專(zhuān)利名稱：關(guān)于金屬表面處理的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到金屬表面的處理，諸如對(duì)這種表面的清洗(諸如消除銹皮、氧化層和污染物等)熱處理和涂鍍等。
為清洗之目的、并考慮到隨后的處理和噴涂，最好利用清洗和處理后表面的蒸發(fā)來(lái)對(duì)金屬表面進(jìn)行處理的技術(shù)，長(zhǎng)期以來(lái)已是一種公知技術(shù)，并且建議使用各種機(jī)械的和/或化學(xué)的裝置以執(zhí)行這種清洗。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在很多情況及很多應(yīng)用中，這樣的一種機(jī)械的和/或化學(xué)的清洗處理要不是不能有效地達(dá)到所需的清洗程度，就是要使用昂貴而復(fù)雜的設(shè)備和方法。實(shí)際上，這也可能損壞被處理的表面。
已經(jīng)有過(guò)這樣的建議，即使金屬物體的表面承受真空電弧放電以對(duì)其進(jìn)行清洗，其中，所述的金屬物體構(gòu)成了一個(gè)有效的陰極。這樣一種建議已經(jīng)在例如如下的文獻(xiàn)中作出了美國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)4，534，921、英國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)2086788及在Fizikai Khimiya Obrabotki Materialov，Vol.21，No.3，1987pp49-53上由V.E.Bulat和M.Kh.Esterlis發(fā)表的名稱為“Removing Scale，Oxide Films and Contaminants from Metal Components by vacuum Electric Discharge”的論文。
在這篇論文中，解釋了這樣一種真空電弧放電，它發(fā)生在所述陽(yáng)極和被認(rèn)為是陰極點(diǎn)的陰極上面的個(gè)別位置之間，并且這些點(diǎn)可在所述陰極的表面上任意移動(dòng)。通常在真空電弧放電中產(chǎn)生陰極放電點(diǎn)的現(xiàn)象在“Vacuum ArcsTheory and Application，J.M Lafferty，Editor;Wiley 1980”中已有描述。關(guān)于真空電弧放電中陰極點(diǎn)的性質(zhì)和特性在由Ⅰ.Nikoshevitz，Nauka Technico，Minsk1988出版的名為“The treatment of metal objects by electric erosion”的書(shū)中已作了頗為詳細(xì)的敘述。在這部書(shū)中建議，所述的陰極點(diǎn)可以被歸納為兩個(gè)主要類(lèi)型，即(a)一種是此后稱之為“大而緩慢移動(dòng)(LS)”的陰極點(diǎn)，這種陰極點(diǎn)具有大于1mm的平均直徑，并且以小于每秒100cm的平均速度移動(dòng);和(b)另一種是此后稱之為“小而快速移動(dòng)(SF)”的陰極點(diǎn)，這種陰極點(diǎn)具有小于1mm的平均直徑，并且以每秒大于100cm的速度移動(dòng)。
特別是，本發(fā)明人也對(duì)所述陰極點(diǎn)的尺寸和運(yùn)動(dòng)的特性進(jìn)行了研究，并且這種研究是從所述真空電弧放電的電壓電流特性的角度來(lái)進(jìn)行的。因此，可以示出所述電壓電流特性是由逐漸上升和逐漸下降的部分組成的，即是由具有正梯度和負(fù)梯度的部分組成的。本發(fā)明人還示出了在所述電弧放電的最初階段，在所述陽(yáng)極和陰極之間的間隔較小的情況下，所述的電弧從一個(gè)唯一的或者是非常有限的陰極點(diǎn)延伸到所述陰極的一個(gè)非常有限的區(qū)域內(nèi)。增加所述的電弧電流伴隨有所述電弧電阻的增加，其結(jié)果是必將伴隨有所述電弧電壓的增加。因此，在所述電弧放電的最初階段，所述的電弧電壓電流特性具有正的梯度。
由于進(jìn)一步增加所述的電弧電流的結(jié)果，當(dāng)所述陰極點(diǎn)的數(shù)量增加并且如前所指出的它們能夠在整個(gè)陰極表面上任意移動(dòng)時(shí)，所述電弧的體積就要顯著增加，其結(jié)果是在所述電弧中的蒸氣密度將會(huì)顯著減少，進(jìn)而使所述電弧電阻減小，其結(jié)果使所述電弧電壓電流轉(zhuǎn)入負(fù)梯度部分。
然而，假如現(xiàn)在電弧中的蒸氣密度超過(guò)了規(guī)定的臨界值，例如通過(guò)電弧電流的不斷增加以及隨之而引起的所述陰極表面蒸發(fā)物的增加，那么，所述電弧電壓電流特性將會(huì)再一次地轉(zhuǎn)入正梯度區(qū)域。
特別通過(guò)本發(fā)明人還可以進(jìn)一步示出，通過(guò)保證所述電弧放電的體積或其橫截面積不超過(guò)某個(gè)預(yù)定臨界值，可以實(shí)現(xiàn)所述電壓電流特性從負(fù)梯度部分到正梯度部分的推移，從而可以看出利用本發(fā)明可以達(dá)到如下效果，即在有限的電弧體積中的蒸氣密度相對(duì)而言較高。換句話說(shuō)，通過(guò)增加電弧電流，可以在保持所述電弧橫截面基本不變或被減少的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)與所述電壓電流特性相關(guān)的從負(fù)梯度到正梯度的轉(zhuǎn)變。
現(xiàn)在，從總是發(fā)生在待被處理表面上所述陽(yáng)極點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的電弧作用的角度來(lái)看，事實(shí)是所述陰極點(diǎn)在待被處理表面上的任意移動(dòng)必將導(dǎo)致所述表面的非一致處理。
在歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)0468110A1中描述了一種為克服由于在所述陰極表面上的陰極點(diǎn)任意移動(dòng)所引起問(wèn)題的嘗試。其中披露了一種裝置，該裝置用于在所希望的方向上引導(dǎo)所述陰極表面上陰極點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。但是，在該歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)中重復(fù)地強(qiáng)調(diào)了所產(chǎn)生的電弧具有負(fù)梯度的電壓電流特性，再者，所述的負(fù)梯度之所以出現(xiàn)，顯然是由于在所述陰極和電極之間施加電弧電壓的模式使所述電弧占據(jù)具有相應(yīng)最大橫截面直徑的最大體積。
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，利用具有這種負(fù)梯度電壓電流特性的電弧放電對(duì)一個(gè)陰極表面進(jìn)行處理會(huì)帶來(lái)某些明顯的缺點(diǎn)，其中之一就是這種處理既耗時(shí)又不經(jīng)濟(jì)。
另一方面，本發(fā)明是以一個(gè)意想不到的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)的，該發(fā)現(xiàn)就是，當(dāng)待被處理的表面承受一個(gè)具有正電流電壓梯度的真空電弧放電，并且具有足夠高的電弧電流(大于50安培)時(shí)，可以提高所述陰極表面的表面處理效率。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種方法，用于對(duì)金屬工件進(jìn)行表面處理，其中這種表面處理發(fā)生于一個(gè)陽(yáng)極的主要暴露部分和用作一個(gè)陰極的所述工件第一表面連續(xù)有限區(qū)域之間，真空電弧放電具有基本上不小于50安培的電弧電流，并且具有正的電壓電流坡度。
利用依據(jù)本發(fā)明的這種方法，可以保證所述電弧能夠在穩(wěn)定狀態(tài)下保持所需的時(shí)間長(zhǎng)度并且在每個(gè)有限區(qū)域內(nèi)建立有效數(shù)量的LS陰極點(diǎn)。由于它們的相對(duì)較大的尺寸和緩慢的移動(dòng)，在一致性處理方面，它們是更加有效的。例如，可以在隨后的一個(gè)有限區(qū)域被暴露進(jìn)而對(duì)其放電以前，清洗那一個(gè)有限區(qū)域。通過(guò)保證所述電弧產(chǎn)生于該有限區(qū)域和所述陽(yáng)極主要暴露部分之間，所述陽(yáng)極的不希望的熔化(假如放電集中于所述陽(yáng)極的一個(gè)很小面積上，就會(huì)發(fā)生這種情況)就可以避免。通過(guò)在所述工件和陽(yáng)極之間傳遞一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)保證在所述陽(yáng)極和有限區(qū)域之間保持最小間隔和保證所述電弧放電將來(lái)只發(fā)生在所述有限區(qū)域和陽(yáng)極之間，就可以保證所述工件隨后的有限區(qū)域能夠被處理，例如能夠被清洗，并且在這種方式之下，可以實(shí)現(xiàn)所述工作整個(gè)表面的一致性處理或清洗。
為了保證在所述陽(yáng)極和相距其最短距離處所暴露的特定有限區(qū)域之間的所述電弧放電具有正的電壓電流梯度，最好作如下安排即使得與在那個(gè)時(shí)間的電弧放電相關(guān)的每一個(gè)有限區(qū)域與所述工件的一個(gè)低阻抗區(qū)相結(jié)合。這可以例如通過(guò)作出如下保證來(lái)加以實(shí)現(xiàn)，即保證利用一個(gè)或多個(gè)觸點(diǎn)使所述的電弧電壓被施加到所述工件的第二和相反表面，所述的觸點(diǎn)用以規(guī)定特定的表面部分，所述部分是相反的并且基本上隨著所述特定有限區(qū)域而在空間上進(jìn)行擴(kuò)展。另外，與所述特定有限區(qū)域相關(guān)的所述工件的那個(gè)區(qū)可以是冷卻的，從而建立一個(gè)低電阻區(qū)。
保證所述電弧放電僅產(chǎn)生于所述特定有限表面區(qū)域之間的另一種方法是通過(guò)對(duì)那個(gè)區(qū)域進(jìn)行電磁輻射，借此以加熱該區(qū)域并引起某種程度的熱輻射，這種熱輻射有益于對(duì)該區(qū)域所述電弧的限制。
還有另一種方法可用于保證所述電弧僅產(chǎn)生于所述陽(yáng)極和有限表面區(qū)域之間，那就是使一帶有多個(gè)與特定有限區(qū)域有電氣接觸的諸元件的電絕緣體與所述的特定有限區(qū)域并列配置。
在所有這些情況中，通過(guò)保證使所述電弧絕對(duì)地發(fā)生于特定有限表面區(qū)域和所述陽(yáng)極之間，并且使所述電弧電壓電流特性呈正坡度和使所述的電弧電流大于50安培，從而使得所述電弧放電被相對(duì)高度地集中于一個(gè)最小的體積內(nèi)，并且在所述有限表面區(qū)域上形成多個(gè)LS陰極點(diǎn)，而這些陰極點(diǎn)在一致性和經(jīng)濟(jì)上對(duì)所述特定有限表面區(qū)域處理是特別有效的。
將可以看出，當(dāng)所述LS陰極點(diǎn)被集中于所述正在被處理的特定有限表面區(qū)域的時(shí)候，也可以同時(shí)產(chǎn)生SF點(diǎn)。為了保證這些SF陰極點(diǎn)在最好是所述工件處理方向的預(yù)定方向上運(yùn)動(dòng)，通過(guò)相對(duì)所給定方向而配置在下游的一個(gè)或多個(gè)輔助接觸，將所生成的電壓另外提供給所述工件。最好是總電弧電流的85-90%流經(jīng)所述有限表面區(qū)域，而剩余的則流經(jīng)所述的輔助電極。這樣，在所述特定有限區(qū)域正在利用LS陰極點(diǎn)被進(jìn)行有效處理的同時(shí)，一個(gè)下游區(qū)域受到SF點(diǎn)的影響。對(duì)所述特定有限區(qū)域和所述輔助觸點(diǎn)區(qū)之間的所述工件的那個(gè)區(qū)域進(jìn)行最初表面處理，這些SF點(diǎn)是有效的。利用這種方式，所述陽(yáng)極的工件相對(duì)移動(dòng)到已經(jīng)進(jìn)行過(guò)初步處理的區(qū)域的確定的有限區(qū)域中，那么對(duì)于所述后續(xù)的表面的主要處理將是很方便的。
這里，剛剛敘述過(guò)的表面處理被用于對(duì)所述工件的初步清洗，如果需要，可以提供附加手段以利用蒸發(fā)技術(shù)對(duì)所述工件進(jìn)行涂鍍。這樣，蒸發(fā)電極可以被包括在一個(gè)封閉殼體之中，該蒸發(fā)電極例如可以是一個(gè)被加熱的電阻，從而使涂鍍材料蒸發(fā)，以使得所述工件在以如上所述的方式進(jìn)行了初步清洗以后能夠被涂鍍。另外，可以提供輔助加的電弧放電手段，用以有效地加熱蒸發(fā)電極，從而使其能有效地蒸發(fā)。
本發(fā)明還提供了一種裝置，用于執(zhí)行依據(jù)本發(fā)明的所述方法。
為了保證所述的電弧放電圍繞所述陽(yáng)極的暴露表面均勻分布，構(gòu)成一個(gè)外殼陽(yáng)極和內(nèi)殼的陽(yáng)極是適宜的，所述內(nèi)殼具有較外殼為高的電導(dǎo)率，并且所述的電弧電壓被施加于所述工件和所述內(nèi)殼之間，同時(shí)在所述的外殼和所述工件有限區(qū)之間產(chǎn)生電弧放電。利用所產(chǎn)生的電弧放電，與所述放電相關(guān)的外殼區(qū)域被加熱，借此以增加其電阻，因此使所述電弧自動(dòng)地向所述外殼的相對(duì)較冷的低阻區(qū)移動(dòng)，在這種方式下，所述電弧有規(guī)律地分布在所述外殼暴露表面上。
最好，所述陽(yáng)極是一個(gè)環(huán)狀體，以有助于穿過(guò)它的細(xì)長(zhǎng)工作的均勻處理。
最好在對(duì)平坦表面進(jìn)行處理的情況下，所述陽(yáng)極由基本共軸的具有良好電接觸的外、內(nèi)園柱體制成，并且提供一個(gè)裝置，用以將一個(gè)持續(xù)或間歇的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)傳遞給所述陽(yáng)極。
為了更好地理解本發(fā)明以及表明本發(fā)明在實(shí)際中是如何執(zhí)行的，下面將參照附圖，其中

圖1是一個(gè)所述類(lèi)型裝置的簡(jiǎn)單示意圖，所述裝置用于依據(jù)本發(fā)明的基本原理對(duì)所述金屬工件進(jìn)行表面處理;
圖2簡(jiǎn)要示出了在一個(gè)細(xì)長(zhǎng)產(chǎn)品的逐步清洗過(guò)程中，所述真空電弧放電的應(yīng)用;
圖3簡(jiǎn)要地示出了依據(jù)本發(fā)明的所述電弧放電的一個(gè)實(shí)施例的應(yīng)用;
圖4簡(jiǎn)要地示出了依據(jù)本發(fā)明的所述電弧放電的另一種型式的應(yīng)用;
圖5簡(jiǎn)要地示出了依據(jù)本發(fā)明的所述電弧放電的再一種型式的應(yīng)用;
圖6示出了依據(jù)本發(fā)明的所述電弧放電裝置中所使用的一個(gè)尺寸放大了的陽(yáng)極的橫剖面視圖;
圖7簡(jiǎn)要地示出了依據(jù)本發(fā)明的另一種陽(yáng)極的一部分以及移動(dòng)的工件;
圖8是一種依據(jù)本發(fā)明的所述電弧放電裝置中所使用陽(yáng)極的另一種形式的側(cè)視圖;
圖9簡(jiǎn)要地示出了依據(jù)本發(fā)明的所述裝置的另一實(shí)施例，該裝置用于處理細(xì)長(zhǎng)的移動(dòng)物體;
圖10a、10b和10c是圖9所示裝置一個(gè)部分的不同變形的展開(kāi)圖;
圖11示出了依據(jù)本發(fā)明的所述裝置的另一種型式，該裝置用于對(duì)細(xì)長(zhǎng)管狀件的內(nèi)表面進(jìn)行處理;
圖12簡(jiǎn)要地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)裝置，該裝置用于清洗和涂鍍待處理的物體;
圖13簡(jiǎn)要地示出了用于對(duì)處理對(duì)象進(jìn)行清洗和涂鍍的所述裝置的另一種型式，該裝置在清洗和涂鍍過(guò)程中都使用了電弧放電;
圖14簡(jiǎn)要示出了電弧放電在不同應(yīng)用場(chǎng)合下對(duì)蒸發(fā)元件的影響;
圖15簡(jiǎn)要地示出了依據(jù)本發(fā)明的所述裝置的一部分，用于不規(guī)則的進(jìn)行涂鍍。
首先，參看附圖中的圖1和圖2，這兩張附圖簡(jiǎn)要地示出了一種應(yīng)用本發(fā)明基本原理對(duì)金屬工件進(jìn)行表面處理的裝置。
如在圖1中所看到的，所述裝置包括一個(gè)通過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)拈y門(mén)2與真空泵3相連接的箱體1，借助于所述的真空泵3，可以在所述箱體內(nèi)達(dá)到適宜的真空度，所述箱體1還有一個(gè)進(jìn)氣端口4，該端口4通過(guò)閥門(mén)5與氣源(未示出)相連接，用以向所述殼體1導(dǎo)入空氣。陽(yáng)極6相對(duì)一個(gè)陰極7(后者示意性地代表一個(gè)待被處理的工件)并列配置，且它們被分別提供有導(dǎo)電體8和9，導(dǎo)電體8和9密封地穿過(guò)殼體1而延展，電源10通過(guò)開(kāi)關(guān)11和電阻器12跨接于導(dǎo)體8和9兩端，并通過(guò)電阻13和開(kāi)關(guān)14并聯(lián)到觸發(fā)電極15，該觸發(fā)電極15的頂端被插入陽(yáng)極6和陰極7之間。
由于所述箱體1是借助于真空泵3排氣，并通過(guò)進(jìn)氣口引入適當(dāng)?shù)臍怏w以達(dá)到適宜的低壓，所以，開(kāi)關(guān)13和14的閉合將導(dǎo)致發(fā)電極15在所述陽(yáng)極6和7之間觸發(fā)電弧放電，隨后可將開(kāi)關(guān)14打開(kāi)。在陽(yáng)極6和陰極(工件)7之間形成的所述電弧放電的作用在于執(zhí)行例如消除銹斑等的陰極本身的表面處理。為了保證所述的電弧放電集中于所述陽(yáng)極和陰極的相對(duì)表面上，對(duì)這兩個(gè)電極都提供了適宜的屏蔽罩6a和7a。
圖2簡(jiǎn)要地示出了在對(duì)管狀物，導(dǎo)線和條狀物等細(xì)長(zhǎng)物體17進(jìn)行逐步清洗過(guò)程中所述真空電弧放電的應(yīng)用。在這種情況下，密封地穿過(guò)真空室18的細(xì)長(zhǎng)物體17構(gòu)成了一個(gè)有效的陰極，所述的室具有一個(gè)由閥門(mén)控制的進(jìn)氣口19和一個(gè)真空排氣口20。
陽(yáng)極21被置于所述細(xì)長(zhǎng)工作17的上方，并且被提供有導(dǎo)體22，該導(dǎo)體22穿過(guò)所述室18連接到電源(未示出)的正極。另一個(gè)導(dǎo)體23密封地穿過(guò)所述室18，并且在其一端耦合到所述電源的負(fù)極，而在另一端耦合到接觸24，該觸點(diǎn)24在允許所述物體17對(duì)接觸24作相對(duì)移動(dòng)的同時(shí)，建立起一個(gè)與所述物體17相接的電接觸。所述物體還要穿過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)钠帘伟?5，屏蔽板25的作用在于限制所述電弧放電的擴(kuò)散。
如前所解釋的，如果不采取措施使所述的電弧放電集中于所述陰極表面的集中區(qū)域內(nèi)，那么在所述陰極和陽(yáng)極之間建立的真空電弧放電將導(dǎo)致在所述陰極表面展開(kāi)的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生陰極點(diǎn)，這些陰極點(diǎn)在所述陰極表面上以完全任意的方式動(dòng)來(lái)動(dòng)去，這樣一種電弧放電無(wú)助于所述陰極表面的均勻處理，另外如上所述，所述電弧放電的這種操作特征在于所述的電弧電壓電流特性具有負(fù)的梯度。
本發(fā)明是以下述發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)的，即當(dāng)所述電弧放電工作于其電壓電流特性具有正梯度，電弧電流不小于50安培和所述電弧放電基本上均勻地分布于所述陽(yáng)極暴露部分上方的情況下時(shí)，可以獲得特別有效的均勻處理。
另外還發(fā)現(xiàn)，為了使用這種正梯度電弧電壓電流特性進(jìn)行工作，在增加所述電流的同時(shí)有必要限制體積也就是限制了所述電弧的橫截面積，借此，使所述電弧中的蒸氣密度隨著阻抗的必然升高而增加。依據(jù)本發(fā)明，這是通過(guò)將所述電弧安排產(chǎn)生在所述陽(yáng)極的主要暴露部分和所述工件有限區(qū)域之間的任一特定時(shí)間處來(lái)實(shí)現(xiàn)的。另外，如先前所指出的，把所述電弧的范圍限制到這種有限區(qū)域的一種模式就是在所述工件內(nèi)適應(yīng)多個(gè)低阻抗區(qū)域，這些低阻抗區(qū)域分別與所希望的有限區(qū)域結(jié)合起來(lái)。
圖3，4和5簡(jiǎn)要地示出了這種有限區(qū)域是如何通過(guò)建立低阻抗區(qū)域而形成的。參看圖3，密封穿過(guò)真空箱(未示出)的細(xì)長(zhǎng)工件31構(gòu)成了一個(gè)與陽(yáng)極32并列排置的陰極，后者被連接到電源(未示出)正極。所述電源的負(fù)極通過(guò)導(dǎo)體33和一個(gè)例如是環(huán)形接觸的多端觸點(diǎn)34連接所述工件31，所述多點(diǎn)觸點(diǎn)34與和暴露到所述陽(yáng)極的表面相對(duì)的所述工件31的那個(gè)表面相接觸。由多點(diǎn)觸點(diǎn)規(guī)定并與工件的所述表面相關(guān)的該工件區(qū)(和所述工件其余的部分相比較)基本上是一個(gè)低阻抗區(qū)，并且這個(gè)區(qū)域因此與向所述暴露給陽(yáng)極的所述工件的一個(gè)有限表面區(qū)相聯(lián)系。所述的電弧放電將以最佳狀態(tài)產(chǎn)生于這個(gè)有限表面區(qū)域和所述陽(yáng)極之間。提供了絕緣屏蔽板35和36，以保證電弧放電不在所不希望的方向上擴(kuò)散。所能看到的，在所述陽(yáng)極的主要暴露部分和與所述多點(diǎn)觸點(diǎn)34相對(duì)的有限區(qū)域之間所產(chǎn)生的電弧放電具有集中的橫截面，并且在所述工件和陽(yáng)極之間可能的最靠近空間范圍內(nèi)，這種電弧放電是有效的。
通過(guò)如此地將所述電弧放電控制在所述有限表面區(qū)域內(nèi)，在所述電弧放電中的蒸氣密度將會(huì)增加。其結(jié)果，所述的電弧放電電壓電流特性具有正梯度，并且可以發(fā)現(xiàn)，在所述有限表面區(qū)域上形成多個(gè)LS陰極點(diǎn)，這些陰極點(diǎn)導(dǎo)致所述有限表面區(qū)域的均勻處理，例如清洗。隨著所述工件31在如箭頭所示方向持續(xù)或間斷的移動(dòng)，即參照陽(yáng)極32和多點(diǎn)觸點(diǎn)34所發(fā)生的移動(dòng)，連續(xù)的有限表面區(qū)域被置入相對(duì)于陽(yáng)極而言的最小距離區(qū)，并且所述陽(yáng)極要承受在其上所形成的LS陰極點(diǎn)的作用。從而使所述工件的連續(xù)有限表面區(qū)被處理，并且所述工件表面作為一個(gè)整體均勻地經(jīng)受了所述電弧放電的作用。所述工件的處理方向與該工件相對(duì)于所述陽(yáng)極的相對(duì)移動(dòng)方向相反。
應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)LS陰極點(diǎn)在所述有限區(qū)上形成時(shí)，也產(chǎn)生了顯著數(shù)量SF陰極點(diǎn)，并且如果不采取任何措施，這些從有效表面區(qū)移出的SF陰極點(diǎn)將在所述工件表面上任意地動(dòng)來(lái)動(dòng)去。為了控制和引導(dǎo)這些SF陰極點(diǎn)的移動(dòng)，如圖4和圖5所示的那種配置是合適的。例如，如圖4所示，所述電源的負(fù)極以與多點(diǎn)接觸34相并聯(lián)的方式連接到就相對(duì)移動(dòng)而言處于多點(diǎn)接觸34上游的觸點(diǎn)37。由于這種配置，可以發(fā)現(xiàn)，在所述LS陰極點(diǎn)對(duì)有限表面區(qū)域進(jìn)行有效處理的同時(shí)，所述的SF陰極點(diǎn)沿所述表面朝著觸點(diǎn)37移動(dòng)，這就影響了在多點(diǎn)接觸34和所述觸點(diǎn)37之間區(qū)域的初步處理。利用這種方式，一旦所述工件的移動(dòng)將來(lái)把所述的連續(xù)表面區(qū)域帶入電弧放電區(qū)，就有助于利用所述的LS點(diǎn)對(duì)這個(gè)區(qū)進(jìn)行徹底的處理。
圖5示出了這種想法的進(jìn)一步改進(jìn)，在這種改進(jìn)中，有一個(gè)輔助觸點(diǎn)38與所述的多端觸點(diǎn)34相并聯(lián)，且所述的輔助觸點(diǎn)37就相對(duì)移動(dòng)的方向而言仍然處于所述工件31更上游的位置處，借此以保證即使是所述SF陰極點(diǎn)的最快移動(dòng)也能夠被導(dǎo)入所需的預(yù)定方向，借此初始處理在所述電弧放電的主要部分所處理的所述主要表面之前的預(yù)處理表面。
在如圖3，4和5所示實(shí)施例的情況下，所述工件34的初步處理(如清洗)將借助受到導(dǎo)引的SF陰極點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，而最終處理是借助LS陰極點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
在實(shí)際中作如下推薦即在任一時(shí)刻的總電弧電流的85%-95%要流過(guò)建立正被處理有限表面區(qū)域的多點(diǎn)接觸，同時(shí)，總電流的5%-15%流過(guò)輔助電極。
下面參看圖6以描述陽(yáng)極32的結(jié)構(gòu)。該陽(yáng)極包括一個(gè)外殼體39，在該外殼體中放置有一個(gè)內(nèi)殼體40。所述陽(yáng)極32除了其余表面部分以外都由一個(gè)屏蔽板41所包圍，穿過(guò)該屏蔽板，與其絕緣地延展有一個(gè)將被連接到電源正極的陽(yáng)極觸點(diǎn)42。在所述內(nèi)殼體40用諸如銅等具有高導(dǎo)電率的材料制成的同時(shí)，所述外殼體39使用例如不銹鋼、鉻鎳鐵合金等具有相對(duì)低導(dǎo)電率的耐熔材料制成。以這種型式構(gòu)成的陽(yáng)極，利用所述的電弧放電，對(duì)所述陽(yáng)極主殼體39所述表面的一部分進(jìn)行加熱，其結(jié)果是使其中的電阻增加，并且所述電弧自動(dòng)地移向仍保持在較冷狀態(tài)的所述陽(yáng)極表面的另一部分，從而可以看到，這一部分對(duì)于所述內(nèi)殼體40呈現(xiàn)了一條較低電阻通路。這個(gè)過(guò)程繼續(xù)下去，從而導(dǎo)致了在所述陽(yáng)極擴(kuò)展表面上方所述電弧放電的持續(xù)均勻分布，從而減少了所述陽(yáng)極燒熔的可能性，并有助于較長(zhǎng)的耐用性。如所能見(jiàn)到的，所述的內(nèi)殼體40開(kāi)有洞口，使冷卻液得以通過(guò)，借此以加強(qiáng)對(duì)在任何情況下都不會(huì)被所述電弧放電所加熱的外殼體39的這些部分的冷卻。
在如圖7所示的實(shí)施例中，一個(gè)環(huán)狀陽(yáng)極43被置于帶有可用箭頭所示方向放置的細(xì)長(zhǎng)工件31的環(huán)狀屏蔽板44內(nèi)，所示細(xì)長(zhǎng)工件31穿過(guò)所述環(huán)狀陽(yáng)極43和環(huán)狀屏蔽板44。若現(xiàn)在所述工件圍繞其長(zhǎng)軸在所述陽(yáng)極43之內(nèi)并相對(duì)該陽(yáng)板43轉(zhuǎn)動(dòng)，并且所述工件31同時(shí)被軸向地通過(guò)所述陽(yáng)極43而放置，那么，被處理的有限表面區(qū)域?qū)⑿纬梢粋€(gè)有關(guān)所述工件31的有效螺旋通路，從而導(dǎo)致對(duì)整個(gè)工件31的有效表面處理。
剛才給出的所述例子恰是各種可變化的例中一個(gè)，在該例中，有限表面區(qū)域是在與整個(gè)工件移動(dòng)方向基本垂直的方向上產(chǎn)生的。
所述的工件31還被提供有一個(gè)類(lèi)似于空心軸的屏蔽板45，用于對(duì)所述工件的所述區(qū)域進(jìn)行限定，因?yàn)樵诠ぜ乃鰠^(qū)和所述陽(yáng)極之間，所述的電弧放電是有可能擴(kuò)散出來(lái)的。另一方面，如能所看到的，屏蔽板45被提供有一個(gè)很窄的細(xì)長(zhǎng)槽46，以用于允許SF陰極點(diǎn)通過(guò)這些槽進(jìn)入到就所述工件移動(dòng)方向而言的工件上游部分，從而有利于它們的處理。
這些槽46從空心軸45的前端(即與陽(yáng)極43相鄰的端)延展，并終止于所述空心軸45的中間部分，SF陰極點(diǎn)進(jìn)入槽46并被有效地夾在其中。例如現(xiàn)在所述的屏板45相對(duì)于所述工件圍繞其長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，所述工件軸向地穿過(guò)所述陽(yáng)極43而放置，那么，被夾住的SF陰極點(diǎn)將形成一個(gè)與所述工件相關(guān)的有效螺旋通路，借此以執(zhí)行整個(gè)工件31的有效初始處理。
另外，在所述工件類(lèi)似板材料的情況下，可以利用一個(gè)平坦的電絕緣屏蔽板，參照對(duì)于類(lèi)似空心軸屏蔽板的如上描述，上述的平坦絕緣屏蔽板具有多個(gè)較小的槽。在這種情況下，所述的平坦絕緣屏蔽板是以和所述工件移動(dòng)的有關(guān)方向相互垂直地放置的。并且當(dāng)與所述移動(dòng)的有關(guān)方向相互垂直地進(jìn)行放置時(shí)，夾在所述槽里的SF陰極點(diǎn)對(duì)所述表面進(jìn)行處理。這就導(dǎo)致了對(duì)所述工件表面的有效(而均勻)的初步處理。
在圖8所示的實(shí)施例中(它是特別指定供延展的類(lèi)似板材的工件使用)，提供了一個(gè)園柱形陽(yáng)極47。該陽(yáng)極47包括一個(gè)由高熔點(diǎn)材料制成的外空心構(gòu)件48和一個(gè)由具有非常低阻抗的材料制成的內(nèi)空心構(gòu)件49。所述陽(yáng)極49(持續(xù)或間斷地)圍繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，冷卻液體可以流經(jīng)該陽(yáng)極49，且該陽(yáng)極還可以用作一個(gè)電導(dǎo)體，借助于該導(dǎo)電體和電刷51，使得所述的陽(yáng)極能夠被連接到電源(未示出)上。陽(yáng)極47還被提供有一個(gè)環(huán)繞屏蔽板52，用以限制所述電弧放電的擴(kuò)散。
穿過(guò)屏蔽板52的延展部分構(gòu)成了一個(gè)刮削標(biāo)53，它具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置54，并用于去除所述陽(yáng)極表面上累積的蒸發(fā)或沉積的材料。
當(dāng)在上述配置中有限表面區(qū)域與由與所述工件相接觸的多點(diǎn)接觸所產(chǎn)生的低阻抗區(qū)相聯(lián)系時(shí)，這種低阻抗區(qū)可以通過(guò)例如使所述與有限表面相聯(lián)系的特定區(qū)域冷卻，并借此降低其電阻抗的方法來(lái)建立。
將電弧放電將集中的陽(yáng)極和工件產(chǎn)生有限表面區(qū)域另一種模式是使用諸如激光輻射的適當(dāng)?shù)碾姶泡椛湔丈溥@些區(qū)域。通過(guò)輻射對(duì)這些區(qū)域的連續(xù)加熱導(dǎo)致了某種程度的蒸發(fā)和隨后的電離作用，這有助于在這些區(qū)域和陽(yáng)極之間的電弧放電。但是，應(yīng)當(dāng)了解，為了消除與這些受輻射區(qū)域相連系的所述工件區(qū)的加熱，這些區(qū)本身應(yīng)當(dāng)另外冷卻。
還有一種模式可用于保證將所述電弧限制在有限表面區(qū)域內(nèi)，那就是在利用電弧進(jìn)行處理之前或之間，在所述表面上形成良好的凹槽，并利用這些凹槽的存在去限制所述LS陰極點(diǎn)的移動(dòng)。這些凹槽最初可以沿著所述工件的長(zhǎng)度方向形成，用以導(dǎo)引所述的SF陰極點(diǎn)和集中所述的LS陰極點(diǎn)。
保證所述電弧被限制在所述有限區(qū)域和陽(yáng)極之間一個(gè)區(qū)內(nèi)的另外或者是附加的模式是在相鄰所述有限表面區(qū)域的位置處設(shè)置一個(gè)電絕緣體，該電絕緣體在具有和有限區(qū)域連續(xù)電接觸的齒。所述工件具有有限區(qū)域和這些齒的實(shí)際接觸和所述工件相對(duì)于這些齒的移動(dòng)將產(chǎn)生出一定程度的火花，反過(guò)來(lái)，這些火花又會(huì)把所述的電弧放電限制到發(fā)生了火花的所述有限表面區(qū)域。因此，就捕集所述陰極點(diǎn)而言，所述齒是非常有效的。
這種電子絕緣體的應(yīng)用示意性地示于圖9。參看此圖，一個(gè)諸如導(dǎo)線等的細(xì)長(zhǎng)物體57受到真空電弧放電清洗。為此，物體57縱向地放置，與多個(gè)導(dǎo)電輪58有良好的電接觸，所述的多個(gè)導(dǎo)電輪58在其轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中與所述電源的負(fù)極相連接。所述物體57在通過(guò)接下來(lái)被連接到所述電源正極的環(huán)狀陽(yáng)極60以前，首先要穿過(guò)一個(gè)開(kāi)縫的、可旋轉(zhuǎn)的中空屏蔽板59。所述陽(yáng)極60被提供有一個(gè)中空屏蔽61，從而避免在所述工件57和陽(yáng)極60的非希望部分產(chǎn)生電弧放電。
與所述工件并列并與所述陽(yáng)極靠近的是一個(gè)絕緣體62，從該絕緣體62處懸垂有諸個(gè)導(dǎo)電齒63，它與所述物體57保持電接觸。
在工作中，齒63與移動(dòng)物體57的接觸既捕集了所述陰極點(diǎn)又引起火花，其結(jié)果，所述的火花區(qū)域成為一個(gè)所述有限表面區(qū)域，從而在所述工件和所述陽(yáng)極60之間建立起相對(duì)受到限制的電弧放電，通過(guò)電弧放電對(duì)所述的有限區(qū)域進(jìn)行有效的清洗。同時(shí)，壓在所述物體57上的齒63和所述物體57相對(duì)于齒63的持續(xù)移動(dòng)導(dǎo)致了一個(gè)機(jī)械清洗作用，該清洗作用有效地補(bǔ)充或完成了由所述電弧放電所執(zhí)行的清洗作用。
應(yīng)當(dāng)了解，當(dāng)通過(guò)所述物體57表面上齒63的作用去規(guī)定所述有限表面區(qū)域，從而把所述主電弧電限制在所述工件和陽(yáng)極之間時(shí)，有效數(shù)量的SF陰極點(diǎn)將趨于在滾輪58的方向上移動(dòng)。通過(guò)保證所述物體57的移動(dòng)速度基本上等于這些陽(yáng)極點(diǎn)在反方向上移動(dòng)的平均速度，就可以保證在利用仍然按滾輪58的方向移動(dòng)的這些SF陽(yáng)極點(diǎn)對(duì)所述物體進(jìn)行清洗處理的同時(shí)，使所述LS陰極點(diǎn)的規(guī)?；颈３址€(wěn)定。
對(duì)于一個(gè)具有均勻厚度的物體而言，所述陰極點(diǎn)移動(dòng)的平均速度可以下述關(guān)系給出V＝Voe-Kt其中Vo是與正被處理的材料相關(guān)的常數(shù)(如對(duì)于鋼而言，Vo＝102cm/Sec)K是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)＝0.44t是以μm為單位的銹皮厚度圖10示出了所述絕緣體的三個(gè)可供采用的實(shí)施例。如從圖10a所示，所述絕緣體包括一個(gè)絕緣夾具62，該夾具62有一組扁平端齒63a。在圖10b所示的實(shí)施例中，指出了所述齒63b是尖的，在圖10c中，夾具62是利用齒定位器65形成的，在該齒定位器65中配置有一個(gè)可移動(dòng)的齒66，該齒66通過(guò)彈簧67被彈性地加壓而和被處理物體相接觸。利用該實(shí)施例，所述的齒66在需要的情況下可以很容易地進(jìn)行更換。
如所指出的，所述齒能夠用導(dǎo)電材料構(gòu)成，或者，所述齒可以利用絕緣材料構(gòu)成，但這種絕緣材料應(yīng)能夠通過(guò)在其上進(jìn)行導(dǎo)電材料的沉積導(dǎo)電性。最好，所述齒間有一定的間隔(如0.5-5mm)以捕集所述的LS陽(yáng)極點(diǎn)，并借此限制所述的電弧。
在指定所述的齒基本上用于限定所述電弧和/或表面清洗的場(chǎng)合，它們可以利用任一種適宜的較硬的導(dǎo)電材料構(gòu)成。但是，如下面將要詳細(xì)解釋的那樣，在所述齒被指定用于電弧限制和/或被覆蓋表面的機(jī)械處理的場(chǎng)合，那么，所述的元件就應(yīng)該使用一種較軟的材料，例如所述的覆蓋材料或工件本身的材料制成。構(gòu)成所述齒的材料可以根據(jù)處理的目的進(jìn)行選擇。
所述齒在執(zhí)行其它功能的同時(shí)，還可以用于在垂直于所述物體處理的方向上建立凹槽。這些凹槽用于集結(jié)所述的LS陰極點(diǎn)。
圖11示出了另一種配置，該配置涉及到了在所述有限表面區(qū)域內(nèi)集中所述的LS陰極點(diǎn)以及對(duì)所述SF陰極點(diǎn)移動(dòng)的控制。在這種配置中，一個(gè)例如是管子的細(xì)長(zhǎng)中空物體71必需具有一個(gè)為了清洗而利用在陽(yáng)極和所述物體71的內(nèi)表面之間所產(chǎn)生的真空電弧放電來(lái)處理過(guò)的內(nèi)表面。在這種配置中，借助于適當(dāng)?shù)拿芊庋b置73，74將所述物體71的任意一端封住，所述物體被適當(dāng)?shù)呐趴?，從而在其中產(chǎn)生一個(gè)真空狀態(tài)，同時(shí)，密封裝置74具有一個(gè)進(jìn)氣口75，而密封裝置73具有一個(gè)出氣口76。
通過(guò)耦合裝置77將所述陽(yáng)極72耦合到電源正極，該耦合裝置77還用于將所述陽(yáng)極72軸向地移動(dòng)以穿過(guò)所述物體71。與所述物體71的外表面形成良好電接觸是多個(gè)觸點(diǎn)78，這些觸點(diǎn)被設(shè)計(jì)成依次地連接到所述電源的負(fù)極。所述觸點(diǎn)78被安排成可圍繞所述物體71的外表面在基本上螺旋的路徑內(nèi)，從與所述密封裝置74相鄰的所述物體的一端向與所述密封裝置73相鄰的所述物體的相反端移動(dòng)。所述觸點(diǎn)78的移動(dòng)與所述陽(yáng)極72的軸向移動(dòng)同步。
由于在中空物體中恒定的低氣壓，即由于沒(méi)有氣體從入口75流到出口76，所以，在所述陽(yáng)極72和與所述觸點(diǎn)78相對(duì)的有限表面區(qū)域之間集中了一個(gè)電弧放電79a。但是在這種情況下，SF陰極點(diǎn)將在所述中空物體的其余表面上任意移動(dòng)，這確實(shí)無(wú)助于所述表面任一所希望的初步處理。然而，由于氣體不斷地從入口75到出口76流經(jīng)所述中空物體，在所述的中空物體中將建立起一個(gè)壓力梯度，即所述的壓力從所述入口75所在區(qū)域到出口76所在區(qū)域逐漸減小，在這種情況下，將要產(chǎn)生一個(gè)所述放電的尾部79b，在這個(gè)尾部中，所述的SF陰極點(diǎn)沿一個(gè)預(yù)定方向運(yùn)動(dòng)，并借此進(jìn)行所述表面的初步處理。由于所述的主放電位于這些預(yù)先處理過(guò)的區(qū)域和所述陽(yáng)極72之間，所以，這些初步處理有利于后續(xù)的所有處理。
在上述特殊描述的實(shí)施例中，所述SF陰極點(diǎn)的受控移動(dòng)的方向與所述處理的方向相同，但正如所指出的，也可以將這個(gè)受控移動(dòng)安排得垂直于處理方向。
對(duì)于一個(gè)單一的電弧而言，任一被處理的區(qū)段(即有效陰極點(diǎn)區(qū)域)的最大尺寸(在垂直于處理的方向上)可以在5-250mm之間。在利用多個(gè)電弧同時(shí)對(duì)所述物體進(jìn)行處理的場(chǎng)合，這些最大尺寸的總和可以位于下述范圍之內(nèi)，這個(gè)范圍是與每個(gè)電弧相關(guān)的各單獨(dú)范圍的和。
如上所述，當(dāng)所述裝置被利用于對(duì)所述工件的表面進(jìn)行清洗，例如除去表面銹皮時(shí)，所述真空箱內(nèi)的氣體壓力是根據(jù)需要被除去的銹皮的厚度來(lái)選擇的，例如在銹皮的厚度小于1μm的情況下，使用的最大氣壓約為100PA;
在所述銹皮的厚度在1-5μm之間的情況下，所使用的最大氣壓約為5PA。
在所述銹皮的厚度大于5μm的情況下，所使用的最大氣壓約為5.10-1PA。
所述的氣體壓力可與殘留的空氣壓力相關(guān)，或可與任一適宜的氣體壓力相關(guān)。
如上所指出的，依據(jù)本發(fā)明的方法和裝置在利用金屬表面的蒸發(fā)進(jìn)行涂鍍方面是特別有用的。下面將參照附圖12-15對(duì)本發(fā)明的這種特殊應(yīng)用進(jìn)行描述。
如圖12所示，箱體81和真空泵82相耦合，借此以保證在具有能夠維持一個(gè)真空電弧放電的電氣壓的箱體內(nèi)建立一個(gè)真空狀態(tài)。其表面需要清洗和涂鍍的一個(gè)細(xì)長(zhǎng)物體83利用一個(gè)未示出的裝置支撐于箱體81內(nèi)，并被提供有一個(gè)未示出的裝置，該裝置與沿其長(zhǎng)軸方向的直線移動(dòng)和圍繞其長(zhǎng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。所述細(xì)長(zhǎng)物體83與被提供有適當(dāng)屏蔽85的環(huán)狀陽(yáng)極84的中心孔共軸。構(gòu)成一個(gè)有效陰極的所述物體83在觸點(diǎn)86處被電連接到電源88的負(fù)極，所述電源的正極一方面通過(guò)電阻89連接到所述陽(yáng)極88，另一方面通過(guò)電阻器91連接到一個(gè)輔助觸發(fā)電極92。與所述物體83并列放置的有一個(gè)絕緣金屬物體93，在該金屬物體中配置有一個(gè)可替換單元94，從該單元94垂持有導(dǎo)電齒95。所述物體93與驅(qū)動(dòng)裝置96相聯(lián)系，借助于該驅(qū)動(dòng)裝置，所述物體能夠沿著所述物體83的表面移動(dòng)。
安裝在箱體81之內(nèi)并指向所述物體83的是電磁輻射源97，例如是激光源，電磁輻射束可以由該輻射源射到與所述陽(yáng)極84相鄰的所述物體83的有限表面區(qū)域。
安裝在箱體81之內(nèi)，并在所述物體83正下方的是氣化器98，該氣化器98通過(guò)開(kāi)關(guān)100耦合到電源99，在該氣化器上安裝有一個(gè)氣化元素101，該氣化元素101由將被蒸發(fā)并在所述物體83上形成涂層的材料構(gòu)成。在關(guān)閉所述開(kāi)關(guān)100的情況下，由于氣化器98的電阻加熱的結(jié)果，產(chǎn)生所述元件101的蒸發(fā)現(xiàn)象。
在操作過(guò)程中，所述物體83沿長(zhǎng)度方向移到所述陽(yáng)極84的附近，且該物體的一個(gè)有限表面區(qū)域受到來(lái)自輻射源97的輻射，借此以加熱該表面區(qū)域，并引起其受到限制的蒸發(fā)和/或熱離子發(fā)射。在所述輻射的影響之下，所述的蒸發(fā)層被離子化。在所述有限表面區(qū)域的區(qū)內(nèi)所產(chǎn)生的離子和/或熱離子發(fā)射用于將所述電弧放電吸引到所說(shuō)區(qū)域。為此目的而使用電磁束進(jìn)行輻射僅僅是在產(chǎn)生所述電弧放電的最初階段才是需要的，在此之后，可以將所述的輻射切斷。由于所述絕緣體的導(dǎo)電齒被安置的與這些區(qū)域相接觸，因此，所述電弧可以被保持在所述有限表面區(qū)域以及隨后的有限表面區(qū)域內(nèi)。借此以保證所述電弧放電被持續(xù)地導(dǎo)向相關(guān)的有限區(qū)域。
所述細(xì)長(zhǎng)物體83可以通過(guò)沿其整個(gè)長(zhǎng)度和四周經(jīng)受所述電弧放電進(jìn)行清洗，這種清洗對(duì)物體的連續(xù)有限表面區(qū)域進(jìn)行了連續(xù)的處理。利用所述電弧放電進(jìn)行的清洗處理可以由所述齒95所進(jìn)行的機(jī)械清洗加以補(bǔ)充或完成。應(yīng)當(dāng)了解，正如前面所述情況，所述的主處理是由所述的電弧放電作用在連續(xù)有限表面上進(jìn)行的，這是由于所述的LS陰極點(diǎn)作用于這些區(qū)域。由于所述的SF陰極點(diǎn)被導(dǎo)向所述觸點(diǎn)86，并借此提供一個(gè)隨后將要借助于所述主電弧放電才能完成的所述物體的初步清洗，所以，要執(zhí)行一個(gè)輔助的初步處理。
從以下情況來(lái)看，提供一個(gè)附加的機(jī)械清洗是特別重要的，所述SF陰極點(diǎn)朝著觸點(diǎn)86的移動(dòng)建立了一個(gè)其寬度可與所述SF陰極點(diǎn)的平均寬度相比擬并處于0.3-1mm范圍之內(nèi)的細(xì)長(zhǎng)清洗通道。在這些通路的邊界上，是有影響的污垢、銹皮等的隆起部分，這些隆起部分的存在對(duì)利用隨后的LS陰極點(diǎn)對(duì)所述表面的清洗具有阻礙作用。事實(shí)上，在所述LS陰極點(diǎn)移動(dòng)的路徑上，這些隆起部分的存在導(dǎo)致已由所述SF陰極點(diǎn)清洗過(guò)的路徑產(chǎn)生不均勻的、不希望的熔化。但是，如果這些已經(jīng)經(jīng)過(guò)所述SF陰極點(diǎn)進(jìn)行過(guò)初步處理的區(qū)再通過(guò)能夠很容易移動(dòng)它們的齒進(jìn)行機(jī)械清洗的話，那么，隨后的LS陰極點(diǎn)在其上的移動(dòng)過(guò)程就能有效地清洗所述表面，而不會(huì)產(chǎn)生任何不宜的熔化。
另外，通過(guò)保證所述絕緣體93的齒95彼此相間隔在0.5-5mm之間，這些元件可以用作在所述元件之間引起放電的那些陰極點(diǎn)的實(shí)際陷阱，并且利用這種方式，在對(duì)所述物體進(jìn)行機(jī)構(gòu)清洗的同時(shí)，伴隨有一個(gè)改進(jìn)的電清洗。
隨著對(duì)所述物體83的清洗完成，該物體還要經(jīng)受由同一電弧放電所進(jìn)行的熱處理，該熱處理導(dǎo)致所述物體83表面的硬化并控制其表面特性。
利用對(duì)所述物體83同步時(shí)或周期的熱處理，所述物體83被(利用閉合開(kāi)關(guān)100)被氣化器98的耐熱層而蒸鍍，其結(jié)果使蒸發(fā)源101被蒸發(fā)，其氣化物被沉積到圍繞其本身長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的所述物體83上。在與蒸發(fā)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行熱處理的場(chǎng)合，可能產(chǎn)生一個(gè)高質(zhì)量蒸鍍層，其特征在于增加了所述蒸鍍層對(duì)所述金屬表面的附著力。
借助于適當(dāng)?shù)凝X，可以使對(duì)所述物體83進(jìn)行蒸鍍與對(duì)所述蒸鍍進(jìn)行機(jī)械處理同時(shí)的或周期地進(jìn)行。為此目的，構(gòu)成所述齒的材料應(yīng)當(dāng)要么與所述涂層材料相同，要么與將要被蒸鍍的物體材料相同。
很明顯，在所述物體83上沉積的鍍層較厚的情況下，如上所述的處理，即最初鍍層的熱處理和沉積，繼之以其后鍍層的熱處理和沉積，可以重復(fù)足夠次數(shù)，以產(chǎn)生涂層所需要的厚度。
在所述物體的熱處理期間，有一點(diǎn)是非常重要的，那就是所述物體的溫度不能高于其本身的退火溫度，為此目的，所述物體被耦合到一個(gè)熱電偶上，利用該熱電偶可以控制加熱程度。另外，在所述物體的蒸鍍其間，通過(guò)如所希望的在所述氣化器和所述物體之間插入一個(gè)可移開(kāi)的屏蔽可以控制涂層的涂敷。
如上所述，在借助圖12說(shuō)明的實(shí)施例中，作為氣化器98電阻加熱的結(jié)果而發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可以使所述的蒸發(fā)元件經(jīng)電弧放電處理而執(zhí)行蒸發(fā)過(guò)程。這樣一個(gè)實(shí)施例示意性地示于圖13。
如從該圖中所看到的，一個(gè)物體105被耦合到一個(gè)電壓源(未示出)，所述物體105的右手端被封密在一個(gè)用于限制電子放電和被提供有細(xì)縫(未示出)的屏蔽106中。但是，為了提供一個(gè)陽(yáng)極107，并在該陽(yáng)極和所述物體105之間建立用于清洗之目的電弧放電，在本實(shí)施例中提供了一個(gè)環(huán)狀陽(yáng)極108，該陽(yáng)極108相對(duì)于配置于氣化器110之內(nèi)并被提供有一個(gè)導(dǎo)電體111的蒸發(fā)元件109并列配置，所述電導(dǎo)體111被耦合到由源112的負(fù)極，該電源的正極被電連接到所述陽(yáng)極108。在這種方式之下，所述的蒸發(fā)元件109構(gòu)成了一個(gè)陰極，且當(dāng)在所述陽(yáng)極108和與導(dǎo)體111相對(duì)的蒸發(fā)元件109的有限表面區(qū)域之間啟動(dòng)放電(最初使用輔助觸發(fā)電極113)時(shí)，隨之得到所述物體105的蒸鍍。
借助作用于所述蒸發(fā)元件109有限表面區(qū)域上的電弧放電以保證氣化的優(yōu)點(diǎn)示于圖14。
在圖14中，通過(guò)一對(duì)導(dǎo)體115將一個(gè)負(fù)電壓施加到蒸發(fā)元件109上，導(dǎo)體115與所述元件的下末端相接觸，其結(jié)果可以看出，作為所述陰極點(diǎn)在所述蒸發(fā)表面上向相應(yīng)的高端移動(dòng)的結(jié)果，產(chǎn)生了非均勻的蒸發(fā)過(guò)程。在如圖14b所示之情況，即所述負(fù)電壓被提供給一個(gè)居中配置的窄觸點(diǎn)116時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)類(lèi)似的希望的蒸發(fā)形式，但是如圖14c所示，在將所述負(fù)電壓通過(guò)一個(gè)環(huán)形接觸117提供給所述蒸發(fā)元件的基底的情況下(所述環(huán)形觸點(diǎn)117規(guī)定了有限表面區(qū)域)，在所述蒸發(fā)元件的上面部分上提供相應(yīng)的有限表面區(qū)域可以導(dǎo)致相對(duì)均勻的蒸發(fā)過(guò)程。
在如上所述的配置中，當(dāng)使用一個(gè)單一的陽(yáng)極對(duì)作為陰極的金屬物體表面進(jìn)行處理時(shí)，在適當(dāng)?shù)膱?chǎng)合，可以使用多個(gè)具有公共或單獨(dú)電源的多個(gè)陽(yáng)極以增加處理效率。在這種方式下，利用多個(gè)電弧放電對(duì)所述物體進(jìn)行處理。
圖15示出了通過(guò)對(duì)例如齒條等不規(guī)則形狀物體120的蒸發(fā)形成的鍍層。為此目的，在所述物體120之下放置兩個(gè)氣化器121和122，且這兩個(gè)氣化器以各自相反的角度方向指向所述物體120，從而使它們的蒸發(fā)束相互疊加并以相反的方向覆蓋在所述物體120上。在這種方式之下，可以保證，盡管它的形狀不規(guī)則，仍可以使所述物體120受到均勻的蒸鍍。
應(yīng)當(dāng)明白，在根據(jù)本發(fā)明的所有實(shí)施例中，所述的電弧放電在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)下可以保持所需的時(shí)間長(zhǎng)度。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)金屬工件進(jìn)行表面處理的方法，其特征在于在一個(gè)陽(yáng)極(32)的主要暴露部分和用作陰極的所述工件(31)第一表面連續(xù)有限區(qū)域之間產(chǎn)生其電弧電流基本上不小于50安培并具有正電壓電流梯度的真空電弧放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的連續(xù)有限區(qū)域分別與所述工件(31)的連續(xù)低電阻區(qū)域相關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于通過(guò)一個(gè)或多個(gè)用以規(guī)定所述表面部分的每一個(gè)的觸點(diǎn)(37、38)在所述陽(yáng)極(32)和所述工件(31)第二和相對(duì)的表面之間施加電弧產(chǎn)生電壓，所述的表面部分分別與所述的有限區(qū)域相對(duì)，并隨之而延展。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于分別與有限區(qū)域相關(guān)的所述工件的區(qū)被連續(xù)冷卻以建立所述的低電阻區(qū)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一個(gè)的方法，其特征在于所述工件(83)中所述有限區(qū)域中的每一個(gè)連續(xù)地經(jīng)受電磁輻射，借此，以連續(xù)加熱所述區(qū)域。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一個(gè)的方法，其特征在于與所述連續(xù)有限區(qū)域并列配置有電絕緣體(62)，該絕緣體(62)具有與所述有限區(qū)域進(jìn)行電接觸的齒(63)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述齒(63)對(duì)于所述工件(57)的相對(duì)移動(dòng)執(zhí)行所述有限表面區(qū)域的機(jī)械處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述的相對(duì)移動(dòng)以給定的方向發(fā)生于所述工件(31)和所述陽(yáng)極(32)之間，其中，所述的電弧產(chǎn)生電壓施加給所述的陽(yáng)極(32)，并通過(guò)一個(gè)或多個(gè)輔助觸點(diǎn)(37、38)施加于位于給定方向上游的所述第二表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述的相對(duì)移動(dòng)以給定方向發(fā)生于所述工件(31)和所述陽(yáng)極(32)之間，其中，所述的電弧放電連續(xù)地發(fā)生于所述陽(yáng)極(32)和在垂直于所述給定方向的方向上分別設(shè)置的連續(xù)組有限區(qū)域之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述的電弧產(chǎn)生電壓被施加給所述陽(yáng)極(32)并通過(guò)一個(gè)或多個(gè)可在垂直于所述給定方向的方向上移動(dòng)的輔助觸點(diǎn)(37、38)施加到所述第二表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的相對(duì)移動(dòng)速度基本上與在所述表面上產(chǎn)生的陰極點(diǎn)的平均移動(dòng)速度相等，其移動(dòng)方向與所述陰極點(diǎn)的移動(dòng)方向相反，且這種相對(duì)移動(dòng)發(fā)生于所述陽(yáng)極(32)和所述工作(31)之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于它還包括在所述工件上形成凹槽的步驟，所述凹槽基本上垂直于所述工件相對(duì)于所述陽(yáng)極進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)所給定的方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于它還進(jìn)一步包括在所述工件上形成其方向基本上與所述方向相同的凹槽的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的相對(duì)移動(dòng)以給定方向發(fā)生于所述工件(31)和所述陽(yáng)極(32)之間，并且所述的有限區(qū)域設(shè)置于相對(duì)于所述給定方向的上游處。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于所述的陰極點(diǎn)被夾在相對(duì)于所述給定方向和有限區(qū)域位于上游的區(qū)內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述的相對(duì)移動(dòng)建立在所述工件和所述被夾住的陰極點(diǎn)之間，其移動(dòng)方向基本上垂直于所述給定方向。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一個(gè)的方法，其特征在于所述的處理是對(duì)所述工件表面的清洗。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于它還包括將一種涂鍍材料(109)蒸發(fā)到所述表面上的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于它還包括借助所述電弧放電，與所述蒸發(fā)步驟同時(shí)或周期地對(duì)所述表面進(jìn)行加熱處理的步驟。
20.一種用于對(duì)金屬工件進(jìn)行表面處理的裝置，包括箱體(1);裝置(3)用于在所述箱體(1)中產(chǎn)生真空;第一裝置(5)用于有控制地將氣體引入所述箱體(1);至少一個(gè)陽(yáng)極(7);第二裝置用于在所述箱體(1)中可移動(dòng)地支撐一個(gè)構(gòu)成陰極(6)的所述工件(6);第三裝置(10、15)用于在所述陽(yáng)極(7)和所述陰極(6)之間施加一個(gè)電弧產(chǎn)生電壓，其特征在于還提供有第四裝置(34、62)用于把所述的電弧放電集中于所述工件(6)第一表面的連續(xù)有限區(qū)域內(nèi);第五裝置用于保證在所述陽(yáng)極(7)上電弧基本上均勻分布;和第六裝置用于以一個(gè)給定的方向，在所述工件(6)和所述陽(yáng)極(7)之間執(zhí)行一個(gè)相對(duì)移動(dòng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述第四裝置(34)被指定用于在所述有限區(qū)域的某個(gè)區(qū)內(nèi)建立低阻抗區(qū)段。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其特征在于所述第四裝置包括一個(gè)或多個(gè)加到所述工件第二和相對(duì)表面的接觸(34)，用以規(guī)定分別與所述有限區(qū)域相對(duì)并隨之而延展的第二表面部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于所述的第四裝置包括一個(gè)冷卻裝置，用于冷卻所述工件的區(qū)，從而形成所述有限區(qū)域。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其特征在于所述的第四裝置包括一個(gè)電磁輻射裝置(97)，用于連續(xù)地輻射所述有限區(qū)域。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述第四裝置還包括一個(gè)具有元件(63)的電絕緣體(62)，用于連續(xù)地與所述有限區(qū)域進(jìn)行電接觸。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一個(gè)所述的裝置，其特征在于還進(jìn)一步提供有至少一個(gè)輔助觸點(diǎn)(37、38)，該觸點(diǎn)與所述第二表面電接觸，并位于所述電弧放電相對(duì)于所述工件進(jìn)行所希望的相對(duì)移動(dòng)的下游位置上。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于還提供有第七裝置，用于保證所述工件的基本均勻的初步處理。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于所述的第七裝置(34、35)被指定用于夾持和移動(dòng)陰極點(diǎn)，其移動(dòng)方向垂直于所述電弧放電相對(duì)于所述工件進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的方向。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于所述的第七裝置包括一個(gè)電絕緣屏蔽(35、45)，該絕緣屏蔽以部分遮蓋待被處理表面的方式45該表面相鄰放置，并可以垂直于所述給定方向的方向移動(dòng)，該屏蔽在其內(nèi)表面上具有多個(gè)窄細(xì)長(zhǎng)槽(46)，這些槽結(jié)束于相對(duì)于電弧放電而言是所述屏蔽遠(yuǎn)程端前不遠(yuǎn)處。
30.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一個(gè)所述的裝置，其特征在于它還被提供有一個(gè)與所述工件并列配置的蒸發(fā)電極(101、109)，第八裝置(99、108)，所述第8裝置用于加熱所述蒸發(fā)電極(101、109)，借此以引起所述蒸發(fā)電極的蒸發(fā)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的裝置，其特征在于所述第八裝置包括電阻加熱裝置(99)。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于所述的第八裝置還包括一個(gè)附加電弧放電裝置(108)，該裝置利用所述的蒸發(fā)電極(109)作為一個(gè)輔助陰極，并且該裝置至少具有一個(gè)輔助陽(yáng)極(108)。
33.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一個(gè)的裝置，其特征在于所述第五裝置包括在封閉的電接觸箱內(nèi)由所述內(nèi)殼(40、49)和外殼(39、48)所形成的陽(yáng)極(32、47)，所述的內(nèi)殼(40、49)此所述外殼(39、48)具有較高的導(dǎo)電率;還包括一個(gè)裝置，用于在所述的工件和內(nèi)殼(40、49)施加一個(gè)電弧電壓，所述的電弧放電產(chǎn)生于所述外殼體(39、48)和所述工件的一個(gè)有限區(qū)域之間。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于所述的外殼(48)和內(nèi)殼體(49)基本共軸并呈園柱形，所提供的裝置用于將連續(xù)或間斷的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給所述陽(yáng)極(47)。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于它還具有一個(gè)刮削裝置(53、54)，該裝置用于對(duì)所述外殼體(48的外表面施加壓力，以去除其上所沉積的材料。
36.一種用于對(duì)園柱形金屬工件的內(nèi)表面進(jìn)行處理的裝置，其特征在于包括裝置用于在所述工件(71)內(nèi)建立真空狀態(tài);陽(yáng)極(72)該陽(yáng)極可在所述工件(71)的長(zhǎng)度范圍內(nèi)沿其長(zhǎng)度移動(dòng);電觸點(diǎn)(78)與所述工件(71)的外表面相接觸，并能相對(duì)所述工件(71)與所述陽(yáng)極(72)同步移動(dòng);裝置(75、76)用于使氣體以所述陽(yáng)極(72)的移動(dòng)方向通過(guò)所述工件(71)，從而在所述方向上建立一個(gè)氣壓梯度。
37.一種用于對(duì)園柱形金屬物體(71)的內(nèi)表面進(jìn)行處理的方法，其特征在于包括如下步驟在所說(shuō)物體(71)中建立真空狀態(tài);以預(yù)定方向移動(dòng)陽(yáng)極(72)穿過(guò)所述物體(71)；與所述陽(yáng)極(72)的移動(dòng)同步的移動(dòng)陰極觸點(diǎn)(78)使其與所述物體(71)相接觸;和沿所述移動(dòng)方向建立穿過(guò)所述物體(71)的氣流，從而在所述方向建立一個(gè)氣壓梯度。
全文摘要
一種用于對(duì)金屬工件進(jìn)行表面處理的方法和裝置，包括在一個(gè)陽(yáng)極的主要暴露部分和用作陽(yáng)極的一個(gè)工作第一表面連續(xù)的有限區(qū)域之間產(chǎn)生一個(gè)其電弧電流基本上不小于50安培并具有正電壓電流梯度的真空電弧放電。
文檔編號(hào)C23C14/24GK1099812SQ9311896
公開(kāi)日1995年3月8日 申請(qǐng)日期1993年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月26日
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