон работает следующим образом. Включают подачу воды и плазмообразующего газа, подают напряжение между катодом 1 и соплом-анодом 2. При наличии напряжения между концом катодной цилиндрической термоэмиссионной вставки и соплом-анодом 2 возбуждается электрическая дуга 8. После этого осуществляют подачу порошка в канал ввода подачи рабочего газа 7. Массовые соотношения расходов порошка и рабочего газа для обеспечения устойчивой работы не превышают 50%. Потоком рабочего газа порошок транспортируется через тангенциальные отверстия 5 завихрительного кольца 4 в межэлектродное пространство, далее через щелевой зазор между цилиндрической термоэмиссионной вставкой и цилиндрической частью сопла в сверхзвуковую часть сопла, где нагревается в дуге и плавится. Далее нагрев и диспергирование продолжается в сверхзвуковой части сопла-анода 2, где также происходит интенсивный разгон частиц порошка, что обеспечивает повышенные адгезионные свойства покрытий при нанесении покрытий в условиях динамического вакуума. В качестве материала термоэмиссионной вставки могут быть использованы вольфрам или цирконий.

Предлагаемый плазматрон для напыления порошковых материалов, в том числе легкоплавких, имеет следующие характеристики: электрическая мощность на дуге плазматрона - до 20 кВт, расход плазмообразующего газа - до 5 г/с, расход порошка - до 2 г/с, плазмообразующие газы - воздух, CO2, N2, Ar, He. В качестве напыляемых порошков могут быть использованы металлы, оксиды, карбиды и другие материалы.

Плазматрон для нанесения покрытий, содержащий катод с цилиндрической термоэмиссионной вставкой, сопло-анод, изолятор, завихрительный блок с тангенциальными отверстиями, канал одновременного ввода плазмообразующего газа и порошка, систему водоохлаждения, отличающийся тем, что цилиндрическая термоэмиссионная вставка катода выполнена в виде центрального тела сопла-анода, суммарная площадь поперечных сечений тангенциальных отверстий завихрительного блока равна площади щелевого зазора между стенкой сопла-анода и цилиндрической термоэмиссионной вставкой катода, конец которой совпадает с началом расширяющейся сверхзвуковой части сопла-анода.
ПЛАЗМАТРОН ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ДИНАМИЧЕСКОМ ВАКУУМЕ
ПЛАЗМАТРОН ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ДИНАМИЧЕСКОМ ВАКУУМЕ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 15.
27.05.2013
№216.012.449b

Способ нанесения теплозащитного наноструктурированного покрытия плазменным распылением порошка

Изобретение относится к области нанотехнологий, используемых для нанесения покрытий, и может найти применение в ракетостроении, авиационной и машиностроительной промышленности. Осуществляют поддержание динамического вакуума в камере для нанесения покрытия и проводят поочередное напыление слоя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483140
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.04.2014
№216.012.bebe

Устройство для регенеративного охлаждения сверхзвуковой части сопла жидкостного ракетного двигателя

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для охлаждения сверхзвуковой части сопла жидкостных ракетных двигателей. Задачей предлагаемого изобретения является создание работоспособного на переходных и стационарных режимах работы устройства охлаждения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514570
Дата охранного документа: 27.04.2014
10.07.2014
№216.012.daed

Способ ускоренных испытаний катодов плазменных двигателей и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области электрореактивных двигателей, а именно к классу плазменных ускорителей (холловских, ионных), использующих в своем составе катоды. При необходимости оно может быть использовано также в смежных областях техники, например, при проведении испытаний катодов для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521823
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2014
№216.012.de2b

Воздухозаборное устройство силовой установки гиперзвукового летательного аппарата

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к конструкциям сверхзвуковых летательных аппаратов, снабженных комбинированными силовыми установками. В воздухозаборном устройстве силовой установки гиперзвукового летательного аппарата, содержащем ступенчатый горизонтальный клин...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522661
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.df61

Ядерная энергодвигательная установка

Изобретение относится к области ядерных энергодвигательных установок (ЯЭДУ) большой мощности, функционирующих с замкнутым контуром рабочего тела для выработки электрической энергии и создания тяги. ЯЭДУ содержит электроракетную двигательную установку, холодильник-излучатель, реакторную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522971
Дата охранного документа: 20.07.2014
27.09.2014
№216.012.f7db

Пакет пластин теплообменного аппарата

Изобретение относится к теплотехнике, предназначено для использования в теплообменных аппаратах и может применяться в космической, авиационной, энергетической, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Пакет пластин теплообменного аппарата состоит из одинаковых пластин...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529288
Дата охранного документа: 27.09.2014
20.11.2014
№216.013.08df

Ядерная энергодвигательная установка космического аппарата

Изобретение относится к атомной энергетике и ракетно-космической технике. Технический результат - повышение эффективности и надежности функционирования ядерной энергодвигательной установки космического аппарата. ЯЭДУ КА содержит нагреватель - газоохлаждаемый ядерный реактор, холодильник,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533672
Дата охранного документа: 20.11.2014
20.12.2014
№216.013.1067

Генератор электронного пучка (варианты)

Группа изобретений относится к области физической электроники и может использоваться как источник непрерывных или импульсных пучков электронов с энергией до 10-20 кэВ в газах среднего давления (0,1-10 кПа). В первом варианте изобретения катод (1) генератора выполнен в виде неохлаждаемого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535622
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.04.2015
№216.013.3bfd

Устройство для исследования малоцикловой термоусталости конструкционных материалов в газовых потоках

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для исследования термической усталости конструкционных материалов, и может быть использовано для экспериментального подтверждения расчетного прогноза малоцикловой прочности конструкционных материалов. Устройство состоит из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546845
Дата охранного документа: 10.04.2015
27.04.2015
№216.013.45ca

Катод плазменного ускорителя (варианты)

Изобретение относится к области электроракетных двигателей, а именно, к широкому классу плазменных ускорителей (холловских, ионных, магнитоплазмодинамических и др.), составной частью которых является катод как генератор плазмы. Технический результат - повышение ресурса работы катода за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549370
Дата охранного документа: 27.04.2015
Показаны записи 1-10 из 21.
27.05.2013
№216.012.449b

Способ нанесения теплозащитного наноструктурированного покрытия плазменным распылением порошка

Изобретение относится к области нанотехнологий, используемых для нанесения покрытий, и может найти применение в ракетостроении, авиационной и машиностроительной промышленности. Осуществляют поддержание динамического вакуума в камере для нанесения покрытия и проводят поочередное напыление слоя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483140
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.04.2014
№216.012.bebe

Устройство для регенеративного охлаждения сверхзвуковой части сопла жидкостного ракетного двигателя

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для охлаждения сверхзвуковой части сопла жидкостных ракетных двигателей. Задачей предлагаемого изобретения является создание работоспособного на переходных и стационарных режимах работы устройства охлаждения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514570
Дата охранного документа: 27.04.2014
10.07.2014
№216.012.daed

Способ ускоренных испытаний катодов плазменных двигателей и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области электрореактивных двигателей, а именно к классу плазменных ускорителей (холловских, ионных), использующих в своем составе катоды. При необходимости оно может быть использовано также в смежных областях техники, например, при проведении испытаний катодов для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521823
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2014
№216.012.de2b

Воздухозаборное устройство силовой установки гиперзвукового летательного аппарата

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к конструкциям сверхзвуковых летательных аппаратов, снабженных комбинированными силовыми установками. В воздухозаборном устройстве силовой установки гиперзвукового летательного аппарата, содержащем ступенчатый горизонтальный клин...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522661
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.df61

Ядерная энергодвигательная установка

Изобретение относится к области ядерных энергодвигательных установок (ЯЭДУ) большой мощности, функционирующих с замкнутым контуром рабочего тела для выработки электрической энергии и создания тяги. ЯЭДУ содержит электроракетную двигательную установку, холодильник-излучатель, реакторную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522971
Дата охранного документа: 20.07.2014
27.09.2014
№216.012.f7db

Пакет пластин теплообменного аппарата

Изобретение относится к теплотехнике, предназначено для использования в теплообменных аппаратах и может применяться в космической, авиационной, энергетической, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Пакет пластин теплообменного аппарата состоит из одинаковых пластин...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529288
Дата охранного документа: 27.09.2014
20.11.2014
№216.013.08df

Ядерная энергодвигательная установка космического аппарата

Изобретение относится к атомной энергетике и ракетно-космической технике. Технический результат - повышение эффективности и надежности функционирования ядерной энергодвигательной установки космического аппарата. ЯЭДУ КА содержит нагреватель - газоохлаждаемый ядерный реактор, холодильник,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533672
Дата охранного документа: 20.11.2014
20.12.2014
№216.013.1067

Генератор электронного пучка (варианты)

Группа изобретений относится к области физической электроники и может использоваться как источник непрерывных или импульсных пучков электронов с энергией до 10-20 кэВ в газах среднего давления (0,1-10 кПа). В первом варианте изобретения катод (1) генератора выполнен в виде неохлаждаемого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535622
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.04.2015
№216.013.3bfd

Устройство для исследования малоцикловой термоусталости конструкционных материалов в газовых потоках

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для исследования термической усталости конструкционных материалов, и может быть использовано для экспериментального подтверждения расчетного прогноза малоцикловой прочности конструкционных материалов. Устройство состоит из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546845
Дата охранного документа: 10.04.2015
27.04.2015
№216.013.45ca

Катод плазменного ускорителя (варианты)

Изобретение относится к области электроракетных двигателей, а именно, к широкому классу плазменных ускорителей (холловских, ионных, магнитоплазмодинамических и др.), составной частью которых является катод как генератор плазмы. Технический результат - повышение ресурса работы катода за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549370
Дата охранного документа: 27.04.2015
+ добавить свой РИД