Привет студент

 

Кафедра материаловедения и технологии металлов

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Оборудование и технологические средства для создания износостойких поверхностей»

 

Оборудование для восстановления деталей методом пластического деформирования

                            

 

 

Содержание

1.Напыление конденсацией из паровой (газовой) фазы (PVD-процесс)………………………………………………………………………	3
2.Сравнение с финишным плазменным упрочнением (ФПУ).………….	10
3.Метод вакуум-дугового нанесения покрытий…….…………………...	14
3.1 Установка Avinit™ для нанесения функциональных композиционных нанопокрытий……....................................................................................	15
3.2 Автоматизированная система сбора данных и управления технологическими процессами нанесения покрытий……………………	16
3.3 Особенности оборудования и нанопокрытий Avinit™….………….	18
4. Методы получения наноматериалов с использованием технологий обработки поверхности …………………………………………..…………	19
4.1Методы физического осаждения из паровой фазы……………………	20
4.2 Термическое испарение ………..……………………………………...	21
5.Модели воздухонагревателей для PVD процесса................................	27
5.1 Особенности конструкции теплогенераторов и воздухонагревателей Benson Heating..........................................................................................	27
5.2 Нагреватели воздуха VARIANTE.....................................................	27
5.3 Воздухонагреватели PVN и PVD......................................................	30

 

 
 

 

Напыление конденсацией из паровой (газовой) фазы (PVD-процесс    

     Напыление конденсацией из паровой (газовой) фазы (англ. physical vapour deposition; сокращённо PVD) обозначает группу методов напыления покрытий (тонких плёнок) в вакууме, при которых покрытие получается путём прямой конденсации пара наносимого материала. Наиболее общие PVD методы включают разбрызгивание и испарение. Разбрызгивание, которое является главным процессом PVD, использует перенос материала от источника к детали посредством бомбардировки цели газовыми ионами, которые ускоряются высоким напряжением. Интересно отметить, что практически любой способ реализации может быть осуществлен с применением лазерного излучения. Из всех вышеперечисленных классов методов наиболее используемыми являются первые два – на них приходится более 60% от всего объема поверхностно упрочненных материалов.

Различают следующие стадии PVD- процесса: Создание газа (пара) из частиц, составляющих напыление; Транспорт пара к субстрату; Конденсация пара на субстрате и формирование покрытия;        Применение PVD-процесс применяют для создания на поверхности деталей, инструментов и оборудования функциональных покрытий износостойких, коррозионно-стойких, эрозионностойких, антифрикционных,антизадирных, барьерных и т. д Процесс используется при производстве часов с золотым покрытием. Материалами для напыления служат диски из титана, алюминия, вольфрама, молибдена, железа, никеля, меди, графита, хрома и их сплавов; ацетилен (для покрытий, содержащих углерод); азот. С помощью PVD-процесса получают покрытия толщиной до 5 мкм, обычно после нанесения покрытия поверхность не требует дополнительной обработки. http://www.myshared.ru/slide/361833/#

     Одним из современных и наиболее перспективных способов нанесения покрытий является осаждение испаренного материала в вакууме - PVD (Physical Vapour Deposition).

     Технология PVD позволяет наносить многокомпонентные покрытия из различных материалов: металлов и сплавов, металлокерамик, алмазоподобных структур, предназначенных для повышения стойкости режущего и штампового инструмента, защиты рабочих поверхностей деталей от износа и эрозии, воздействия внешней среды, повышения красностойкости т.д. Этим способом наносят покрытия на детали автомобильных двигателей, насосов, компрессоров и турбин, подшипники качения, зубчатые колеса, технологическую оснастку, прецизионные пары трения гидро- и пневмоагрегатов, прессформы и части термопластавтоматов, медицинский инструмент.

     Преимущества PVD покрытий:

а)при обработке режущего инструмента и штамповой оснастки увеличивается их стойкость в несколько раз. Допустимые скорости резания инструментом из твердых сплавов с покрытием на 20…50% выше, чем без покрытия;

б)при покрытии деталей машин и механизмов, работающих в условиях трения и износа, ресурс увеличивается в 2…10 раза.

Нанесение покрытия методом PVD и P3eTM .

Оборудование Оерликон Бальцерс позволяет также реализовывать новейшие, не имеющие аналогов разработки, например, нанесение оксида алюминия (корунда) способом вакуумного осаждения технологии P3eTM (Pulse enhanced electron emission). Инструмент с упрочняющим покрытием в несколько раз тверже закаленной стали

     Наши инновационные технологии получили широкое применение в различных отраслях промышленности

а)Производство инструмента

б) Автомобильная промышленность

в) Авиационная промышленность

г) Металлобрабатывающая промышленность

д) Обработка синтетических материалов

е) Машиностроение и производство промышленного оборудования

 

Рисунок 1.1. Структура PVD-покрытия толщиной0,003мм в несколько раз твёрже закаленной стали

 

Инновационные технологии – взгляд в будущее

 

Рисунок 1.2. Установка по нанесению покрытий

Особенности установки:

а) С применением технологии P3eTM или стандартной технологии нанесения PVD;

б)Новый метод травления;

в)Высокая гибкость.

 

     Технология P3eTM (Pulse enhanced electron emission) позволяет:

а) Наносить металлооксидные покрытия со структурой корунда;

б)Открывает новые возможности для покрытий PVD;

в)Обеспечивает возможность получения многослойных покрытий;

г)Обеспечивает высокую степень свободы при разработке структур и свойств покрытий.

 

 

 

 

 

Рисунок 1.3. Строение многослойного покрытия (а) и его микроструктура (б)

    

     Многослойное нанесение покрытий позволяет увеличить их прочность и получить комплекс свойств обеспечивающих высокую стойкость инструмента (снижение трения, термо-барьерный эффект, сопротивление

абразивному, диффузионному и окислительному износу).

     Алмазы и кубический нитрид бора используют главным образом для обработки упрочненных сплавов, включая сплавы на никелевой основе,

применяемых для резания труднообрабатываемых материалов.

     В настоящее время широкое применение получают многослойные покрытия, выполняющие несколько различных функций.

     Первый из серии центров нанесения покрытий на базе технологий

Oerlikon Balzers позволяет совмещать производственный процесс

и научный эксперимент

     Промышленное оборудование

- Универсальная установка

- Различные технологии нанесения покрытий

Возможность эксперимента

- Возможность научного эксперимента на базе промышленных установок

- Обмен накопленным опытом

http://www.rusnanonet.ru/download/presentation/presentation2010_03_22.pdf

     Сегодня метод PVD успешно применяется при производстве различных украшений, качественной бижутерии и наручных часов. 

1.      PVD-покрытие отличается особой устойчивостью к износу и истиранию. Например, покрытие наручных часов, при регулярном ношении, прослужит вам от 3х лет и дольше;
2. PVD-покрытие безопасно для здоровья человека, оно абсолютно гипоаллергенно, поэтому идеально подойдет тем, кто страдает аллергией на драгоценные металлы или бижутерию;
3. Это экологически безвредная технология, в ходе нее не остается токсичных отходов;
4. Изделия INORI с таким покрытием имеют безупречный внешний вид, а изделия с покрытием золотом 585ой пробы невозможжно отличить от золотого;
5. Стоимость изделий INORI с PVD-покрытием намного ниже золотых и тем более, платиновых.

Технология нанесения PVD-покрытия

     Это сложный технологический процесс -  PVD - Physical Vapor Deposition (физическое осаждение паров).

Шаг 1. Поверхность украшения покрывают слоем нитрида титана, сверхпрочного покрытия. Процесс происходит в вакууме, что обеспечивает  однородность и чистоту покрытия изделий.  

Шаг 2. Сверху титана наносится верхний слой. Именно он придаст вашим украшениям блеск, необходимый цвет, а также защитит их от коррозии, налета и потускнения. Украшения Inori покрываются тремя различными покрытиями: черного цвета, цвета розового золота или золотым. Все изделия INORI золотого цвета покрываются настоящим золотом 585-й пробы. Вы получите действительно золото, а не изделие «под золото».

Рисунок 1.4. Металл основы с покрытием в разрезе

   Какое бы изделие INORI вы ни выбрали - будьте уверены, оно прослужит вам десятилетиями и даже дольше, при этом не потеряет свой внешний вид, благодаря надежному, нестирающемуся PVD-покрытию, материалам наивысшего качества, и кропотливому труду опытных мастеров. 

http://www.inori-shop.ru/page/pvd-pokrytie

Покрытие корпуса

В настоящее время широкое распространение получили покрытия PVD (сокр. от английского physical vapour deposition — физический процесс осаждения паров) и позолота (гальваническим методом), тогда как корпуса часов чаще всего изготовляются из нержавеющей стали или титана.

Гальваническое покрытие (сталь + золото) получают путем использования знакомого нам еще из школьного курса метода электролиза: под воздействием электрического тока вещества анода перемещаются на покрываемую поверхность. Результатом этого процесса становятся покрытия различной толщины из различных металлов (например, золота — gold plated, серебра — silver plated, платины — platinum plated и др.). Позолота наносится на корпус и браслет тонким слоем толщиной до 5 мк.

Покрытие PVD имеет высокую степень стойкости и прочности. Процесс выполняется в вакууме посредством нескольких различных методов физико-химической активации, таких как бомбардировка ионами, металлизация напылением, испарение-конденсация и т.д. Эти процессы позволяют получить очень тонкие (от 1 до 3 мкм) слои покрытия без каких-либо примесей.

PVD-покрытие имеет целый ряд преимуществ:

- процесс нанесения происходит при относительно низких температурах (100-360оС), исключающих деформацию изделия;

- PVD-покрытие надежно защищает от коррозии металл-основу и отличается антиабразивными свойствами;

- PVD - экологически чистое покрытие, не оказывающее негативного влияния на окружающую среду.

В часовой промышленности вставляется следующее PVD-покрытие: на материал корпуса в вакууме наносится сверхтвердый нитрид титана, поверх которого наносится сверхтонкий слой золота.

Камень-вставка - это драгоценные, полудрагоценные и синтетические камни, которые используются для украшения корпуса или циферблата часов. Из драгоценных камней часто используются бриллианты, рубины, топазы, из синтетических - фианиты, кристаллы Swarovski.

Довольно часто, особенно в случае импортируемых ювелирных изделий, словом «циркон» ошибочно называют кубический диоксид циркония (фианит).

http://kavaler.com.ua/published/publicdata/KAVALER/attachments/SC/themes/lucid/tooltip/ajax9.htm

Фианит

 

Во 2- половине ХХ века ювелирный рынок был потрясен появились бриллианты, стоимость которых была намного меньше их рыночной цены. Оказалось, что настоящую панику среди ювелирных магнатов поднял их «брат - близнец» фианит.

Кристалл не уступал драгоценному камню по блеску и декоративным свойствам, благодаря чему быстро завоевал рынок. Он был выращен искусственно в Физическом институте Академии наук (ФИАН). Отсюда камень и получил свое название. За рубежом его называют «кубик циркония» (Cubic zirconia или CZ), из-за его состава и кристаллической структуры.

 

Сегодня фианиты широко используются в ювелирном искусстве. И многие желающие иметь украшения с драгоценными камнями, получили возможность приобрести украшение не уступающее по красоте дорогостоящему ювелирному изделию по стоимости в несколько раз ниже.

Компания INORI также изготавливает украшения с фианитами, т. к. оценила уникальные свойства этого камня:

• чистота, роскошный сверкающий блеск, прозрачность, игра света на гранях всё это позволяет мастерам создавать украшения с безупречным внешним видом. Украшения INORI, изготовленные из стали 316L, отполированной до глубокого блеска, и фианитов выглядят изысканно и дорого;
• фианиты экологичны, гипоаллергенны, они абсолютно безопасны для здоровья людей;
• он является прочным, надежным и в то же время доступным аналогом бриллианта. Выращивание фианитов имеет меньшую себестоимость, чем поиск новых алмазных месторождений;
• в состав можно добавить разные вещества и получить фианиты различных цветов: зеленые, красные, синие и другие, они с легкостью имитируют рубин, изумруд и сапфир;
• отличить фианит от бриллианта непрофессионал не сможет.

Золотые украшения также изготавливаются с использованием фианитов. Сегодня ювелиры уверены изделия из драгоценных металлов также способны преобразиться, заиграть по -новому, если их дополнить сверкающим фианитом.

 

http://www.inori-shop.ru/page/fianit

 

Молекулярный уровень процесса PVD — модель

Напыление конденсацией из паровой (газовой) фазы (англ. physical vapour deposition; сокращённо PVD) обозначает группу методов напыления покрытий (тонких плёнок) в вакууме, при которых покрытие получается путём прямой конденсации пара наносимого материала.

Различают следующие стадии PVD-процесса:

1. Создание газа (пара) из частиц, составляющих напыление;
2. Транспорт пара к субстрату;
3. Конденсацияпара на субстрате и формирование покрытия;

К группе PVD-методов относятся перечисленные ниже технологии, а также реактивные варианты этих процессов.

• Методы испарения (англ.evaporative deposition);
  • Термическое испарение
  • Испарение электронным лучом(англ. electron beam evaporation);
  • Испарение лазерным лучом(англ. pulsed laser deposition, pulsed laser ablation): Атомы и ионы испаряются лазером, работающим в импульсном режиме.
  • Испарение электрической дугой(англ. cathodic arc deposition, Arc-PVD): Атомы и ионы освобождаются из исходного состояния материала в результате воздействия сильного тока, текущего в электрической дуге между двумя электродами, и переходят в газовую фазу.
  • Эпитаксиямолекулярным лучом (англ. molecular beam epitaxy)
• Распыление(англ. sputtering): Исходный материал распыляется бомбардировкой ионным потоком и переходит в газовую фазу.
  • Напыление с поддержкой ионным лучом(англ. ion beam assisted deposition, IBAD)
• Имплантация ионов

Применение

PVD-процесс применяют для создания на поверхности деталей, инструментов и оборудования функциональных покрытий — износостойких, коррозионно-стойких, эрозионностойких, антифрикционных,антизадирных, барьерных и т. д Процесс используется при производстве часов с золотым покрытием.

Материалами для напыления служат диски из титана, алюминия, вольфрама, молибдена, железа, никеля, меди, графита, хрома и ихсплавов; ацетилен (для покрытий, содержащих углерод); азот.

С помощью PVD-процесса получают покрытия толщиной до 5 мкм, обычно после нанесения покрытия поверхность не требует дополнительной обработки.

Ссылки

PVD & CVD coatings applications. — Сайт о приложениях и свойствах покрытий. Архивировано из первоисточника 20 марта 2012. Проверено 15 мая 2010.

 

2.Сравнение с финишным плазменным упрочнением (ФПУ).      Среди значительного многообразия упрочняющих технологий, используемых во всём мире, особое место занимают плазменные методы нанесения функциональных покрытий, проводимые при атмосферном   давлении   без   использования сложного вакуумного оборудования, различных ванн и камер. Это в основном связано с  применением   простого  и  доступного оборудования, близкого по своей сущности к сварочному, которое практически может использоваться на любых предприятиях малого, среднего и крупного бизнеса.  Ведь  известно, что   сварочное   оборудование выпускается в большом количестве и имеется почти на каждом промышленном     предприятии. Альтернативное   дорогостоящее и сложное оборудование для вакуумного нанесения износостойких покрытий, лазерное оборудование для упрочнения и восстановления    геометрических размеров используется, в основном, специализированными фирмами, предоставляющими услуги по нанесению упрочняющих покрытий или восстановлению изношенных деталей.      При изготовлении деталей формообразующей оснастки применяются традиционные технологические операции получения заготовки, механической, термической, абразивной обработки, в отдельных случаях - химико-термической обработки или электролитического хромирования. В соответствии с чертежом, контролируемыми параметрами являются геометрические размеры, шероховатость поверхности и твёрдость, характеризующая получаемое фазовое и структурное состояние поверхностного слоя и сердцевины деталей.      Резервы свойств исходных материалов и общеизвестных технологий, используемые при изготовлении деталей формообразующей оснастки, с точки зрения повышения износостойкости, практически выбраны полностью.      Одним из новых направлений на этом пути является применение современных технологий нанесения нанопокрытий.      Повышение долговечности деталей пресс-форм и другой технологической оснастки за счёт нанесения алмазоподобного тонкоплёночного (до 3 мкм) нанопокрытия в безвакуумном пространстве относится к ново¬му направлению промышленных технологий. Отличительными особенностями данного метода является минимальный нагрев изделий при обработке, составляющий порядка 100°С, использование малогабаритного и манёвренного     оборудования,  не требующего вакуума. Данный процесс упрочнения изделий, изготавливаемых с помощью традиционных методов, используется на заключительной стадии их изготовления, поэтому он назван финишным плазменным упрочнением (ФПУ).      Основным принципом нанесения алмазоподобного нанопокрытия, взятым за основу технологии ФПУ, является разложение паров жидких технологических препаратов, вводимых в плазмохимический генератор дугового плазмотрона, с последующим прохождением плазмохимических реакций и образованием покрытия на изделии.      Близким аналогом данного процесса являются физические методы осаждения покрытий из паровой фазы в вакууме (методы PVD). Но в отличие от них в процессе ФПУ покрытие образуется при температуре и давлении окружающей среды без использования вакуумных камер. Кроме того, износостойкие покрытия, наносимые в вакууме методами PVD на подложку с температурой поверхности менее 400°С, обычно имеют низкую адгезию.      В качестве источника тепловой энергии для нанесения алмазоподобного нанопокрытия при ФПУ используется плазменная струя, истекающая при атмосферном давлении из малогабаритного дугового плазмотрона, оснащённого плазмохимическим генератором. Использование такой плазменной струи предопределяет локальность воздействия, возможность упрочнения изделий любых габаритов и во всех пространственных положениях, а также гибкость в управлении.      В качестве плазмообразующего газа, используемого в оборудовании для ФПУ, выбран аргон, применение которого основывается на требовании долговечности и надёжности элементов плазмотрона и генератора при длительном ведении процесса. При этом стойкость катодного и анодного узла достигает порядка 1000 часов непрерывной работы.      Конструктивно плазмотрон имеет две автономные части. Первая часть состоит из катодного и соплового узлов, вторая часть - плазмохимический генератор, содержит анодный узел с межэлектродными вставками, узел ввода паров технологических препаратов и формирователь потока. На основе анализа свойств перспективных материалов было предложено реализовать при ФПУ нанесение покрытия на основе оптимизированного состава карбидов, нитридов и оксидов кремния. Характеристики такого покрытия близки к свойствам алмаза (высокая твёрдость порядка 52 ГПа, низкий коэффициент трения - 0,07 по стали ШХ15, химическая стойкость к кислотам и щелочам, высокое удельное электрическое сопротивление - 1010 Ом-м, прозрачность и др.)      Для условий плазмохимического осаждения такого покрытия требуется наличие в плазменной струе компонентов в ионизированном или атомарном состоянии. С целью сохранения малых габаритов и манёвренности выбранного источника тепловой энергии - дугового плазмотрона следует ориентироваться на способ подачи исходных веществ в дуговой канал в газообразном виде. Однако подача такого элемента как кремний в плазменную струю в газообразном состоянии затруднена. Его можно получать путём разложения химических соединений непосредственно в реакционной камере плазмохимического генератора с инертной атмосферой и при высокой температуре, поддерживаемой дуговым разрядом.

В качестве исходных веществ для получения покрытия на основе оптимизированного состава карбидов, нитридов и оксидов кремния целесообразно использовать металлоорганические и органические соединения в жидком состоянии, которые и применяются для ФПУ. Расход технологических препаратов при односменной работе установки не превышает 0,5 л/го д. Одной из основных особенностей ФПУ, связанных с повышенными скоростями охлаждения осаждаемого покрытия и наличием элементов - аморфизаторов, является аморфное состояние наносимого покрытия. Известно, что в аморфных материалах отсутствуют дефекты, характерные для кристаллических тел. В них нет границ зёрен, дислокаций, их структура гомогенна, диффузия по вакансиям более затруднительна, они изотропны. Аморфные покрытия применяются в качестве барьерных плёнок, предотвращающих быструю диффузию, пассивирующих плёнок, повышающих коррозионную стойкость материалов и препятствующих коррозионному растрескиванию под напряжением и водородному охрупчиванию.      Наносимое покрытие при ФПУ повторяет профиль подложки и формируется в виде оптически прозрачной плёнки, которая на полированной поверхности даёт интерференционную картину с радужными оттенками от фиолетово-голубого до зелено-красного цвета в зависимости от толщины покрытия. Повышенная адгезионная прочность покрытия при ФПУ, исследованная с использованием метода вдавливания алмазного конического индентора в тело образца и оценки характера разрушения вокруг отпечатка, основана на образовании химической связи с граничным активированным слоем поверхности подложки, который в случае нанесения покрытия на инструментальные материалы состоит из оксидов железа.      Субмикрорельеф рабочих поверхностей образцов, исследовавшийся на просвечивающем   электронном   микроскопе ЭММА-2 методом углеродно-серебряных реплик, показал высокооднородную характерную топографию, присущую поверхностям после ФПУ (в то время как субмикрорельеф поверхностей до ФПУ имеет явно выраженные многообразные следы - риски и дефекты от предшествующей абразивной обработки). Изменение топографии поверхности после ФПУ является подтверждением того, что покрытие осаждается на микродефектах поверхности, залечивая тем самым дефектные зоны, образованные при предшествующей шлифовальной операции.      Наносимое покрытие, являясь диэлектриком и химически инертным материалом, образует плёночный барьер, препятствующий схватыванию контактируемых поверхностей. Кроме того, это покрытие обладает повышенной коррозионной стойкостью и жаростойкостью, что подтверждается длительными испытаниями образцов на воздушную коррозию при температурах до 1000-1200°С. Изделия с нанесённым покрытием имеют уменьшенные значения радиуса закругления выступов, высотных и шаговых параметров шероховатости поверхности. Анализ влияния наносимого алмазоподобного покрытия при ФПУ на изменение параметров шероховатости поверхностей по международному стандарту EN ISO 13565-2:1996 доказал, что процесс ФПУ ведёт к повышению несущей площади поверхности и её износостойксти по критерию Rpk+Rk.      Максимальная надёжность оборудования для ФПУ обеспечивается использованием систем диагностирования в реальном масштабе времени динамических параметров процесса, определяющих качество получаемых покрытий. Другой активно применяемой плазменной технологией является процесс заварки дефектов пресс-форм и другой технологической оснастки, реализуемый с использованием установок для микроплазменной сварки. При этом данный класс оборудования может применяться как в режиме наплавки с присадочным материалом в виде проволоки или прутка, так и в режиме оплавления заранее нанесённого покрытия. Данными методами могут устраняться поверхностный износ, брак за счёт занижения размеров и различные дефекты (сколы, трещины, вмятины, выкрашивания, задиры, царапины, забоины, запилы, поры, раковины и др.).      Процесс микроплазменной заварки дефектов может осуществляться непрерывной или импульсной дугой или плазменной струёй. В качестве присадочного материала используется проволока диаметром от 0,5 мм различных составов. Перед процессом наплавки необходимо произвести очистку зоны наплавляемой поверхности от загрязнений. Для хромированных поверхностей эти зоны необходимо зачистить, например, шлифовальным кругом. В случае поверхностных дефектов требуется произвести разделку кромок дефектных зон под наплавку.      При использовании микроплазменной установки в режиме оплавления первоначально обеспечивается нанесение порошкового покрытия любым газотермическим методом. Локальность нанесения порошкового материала обеспечивается за счёт использования специальных масок. Процесс оплавления для защиты от окисления поверхности осуществляется с использованием смеси аргона с парами жидкого специального препарата.   Такая газовая смесь уменьшает пористость покрытия, обеспечивает сохранение содержания углерода в наплавленном металле, улучшает внешний вид поверхности, делая её чистой, гладкой, с плавными переходами.       После оплавления порошкового покрытия материал, расплавляясь, заполняет места дефектов. Микроплазменное оплавление поверхности не требует предварительного нагрева всего изделия. Нанесённое покрытие после оплавления может иметь твёрдость от 40 до 60 HRC. Преимущество использования такой технологии обеспечивается за счёт отсутствия оплавления поверхности основного материала и локальности оплавления только нанесённого покрытия. При этом обеспечиваются минимальные зоны термического влияния и деформации основного металла. Данная технология заварки обеспечивает минимальный припуск для последующей абразивной обработки.    Поверхности, на которых после восстановления геометрических размеров отсутствует хромовое покрытие, могут быть упрочнены с использованием процесса ФПУ. Использование рассмотренных ресурсосберегающих плазменных технологий способствует снижению количества покупаемых и изготавливаемых деталей, увеличению производительности труда за счёт уменьшения времени простоев оборудования для переналадки и настройки, уменьшению количества брака при производстве изделий. Тополянский П.А., к.т.н., ген. Директор НПФ «Плазмацентр», Санкт-Петербург

 

3. Метод вакуум-дугового нанесения покрытий

Рисунок 3.1. Установка для вакуум-дугового нанесения покрытий

   Источником напыляемого материала в вакуум-дуговом методе служит катод разрядного промежутка, в котором возбуждается дуговой разряд при пониженном давлении (в вакууме). В отличие от дугового разряда при нормальном (атмосферном) давлении вакуумный дуговой разряд происходит в парах металла, при этом разряд локализуется в небольших областях, имеющих микронные размеры и хаотически перемещающихся по поверхности катода. Плотность энергии в таких областях, называемых катодными пятнами, достигает значений 10⁹ Вт/см². Благодаря этому за время ~ 5 – 40 нсек. (время покоя катодного пятна при его хаотическом движении) давление паров металла достигает значений ~10⁵ Па, а степень ионизации паров металла может составлять величину, близкую к 100%. Энергия ионов в плазме дугового разряда имеет значения 5-20 эВ.

   Эти особенности вакуум-дугового разряда, в основном, и определяют возможности рассматриваемого метода получения покрытий с высокой степенью адгезии, плотности, различного структурного состояния и фазового состава.

   Вакуум-дуговой метод позволяет:

1)Получать покрытия практически из любых металлов, сплавов и проводящих соединений;

2)Проводя процессы осаждения в реакционно-способных газообразных средах (N₂, O₂, CH₄ и др.), получать покрытия из окислов, нитридов, карбидов металлов, оксикарбонитридов и более сложных соединений;

3)Прикладывая к изделию отрицательный потенциал, проводить предварительно ионно-плазменную очистку поверхности, разогревать изделие и поддерживать его температуру на требуемом уровне, модифицировать структуру растущего покрытия и изменять другие его характеристики.

     Наиболее эффективно применение для:

а)Нанесения тонкопленочных упрочняющих,  износо- и эрозионно-стойких покрытий на режущий инструмент, пресс-формы, детали машин и механизмов и др.

б)Нанесения защитных и защитно-декоративных покрытий в химической, машиностроительной отраслях, автомобилестроении, производстве мединструментов, товаров народного потребления и др.

в)Нанесения покрытий для защиты  от коррозии в агрессивных и особо агрессивных жидких и газовых средах;

г)Получения покрытий и материалов для  оптических и оптоэлектронных приборов.

 

3.1 Установка Avinit™ для нанесения функциональных нанопокрытий

   Нанесение новых функциональных нанослойных композиционных покрытий Avinit™  на детали машин, режущие инструменты осуществляется на созданном в НТЦ высокопроизводительном оборудовании Avinit™  с использованием нанотехнологий, разработанных в НТЦ «Нанотехнология», которое позволяет реализовать комплексные: методы нанесения покрытий (плазмохимические CVD, вакуум-плазменные PVD (вакуум-дуговые, магнетронные), процессы ионного насыщения и ионной обработки), объединенные в одном технологическом цикле.

Рисунок 3.2.Блок-схема установки Avinit™

     Регистрация и управление основными технологическими параметрами процессов нанесения таких покрытий осуществляется с использованием специальной автоматизированной системы. Это позволяет выбирать наиболее оптимальные приемы и методы обработки поверхности и нанесения покрытий или их комбинации для достижения максимального технико-экономического эффекта при решении конкретных задач.

 

3.2 Автоматизированная система сбора данных и управления технологическими процессами нанесения покрытий.

   Разработанная и изготовленная система управления допускает существенное масштабирование и достаточно недорогое и значительное увеличение как быстродействия и точности, так и количества каналов измерения/управления.

   На данный момент на установках Avinit™ используется система сбора данных и управления в следующей конфигурации:

• 6 — микропроцессорных блоков управления на всех функциональных узлах установки, каждый обеспечивает 8 каналов 10 разрядного АЦП и до 40 каналов цифрового (релейного) управления , 2 канала ШИМ, а также компараторные входы, входы счетчиков и часы реального времени для синхронизации процессов (источники питания, откачная система, система напуска газов, система управления). Микропроцессорные блоки могут осуществлять управление как по заложенной в них программе управления, так и исполняя команды в пошаговом режиме от компьютера (полуавтоматическое управления для отработки технологических процессов).
• 2 — 8-канальных 12 битных АЦП до 100 000 выборок в секунду (сбор и обработка основных параметров процессов)
• 1-1-канальный 16 битный АЦП до 1 000 000 выборок в секунду (калибровка и обработка критичных ко времени процессов)
• 1-8 канальный блок прямого управления наиболее критичными параметрами непосредственно от компьютера.

   Все аналоговые сигналы нормализуются с помощью блоков операционных усилителей/фильтрове каналы управления имеют гальваническую развязку с управляемым устройством (частично твердотельные реле, частично релейную). Сбор данных от всего комплекса АЦП и устройств цифрового ввода осуществляется в базу данных MySQL, работающую в среде ОС Linux.

   Оператор имеет возможность просматривать данные как в реальном времени, так и из архива, а также управлять доступными ему функциональными возможностями установки (например: точность управления потенциалом подложки около 5 В в интервале 0-2000В, током дуги 1 А в интервале 30-200А). Аналогичные возможности по центральным моментам и другим предопределенным функциям, которые возможно построить из набора контролируемых параметров.

   Разграничение доступных оператору параметров осуществляется на базе системы управления доступа к ресурсам OS Linux.

Рисунок 3.3. Управление высоковольтным выпрямителем

Рисунок 3.4. Панель управления откачной системы

Рисунок 3.5. Протокол автоматизированной системы регистрации основных технологических параметров

 

3.3 Особенности оборудования и нанопокрытий Avinit™

     Значительное увеличение спектра источников, обеспечиваемое комплексностью используемых методов, позволяет получать покрытия практически из любых элементов и сплавов, тугоплавких оксидов, карбидов, нитридов, металлокерамических композиций на основе тугоплавких металлов и оксидов. Это существенно расширяет возможности создания принципиально новых материалов и покрытий узлов и деталей различного назначения, работающих в экстремальных условиях по температуре, воздействию агрессивных сред, механических нагрузок.

     При получении покрытий Avinit™  обеспечивается возможность перехода к нанодиапазону для реализации процессов контролируемого формирования многокомпонентных нано- и микроструктурных покрытий с заданными характеристиками, содержащих большое число слоев различного химического состава (металлические, нитридные, карбидные, оксидные и др.) толщиной от единиц до сотен нанометров. Структура слоев обеспечивается программированными согласованными режимами работы источников плазмы (как PVD, так и CVD), рабочих газов (аргон, азот, углерод- и кислородсодержащие газы) и высокого потенциала, прикладываемого к подложке.

     Покрытия Avinit™  осаждаются на прецизионные поверхности високого класса чистоты (до V=12-13) без снижения класса чистоты поверхности. Это достигается использованием в разрабатываемых технологиях эффективных методов очистки поверхности – в тлеющем разряде Ar, в плазменном разряде высокой плотности и металлическими ионами при напряжении выше нулевой точки роста, а также предупреждением повреждения поверхности микродугами с помощью предусмотренной в установке Avinit™  эффективной трехуровневой  система дугогашения, что обеспечивает высокое качество очистки поверхности от оксидов и других загрязнений без возникновения электрических пробоев.

     Осаждение покрытий ведется при низких температурах, не превышающих температур отпуска материала основы, что обеспечивает сохранение механических характеристик покрываемых изделий.

     Правильный выбор индивидуальных материалов слоев, методов осаждения и оптимизация технологических параметров создают предпосылки синтеза материалов с комплексом уникальных свойств, в т. ч. с исключительно высокой твердостью, прочностью, химической стабильностью, низким коэффициентом трения и повышенной износостойкостью.

     Регистрация и управление основными технологическими параметрами процессов нанесения таких покрытий осуществляется с использованием специальной автоматизированной системы. Это позволяет выбирать наиболее оптимальные приемы и методы обработки поверхности и нанесения покрытий или их комбинации для достижения максимального технико-экономического эффекта при решении конкретных задач.

     Разработанные программные продукты позволяют перейти к микроконструированию функциональных покрытий и обеспечить получение заданных нано- и микрослойных многокомпонентных покрытий и выйти на качественно новый уровень по дальнейшему модифицированию и усовершенствованию конструкций покрытий типа Avinit™ , стабильности технологий и повышения контроля качества при нанесении таких покрытий.

Разработаны принципиально новые процессы (PVD и гибридные PVD+CVD) контролируемого формирования многокомпонентных нано- и микрослойных покритий в системах «металл-азот» и «металл-углерод» с применением вакуум-плазменных (PVD) и плазмохимических (CVD) процессов.

     Для реализации контролируемого формирования многокомпонентных нано- и микроструктурных покрытий разработаны технологии с использованием комплексных вакуум-плазменных и плазмохимических процессов, активируемых неравновесной низкотемпературной плазмой, в сочетании с ионно-плазменным модифицированием поверхности.

Разработаны технологии и оборудование для нанесения многослойных упрочняющих нанопокрытий Avinit™ с целью улучшения функциональных характеристик деталей энергетического и общего машиностроения.

http://nanotech.ho.ua/methods/

 

 

 

4.Методы получения наноматериалов с использованием технологий обработки поверхности

     Технологии обработки поверхности материалов к настоящему времени представляют собой одну из наиболее развивающихся областей науки о материалах. Методы, связанные с созданием на поверхности материалов, особенно металлических, модифицированных слоев, достаточно изучены, отработаны и широко применяются на практике. Многие из таких методов или их усовершенствованных вариантов могут рассматриваться как методы нанотехнологии, так как позволяют создавать наноразмерные и/или наноструктурные слои на поверхности материалов, композиционные материалы с нанокомпонентами, а в ряде случаев и наноматериалы в виде нано и микроизделий.
     Примерная классификационная схема наноориентированных технологий обработки поверхности показана на рис. 5. Данные методы можно условно подразделить на две большие группы – технологии, основанные на физических процессах и технологии, основанные на химических процессах. Среди всех наноориентированных технологий обработки поверхности на сегодняшний день наиболее перспективными являются ионно-вакуумные технологии нанесения покрытий (т.н. PVD и CVD технологии). Полученные такими способами слои отличаются высокой адгезией, а температурное воздействие на материал основы как правило минимальное. Анализ литературных данных, проведенный в работе, показал, что размер кристаллитов в пленках, полученных по технологиям вакуумного нанесения, может достигать 1-3 нм.

     Рассмотрим подробно некоторые основные варианты реализации наноориентированных технологий обработки поверхности, приведенных на рис. 5.

             4.1 Методы физического осаждения из паровой фазы

     Данная группа методов часто обозначается английской абревеатурой PVD (Physical Vapour Deposition). Эта группа методов объединена общей схемой нанесения покрытия и использованием вакуума (рис. 6). Сначала материал для покрытия переводится из конденсированного состояния в состояние пара, затем проводится его транспортировка к подложке (материалу на который наносится покрытие), где происходит осаждение материала покрытия из паровой фазы и формирование покрытия. Использование вакуума облегчает перевод материала в паровую фазу. 
     Классификация метода внутри группы определяется используемым сочетанием способов испарения, транспортировки и осаждения. Широкое распространение PVD-методов обусловлено такими причинами, как: возможность получения очень равномерных поверхностных слоев толщиной от <1 нм до 200 мкм с очень хорошей воспроизводимость свойств; размер покрываемой поверхности может быть ограниченным, а может в ряде случаев (магнетронное напыление) составлять полосы практически неограниченной длины; возможность селективного нанесения на выбранные участки; почти неограниченный выбор материалов подложки (теоретически материал подложки может быть любым); достаточная гибкость к требованиям по температуре подложки; широкий выбор материалов для поверхностных слоев (металлы, сплавы, химические соединения); возможность получения многослойных покрытий со слоями разной толщины и из разных материалов; изменение состава, структуры и свойств слоев путем варьирования технологическими параметрами нанесения; возможность выполнения требований к высокой чистоте материала покрытия; минимальное загрязнение окружающей среды. К недостаткам этой группы методов можно отнести: сложность и большую стоимость технологического и контрольного оборудования, необходимость очень высокой квалификации обслуживающего персонала, сравнительно низкую производительность, сложность разработки технологического режима для конкретного случая получения покрытия, особенно для получения покрытий из соединений при выдерживании большой точности химического состава; необходимость специальной подготовки покрываемых поверхностей.

                           4.2 Термическое испарение

     Впервые этот метод был использован для осаждения тонких слоев металлов еще в конце 19 века. Однако только с появлением достаточно совершенного вакуумного оборудования во второй половине 20 века он нашел широкое применение для получения, например, просветляющих покрытий для оптики, зеркал, термическим напылением.
     Процесс термического испарения осуществляют в вакууме при давлении порядка 10^-3-10^-5 Па (10^-5-10^-7 мм.рт.ст.). При таком давлении длина свободного пробега атомов или молекул составляет порядка нескольких метров. Полученная в результате нагрева паровая фаза напыляемого вещества свободно осаждается на подложку, имеющую температуру намного ниже, чем температура паровой фазы. В зависимости от источника нагрева получили распространение следующие варианты метода: электротермический нагрев (прямое пропускание электрического тока или нагрев в тигле), нагрев в индукторе, испарение за счет электродугового разряда, нагрев электронным или лазерным лучом (рис. 7). Большинство из этих методов рассчитано на испарение металлических материалов. Нагрев в тигле и использование лазерного излучения позволяют испарять широкую гамму материалов. При этом первый метод может использоваться для испарения материалов с относительно невысокой температурой испарения, которая определяется температурной и химической стойкостью материала тигля. Так тигли из графита обеспечивают температуру процесса до 1400 °С, из Al₂O₃ – до 1600 °С, из BN+TiB₂ – до 1750 °С, из фольги Мо и Та с защитным покрытием – до 1850 °С, из ThO₂ и ZrO₂ - до 2100 °С. Важным условием выбора материала для тигля является отсутствие химического взаимодействия между ним и испаряемым веществом при высоких температурах. Для обеспечения лучших условий испарения и преодоления ряда других недостатков испарения из тиглей используется электронно-лучевое испарение. В этом случае электропроводящий испаряемый материал помещают в водоохлаждаемый тигель и нагревается электронным лучом при ускоряющем напряжении луча 2-10 кВ и тока порядка 0,1 А. Пятно фокусировки электронного луча на поверхности испаряемого материала может составлять до 1 мм, поэтому зона расплавления будет меньше всего объема материала и, следовательно, не будет контактировать с тиглем. Недостатком электронно-лучевого испарения, как и испарения из тиглей, является сложность испарения материала, состоящего из компонент с разными упругостями паров при одной и той же температуре, что вызывает проблематичность получения покрытия с заданным химическим составом.интерференционных фильтров, затемняющих оптических покрытий, декоративных покрытий на пластиках и тканях, пленок полупроводников и электронно-оптических материалов. Иногда этот метод называют также газофазным осаждением, вакуумным или




Рисунок 4.1. Примерная классификационная схема наноориентированных технологий обработки поверхности



Рисунок 4.2. Типичная схема установки для нанесения покрытия PVD-методом: 1- материал для покрытия, 2- система перевода материала в паровую фазу, 3- поток испарившегося вещества, 4- подложка, 5- формирующееся покрытие, 6- система транспортировки материала покрытия в паровой фазе к подложке, 7- система фокусировки (и/или сканирования) потока вещества, осаждающегося на подложку, 8- система закрепления подложки и ее контролируемого перемещения, 9- система регулирования температуры нагрева подложки, 10- система управления и контроля технологическими параметрами (температура подложки, скорость перевода материала в паровую фазу, давление в камере, скорость осаждения покрытия, толщина покрытия и др.), 11- вакуумная камера, 12- система создания и поддержания высокого вакуума (система вакуумных задвижек, форвакуумных и высоковакуумных насосов, азотная ловушка и др.), 13- шлюзовая камера и система подачи и смены подложек, 14- смотровые контрольные окна, 15- система охлаждения


Рисунок 4.3. Некоторые варианты метода термического испарения: а) испаритель из металлического листа с защитным покрытием, б) металлический испаритель в виде лодочки, в) керамический тигель с внешним нагревательным элементом, г) испарение лазерным или электронным лучом


     Использование лазерного излучения (импульсного или непрерывного) позволяет избежать большинства температурных и химических ограничений и устраняет потребность в тиглях. Практически мгновенное испарение вещества позволяет сохранить соотношение химических компонентов в осаждаемой пленке таким же как и испаряемого материала. До недавнего времени применение лазерного излучения в этих целях сдерживалось высокой стоимостью мощных импульсных и непрерывных лазеров и сложностью юстировки оптических систем для транспортировки, фокусировки и наведения лазерных лучей. Использование вакуума приводит к тому, что в ряде случаев температура, при которой достигается интенсивная скорость испарения, обеспечивающая желаемую производительность процесса, получается ниже температуры плавления испаряемого вещества. Для оценки рабочих температур нагрева обычно используют температуру, обеспечивающую значение установившегося давления паров испаряемого материала не ниже 1 Па (10^-2 мм.рт.ст.). Для большинства материалов рабочие температуры испарения находятся в пределах 1100…2600 °С (см. например табл. 4.1.). 

 

 

Таблица 4.1. Температуры нагрева некоторых веществ при использовании метода термического испарения в вакууме



     Скорость осаждения покрытий может составлять от нескольких ангстрем до нескольких микрон в секунду (например, для W – до 5 мкм/с, для Al – до 40 мкм/с). Для улучшения адгезии или для создания определенной структуры осаждающегося покрытия в ряде случаев применяется подогрев подложки.
     Для создания покрытия из сплавов и соединений, как правило, проводят испарение каждой компоненты из отдельного источника. Это связано с тем, что при испарении сложного вещества его компоненты могут иметь сильно различающиеся значения давления паров. В этом случае состав паровой фазы, а следовательно, и состав покрытия будет отличаться от состава испаряемого вещества. Кроме того, испарение соединений часто сопровождается процессами диссоциации и/или ассоциации, что также препятствует получению заданного состава покрытия. Непосредственное испарение соединения используется только в случае одинаковой летучести компонентов и перехода вещества в паровую фазу в виде неразложенных молекул.
     К достоинствам метода термического испарения относится относительная простота оборудования и контроля процесса, а к недостаткам – низкая адгезия покрытия вследствие малой энергии осаждающихся на подложку атомов или молекул и высокая чувствительность к наличию на поверхности подложки посторонних пленок и загрязнений. Влияние этих недостатков можно несколько снизить за счет использования специальных методов подготовки поверхности (ультразвуковая очистка поверхности, химическая или электро-химическая очистка и/или травление, ионное травление).
   Метод термического испарения достаточно широко используется при производстве жестких магнитных дисков для компьютеров. Подложкой служит алюминиевый диск с высотой микронеровностей на поверхности менее 20 нм с нанесенным аморфным никель-фосфорным подслоем толщиной порядка 20 мкм (для улучшения адгезиии и компенсации различий коэффициентов термического расширения подложки и покрытия). Сначала напыляется промежуточный металлический слой, например Ni-Fe, толщиной 500-1000 нм, а уже затем основной слой из магнитного материала , например сплава на основе Co или Co-Cr, толщиной 100-500 нм. Поверх всего покрытия наносится износостойкий защитный углеродный слой толщиной 30-50 нм. Также термическое напыление используют и при производстве CD-дисков. На диск из пластмассы наносят алюминиевое основное покрытий с толщиной нанометрового диапазона. В обоих случаях для обеспечения высокой чистоты материалов давление в вакуумной камере составляет менее 10^-5 Па.
     Такие материалы для электронно-оптической техники и для создания регулярных наноструктур, в том числе двумерных фотонных кристаллов, как фуллереновые и композитные фуллереноосновные пленки также получают рассматриваемым методом. Например, пленки С₆₀-CdTe (рис. 8) толщиной 200 - 600 нм на подложках GaAs выращивают путём испарения микста заданного состава в вакууме при давлении 10^-4 Па и температуре подогрева подложки около 160 °С.

 

Рисунок 4.4. Изображение топографической структуры поверхности пленки С₆₀ – 40% CdT, полученное с помощью растрового электронного микроскопа

     В самые последние годы активно ведутся прикладные исследования по получению тонких покрытий и слоистых композитов на их основе с использованием для испарения материалов излучения импульсного лазера с очень коротким временем импульса (вплоть до фемтосекундного диапазона). Такой метод в литературе часто обозначают как PLD (pulsed laser deposition). Например, так получают пленки Y₂O₃-ZrO₂ на кремнии для электроники, слоистые композиты, состоящие из покрытия Sm–Fe толщиной 20 нм, подслоя Та толщиной 100 нм и кремниевой подложки, магнитные пленки Ni со средним размером кристаллитов 40 нм.

http://medznate.ru/docs/index-66369.html?page=7

5.Модели воздухонагревателей для PVD-процесса

 

5.1 Особенности конструкции теплогенераторов и воздухонагревателей Benson Heating

Все воздухонагреватели, имеющиеся в ассортименте компании БЭНСОН Хитинг, по принципу работы можно разделить на 2 класса, а именно: воздухонагреватели с атмосферной горелкой и воздухонагреватели с надувной мотор-горелкой. С описанием модельного ряда более подробно можно ознакомиться тут, а здесь мы расскажем Вам о тонкостях того или иного типа оборудования.

5.2.Нагреватели воздуха VARIANTE

Серия Variante представлена моделями VRA, VRX, VRC, VRD, VRE, VRBD и EVRC.

Серии VRA и VRX практически идентичны, они снабжены осевыми вентиляторами и предназначены для внутреннего использования в свободнорассеивающем режиме, могут устанавливаться как на стене с помощью консолей, так и подвешиваться с помощью рым-болтов. Отличие заключается лишь в том, что серия VRX имеет дефлектор с уменьшенной  площадью, что позволяет добиться повышенной дальности тепловой струи.
Модели VRC аналогичны моделям VRA и VRX, но снабжены центробежным вентилятором для работы с системой воздушных каналов. Серия VRD – нагревательный модуль, аналогичный по конструкции VRC, однако изготавливается без вентилятора и предназначена для встраивания в уже существующую систему принудительной вентиляции. Для установки вне помещения и работы с системой воздушных каналов предназначены модели EVRC, по сути аналоги VRC, однако они выполнены в корпусе, защищающего воздухонагреватель от внешних воздействий и погодных условий.

VRE – потолочный воздухонагреватель свободнорассеивающего типа, преимущественно ориентированный на установку в помещениях, имеющих высокие потолки или высокие вертикальные перегородки (например стеллажи на складе).

Ну и наконец мы подошли к самому интересному – серии VRBD. Она разрабатывалась специально для относительно узких и длинных помещений. По конструкции данный теплогенератор представляет собой симбиоз потолочных (VRE) и настенных газовых воздухонагревателей (VRA, VRX). От потолочных воздухонагревателей они получили способ крепления, а от настенных серий VRA и VRX – направление распространения нагретого воздуха. Уникальность данной этой конструкции заключается в том, что нагретый воздух распространяется в двух диаметрально противоположных направлениях, что позволяет добиться широты покрытия тепловым потоком до 70м. Данный модельный ряд идеально подходит для однообъемных протяженных зданий и ангаров. Использование воздухонагревателей серии VRBD избавляет от необходимости размещать несколько единиц оборудования в одном помещении, что приводит к значительному снижению капитальных затрат на приобретение оборудования и его монтаж.

Все эти модели воздухонагревателей серии Variante имеют атмосферную газовую горелку, работающую на природном или сжиженном газе по принципу, схожему с принципом работы газовой плиты. Отличительным конкурентным преимуществом среди различных настенных воздухонагревателей является полное отсутствие камеры сгорания как элемента и, соответственно, полностью исключен риск ее прогорания. Газ, выходя из жиклеров (инжекторов) вертикальной газовой рампы, расположенной рядом с теплообменником во входной камере, попадает в эжектор, где он смешивается с атмосферным воздухом. Далее газовоздушная смесь направляется непосредственно в трубы теплообменника, где и происходит отрывное горение смеси, после чего охлажденные продукты сгорания отводятся в дымоход посредством встроенного дымососа. За счет создаваемого дымососом разряжения воздухонагреватель стабильно работает даже при сниженном до 12 мбар давлении газа. Летом данное оборудование также можно использовать в качестве вентиляторов.

Главное достоинство такой конструкции – значительно более низкая цена и более высокий КПД по сравнению с теплогенераторами, оснащенными съемными мотор-горелками. Так же нет необходимости в какой либо регулировке горелки в процессе пуско-наладки и эксплуатации.

С производителями комплектующих для воздухонагревателей серии Variante можно ознакомится ниже:

 

 

 

 

 

Комплектующие	Производитель	Страна изготовления
Атмосферная газовая горелка	Becketts	США
Газовый клапан	Honeywell	Голландия
Вентилятор	Solar Palau	Англия
Мотор вентилятора	Wyco	Англия
Дымосос	Torin	Испания
Контроллер воздухонагревателя	Honeywell	Голландия
Теплообменник	Bosal	Англия
Прессостат	Honeywell	Япония
Электрический предохранитель	Edmunson	Англия
Термостат вентилятора	Honeywell	Голландия
Предохранительный термостат	Termotrol	США
Датчик ионизации	Buccleuch	Англия
Поджигающий электрод	Buccleuch	Англия

Контроль горения осуществляется ионизационным методом у самого верхнего эжектора и связан с тем, что при потухании любой горелки (засорение инжекторов, срыв процесса горения из-за скачка давления или критического снижения давления газа), она сможет самостоятельно зажечься от горелки, расположенной сверху или снизу. В связи с указанным выше обстоятельством стоит отметить, что в Англии разрешены к применению только вертикальные многопламенные атмосферные горелки.

К системам, обеспечивающим безопасность работы можно отнести и систему контроля тяги посредством встроенного прессостата, изготовляемого исключительно на заводе Honeywell в Японии. О наличии тяги свидетельствует перепад давления между входом и выходом из теплообменника. При прекращении или снижении скорости движения продуктов сгорания в не зависимости от причины, будь то засорение дымохода 
или блокирование патрубка подачи воздуха для горения, перепад давления на теплообменнике снижается и подача газа будет немедленно прекращена.

Так же существует встроенный датчик перегрева, который отключает воздухонагреватель при температуре воздуха на выходе из него более 70С, что может быть связано с уменьшением подачи нагреваемого воздуха (отказал вентилятор, оказались перекрыты отверстия забора или выхода нагреваемого воздуха).

При подаче на воздухонагреватель сигнала включения первым делом стартует основной вентилятор обдува теплообменника и дымосос, а через 40-45 секунд происходит открытие газовой арматуры и автоматический поджиг горелки. При отключении все происходит в обратном порядке –  сначала прекращается подача газовоздушной смеси, а спустя некоторое время, для охлаждения теплообменника и продления его срока службы, по собственному термостату отключается вентилятор обдува.

В стандартном исполнении серия Variante поставляется с теплообменником из алюминизированной (ASTM A787) или более дорогой жаропрочной нержавеющей стали (AISI 304), которая должна обязательно применяться в воздухонагревателях, размещаемых в помещениях с повышенной влажностью или с повышенным содержанием в воздухе коррозионно-активных примесей, например в бассейнах или автомойках. В любом случае запрещается длительная по времени подача в воздухонагреватели с любым типом теплообменника нагреваемого воздуха с температурой менее 0С, что связано с образованием конденсата в теплообменнике и невозможностью его вывода у данных серий воздухонагревателей.

Забор воздуха для горения можно организовать как из помещения, так и с улицы. В базовом исполнении патрубки забора воздуха и вывода продуктов сгорания находятся на задней стороны воздухонагревателя (кроме VRE и EVRC), а в качестве опции для повышения удобства монтажа можно заказать вертикальные патрубки для присоединения вертикального дымохода и воздухозаборника. Для моделей VRE патрубки для забора воздуха и удаления продуктов сгорания изготавливаются только в вертикальном исполнении.
Для тех помещений, в которых требуется поддержание температуры не путем включения/выключения, а путем ступенчатого регулирования, имеется возможность установить двухрежимный газовый клапан, с помощью которого Вы сможете ступенчато регулировать мощность воздухонагревателя.

Модели EVRC также поставляются с двумя типами теплообменников, и вдобавок у этой линейки существует базовые модификации с вентиляторами повышенного напора: 250Па для EVRC1 и 500Па для EVRC2. Они были специально разработаны для установки вне помещений и не требуют сооружения каких-либо защитных сооружений и укрытий. Так же нет необходимости в трубах дымохода и оголовке – все включено в комплект. На данный момент практика показала стабильную работу этих воздухонагревателей при температуре окружающего воздуха до -35С, однако ограничения на температуру входящего воздуха такие же, как и у других моделей 
серии Variante для внутреннего размещения, то есть не менее 0С.

Описанное выше оборудование поставляется без блоков управления СР4, описание которых можно найти в 
конце текста. Эти блоки, а также дополнительные термодатчики к ним, можно приобрести в дополнение к воздухонагревателям. Кроме подключения к блоку CP4 существует возможность подключения и к обычному комнатному термостату.

 

5.3Воздухонагреватели PVN и PVD

По принципу работы данные воздухонагреватели полностью аналогичны серии Variante. Они предназначены для установки на полу внутри помещений и имеют центробежный вентилятор. Отличие PVN и PVD заключается лишь в отсутствии дефлекторов на верхнем торце последнего. Отсюда можно сделать вывод, что PVN – модель со свободнорассеивающем распределением воздуха, а PVD – с канальным. Все, что было сказано про комплектующие и систему безопасности для серии Variante, в полной мере относится и к моделям PVN и PVD. Блок управления CP4 поставляется уже установленным на воздухонагреватели, и в случае, когда аппарат стоит
в помещении, смежном с обогреваемым, придется выносить блок управления в обогреваемое помещение, либо дополнительно приобретать выносной датчик температуры.

Забор нагреваемого воздуха производится снизу воздухонагревателей через перфорированные решетки, 
а выход осуществляется с верхнего торца, на который в серии PVN надета  крышка с дефлекторами. Для организации притока воздуха по воздушному каналу возможна модернизация воздухонагревателя, при которой все перфорированные панели заменяются сплошными и в одной из них прорезается отверстие с фланцем для присоединения воздуховода. Отводящий воздуховод на модели PVD одевается не верхний фланец. Так же для канальной модели существует вентилятор повышенного напора для работы с протяженными воздушными каналами.

В мире больше не имеется аналогов данного напольного теплогенератора с атмосферной горелкой.

 

Рисунок 5.1. Разновидности воздухонагревателей PVN/PVD

 

Скачать: kursach.docx