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Con esta publicación, continúo con el tema del uso del fenómeno de la emisión de electrones explosivos, del que hablé recientemente en mi artículo " En el corazón del punto de cátodo ". Lo siguiente es una tecnología y un equipo interesantes para la generación de haces de electrones de alta energía y baja corriente (NECS) en un canal de plasma extendido. Esta tecnología permitirá obtener aleaciones de superficie con una serie de características únicas. Hablaremos sobre las aplicaciones prácticas de esta tecnología, las perspectivas para su desarrollo y las áreas inusuales de uso en este artículo.



¿Cómo funciona?

Para generar un haz de electrones, es necesario utilizar una cámara de vacío en la que se instalen cátodos de descarga reflectantes ( K1, K2 ) y un ánodo de plasma ( A ). La distancia entre los cátodos es de 20-50 cm. El proceso tiene lugar en un campo magnético. Para que el plasma aparezca en el espacio de descarga, debe haber un gas inerte a baja presión. Se pueden usar varios gases, pero el argón económico se usa más comúnmente.



Las presiones no son grandes: milésimas de milímetro de mercurio para garantizar el máximo gas " ideal ". En este caso, el camino libre medio de las moléculas de gas es al menos un orden de magnitud mayor que el tamaño de la celda de descarga y asciende a unos diez metros.
Ahora, para encender una descarga reflectante, es necesario conectar a tierra los cátodos K1, K2 y aplicar un impulso de voltaje positivo al ánodo desde una fuente de alimentación conmutada ( IP ). Además, no olvide encender el campo magnético. El diagrama ahora se verá como el que se muestra en la figura.



Supongamos que ha aparecido un electrón libre entre el cátodo K1 y el ánodo A. El movimiento del electrón al ánodo se ve obstaculizado por un fuerte campo magnético, que de alguna manera lo retuerce en la celda de descarga. Un electrón comienza a oscilar entre los cátodos, causando la ionización de las moléculas de gas. Surgen electrones adicionales, que a su vez captan y mejoran el proceso de ionización, que comienza a ser una avalancha. El espacio entre los cátodos está lleno de plasma, aparecen manchas catódicas en sus superficies y la descarga pasa a una etapa de alta corriente (arco).

Tal descarga se llama reflexiva, ya que surge debido a la reflexión múltiple de electrones de los cátodos K1 y K2.como en el ping pong La física de descarga reflexiva se entiende bien . Algunas veces esta descarga se llama descarga Penning.

Generación de haz

Entonces, hemos aprendido a crear de manera estable una columna de plasma dentro de una cámara de vacío. Existirá una descarga mientras se aplique la tensión de alimentación. Pero esto no es tan interesante. Intentaremos generar un potente haz de electrones. Para hacer esto, descargue el condensador precargado hasta 30-50 kV en uno de los cátodos de la celda de descarga.



Cargamos un condensador de alto voltaje de una fuente poderosa de voltaje constante. El circuito de carga es proporcionado por un inductor. ¡Este es un elemento muy importante del circuito! Un inductor proporciona toda la operación del circuito. A una corriente continua en el momento de cargar el condensador, su resistencia es pequeña (36 ohmios), y en el momento de la descarga del condensador, aparece un pulso potente, que dura solo unos pocos microsegundos. La resistencia de la bobina aumenta bruscamente y toda la energía almacenada en el condensador se dirige al cátodo K1 . El circuito se activa por la operación de un espacio de chispa S , que se enciende mediante un pulso de control corto de polaridad negativa de 4 kV. La energía del condensador se transmite a través de un enlace TL acordado., que está formado por seis piezas paralelas de cable RK-50-9 de cierta longitud, para coordinar claramente la carga. Todos los nodos de la electrónica de alta corriente son graves. Por ejemplo, un condensador pesa más de 100 kg.

¿Qué sucede cuando se aplica alto voltaje? En el cátodo, surge una región de mayor carga negativa, que es adyacente al límite del plasma de la descarga reflectante. Hay una llamada doble capa. Esta región está acelerando los electrones que se emiten intensamente desde los puntos catódicos.

Los electrones reciben una aceleración poderosa adicional. Comienza la formación de un haz de electrones. El campo magnético sigue desempeñando un papel importante, no permitiendo que el rayo se colapse en un "cordón". Esto proporciona una gran apertura de la viga y, como resultado, un área decente de la pieza de trabajo de hasta 70 cm2. La duración del pulso es de 3-5 μs, la energía del electrón es de 35-50 keV. El haz se propaga en el plasma anódico contra el campo magnético y alcanza el segundo electrodo ( K2), que ya se denomina "recopilador" en este caso. Es aquí donde instalamos cualquier parte metálica que se procesará. La unidad funciona continuamente, con una frecuencia de hasta 0,5 Hz. La frecuencia está determinada por la fuente de alimentación del condensador de alto voltaje y el rendimiento del equipo de vacío. Toda la instalación está "envuelta" en un sistema de automatización serio y es controlada por un operador. Para la instalación, se escribe software especializado. Sobre esto, la parte introductoria se considerará suficiente. Es mejor hablar más sobre la aplicación práctica de esta tecnología.

¿Qué le sucede a la superficie de las partes metálicas?

Un haz de electrones derrite una capa delgada de la superficie (hasta 10 micras de profundidad), creando por un corto tiempo (millonésimas de segundo) una capa de metal líquido fundido.



Hay un calentamiento instantáneo del metal y su enfriamiento rápido, que forma una nueva estructura en la superficie del metal. Se produce el endurecimiento de la superficie, la disolución de diversas impurezas y la formación de una estructura ordenada de la aleación de la superficie. Además, es posible regular ampliamente las características de la viga, creando la estructura necesaria para la superficie futura ( en la figura - a - antes del procesamiento, b - después ).

Aplicación de tecnología

La tecnología se usa ampliamente para aumentar la resistencia eléctrica del aislamiento al vacío. Esto encuentra aplicación para la producción de pararrayos, elementos y componentes de electrónica de microondas, estructuras de desaceleración, interruptores de circuito de vacío , etc. Por un lado, el efecto se logra limpiando la superficie de diversas impurezas e inclusiones, y por otro, puliendo la superficie de los electrodos.



Por supuesto, una de las áreas más importantes del uso de esta tecnología es la modificación de metales y aleaciones para obtener características de rendimiento únicas. Puede manejar cortadores especializados, taladros, boquillas, cuchillas de motores a reacción y mucho más. El recurso de las piezas mecanizadas se puede aumentar en decenas y, a veces, cientos de veces. Un grupo puede manejar partes de las formas más complejas.



Una aplicación muy interesante de la tecnología es el procesamiento de moldes. La superficie del molde es procesada por una viga para modificar la superficie, lo que prolonga la vida útil del molde (¡a veces varias veces!) O permite que el molde esté hecho de material más barato.



Esto es especialmente cierto para los moldes que trabajan con materiales agresivos o a temperaturas elevadas, por ejemplo, en la fabricación de productos de vidrio. Los detalles de los moldes están menos expuestos a la "fatiga" del metal, y también se facilita el proceso de apertura del molde.



Una nueva dirección que brinda oportunidades adicionales para esta tecnología es la creación de aleaciones superficiales complejas, cuya preparación por cualquier otro método es imposible. Para esto, los magnetrones están integrados en la instalación para la generación de haces para la pulverización de diversos metales. Este enfoque permite la formación de superficies nanoestructuradas con características únicas. Esta resistencia a ambientes agresivos, la mayor resistencia manteniendo la ductilidad y mucho más. En este caso, el procesamiento tiene lugar en un ciclo sin evacuación adicional (los magnetrones en la figura se muestran a la derecha).



La tecnología permite la formación de aleaciones de superficie únicas con propiedades de desinfección. Los japoneses lo notan y produce navajas de afeitar para hombres, cuyas cuchillas se procesan utilizando esta tecnología. También se procesan piezas de corona dental, instrumentos médicos y mucho más. ¡Hay muchas aplicaciones de tecnología!



En la mayoría de los casos, los compradores de dichos equipos son extranjeros. Estas son empresas de Japón, China, Estados Unidos y países europeos. Desafortunadamente, los especialistas rusos solo buscan tecnologías similares.

Visité a los chicos que hacen y promueven esta tecnología. Un video corto (5 minutos).


Moneda después del procesamiento
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No doy enlaces directos para no violar las reglas del Sitio, pero quiero ayudar a los chicos en su interesante proyecto, así que si tiene alguna pregunta o interés en las aplicaciones prácticas de la tecnología, escriba en PM o en asmtomsk@gmail.com

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