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Tudo em um monte

Com este post, continuo o tópico de usar o fenômeno da emissão explosiva de elétrons, sobre o qual falei recentemente no meu artigo " No coração do ponto de catodo ". A seguir, uma interessante tecnologia e equipamento para a geração de feixes de elétrons de baixa energia e alta corrente (NECS) em um canal de plasma estendido. Esta tecnologia permitirá obter ligas de superfície com várias características únicas. Falaremos sobre as aplicações práticas dessa tecnologia, as perspectivas de seu desenvolvimento e as áreas incomuns de uso neste artigo.



Como funciona?

Para gerar um feixe de elétrons, é necessário usar uma câmara de vácuo na qual estão instalados cátodos de descarga refletiva ( K1, K2 ) e um ânodo de plasma ( A ). A distância entre os cátodos é de 20 a 50 cm e o processo ocorre em um campo magnético. Para que o plasma apareça no espaço de descarga, deve haver um gás inerte a baixa pressão. Vários gases podem ser usados, mas o argônio barato é mais comumente usado.



As pressões não são grandes - milésimos de milímetro de mercúrio para garantir o máximo de gás " ideal ". Nesse caso, o caminho livre médio das moléculas de gás é pelo menos uma ordem de magnitude maior que o tamanho da célula de descarga e atinge cerca de dez metros.
Agora, para inflamar uma descarga reflexiva, é necessário aterrar os cátodos K1, K2 e aplicar um pulso de tensão positivo ao ânodo a partir de uma fonte de alimentação comutada ( IP ). Também não se esqueça de ativar o campo magnético. O diagrama agora será parecido com o mostrado na figura.



Suponha que um elétron livre tenha aparecido entre o cátodo K1 e o ânodo A. O movimento do elétron para o ânodo é dificultado por um forte campo magnético, que de alguma forma o torce na célula de descarga. Um elétron começa a oscilar entre os cátodos, causando ionização das moléculas de gás. Elétrons adicionais surgem, que por sua vez captam e aprimoram o processo de ionização, que começa a ser uma avalanche. O espaço entre os cátodos é preenchido com plasma, manchas de cátodo aparecem em suas superfícies e a descarga entra em um estágio de alta corrente (arco).

Essa descarga é denominada reflexiva, pois surge devido à reflexão múltipla de elétrons dos cátodos K1 e K2como no pingue-pongue. A física da descarga reflexiva é bem compreendida . Às vezes, essa descarga é chamada de descarga Penning.

Geração de feixe

Assim, aprendemos a criar de forma estável uma coluna de plasma dentro de uma câmara de vácuo. Uma descarga existirá enquanto a tensão de alimentação for aplicada. Mas isso não é tão interessante. Vamos tentar gerar um poderoso feixe de elétrons. Para fazer isso, descarregue o capacitor pré-carregado até 30-50 kV em um dos catodos da célula de descarga.



Cobramos um capacitor de alta tensão de uma fonte poderosa de tensão constante. O circuito de carregamento é fornecido por um indutor. Este é um elemento muito importante do circuito! Um indutor fornece toda a operação do circuito. Em uma corrente direta no momento do carregamento do capacitor, sua resistência é pequena (36 Ohms) e, no momento da descarga do capacitor, um pulso poderoso aparece com uma duração de apenas alguns microssegundos. A resistência da bobina aumenta acentuadamente e toda a energia armazenada no capacitor é direcionada para o cátodo K1 . O circuito é acionado pela operação de um centelhador S , que é acionado por um pulso de controle curto de polaridade negativa de 4 kV. A energia do capacitor é transmitida através de um link TL acordado., que é composto por seis pedaços paralelos de cabo RK-50-9 de um determinado comprimento, para coordenar claramente a carga. Todos os nós da eletrônica de alta corrente são sérios. Por exemplo, um capacitor pesa mais de 100 kg.

O que acontece quando a alta tensão é aplicada? No cátodo, surge uma região de carga negativa aumentada, que é adjacente ao limite do plasma da descarga refletiva. Existe a chamada dupla camada. Essa região está acelerando para elétrons que são intensivamente emitidos a partir de pontos catódicos.

Os elétrons recebem aceleração poderosa adicional. A formação de um feixe de elétrons começa. O campo magnético continua a desempenhar um papel importante, não permitindo que o feixe entre em colapso. Isso fornece uma grande abertura da viga e, como resultado, uma área decente da peça de trabalho de até 70 cm2. A duração do pulso é de 3-5 μs, a energia eletrônica é de 35 a 50 keV. O feixe se propaga no plasma do ânodo contra o campo magnético e atinge o segundo eletrodo ( K2), que já é chamado de "coletor" neste caso. É aqui que instalamos qualquer peça de metal que será processada. A unidade opera continuamente, com uma frequência de até 0,5 Hz. A frequência é determinada pela fonte de alimentação do capacitor de alta tensão e pelo desempenho do equipamento de vácuo. Toda a instalação é "envolvida" em um sistema de automação sério e é controlada por um operador. Para a instalação, um software especializado é gravado. Sobre isso, a parte introdutória será considerada suficiente. É melhor falar mais sobre a aplicação prática desta tecnologia.

O que acontece com a superfície das peças metálicas?

O feixe de elétrons derrete uma camada fina da superfície (até 10 mícrons de profundidade), criando por um curto período (milionésimos de segundo) uma camada de metal líquido derretido.



Há um aquecimento instantâneo do metal e seu rápido resfriamento, que formam uma nova estrutura na superfície do metal. Ocorre endurecimento da superfície, dissolução de várias impurezas e formação de uma estrutura ordenada da liga superficial. Além disso, é possível regular amplamente as características da viga, criando a estrutura necessária para a superfície futura ( na figura - a - antes do processamento, b - depois ).

Aplicação de tecnologia

A tecnologia é amplamente utilizada para aumentar a força elétrica do isolamento a vácuo. Ele encontra aplicação para a produção de pára-raios, elementos e componentes de eletrônicos para microondas, estruturas de desaceleração, disjuntores a vácuo , etc. Por um lado, o efeito é obtido limpando a superfície de várias impurezas e inclusões e, por outro, polindo a superfície dos eletrodos.



Obviamente, uma das áreas mais importantes do uso dessa tecnologia é a modificação de metais e ligas para obter características únicas de desempenho. Você pode lidar com cortadores, brocas, bicos, lâminas de motores a jato e muito mais. O recurso de peças usinadas pode ser aumentado em dezenas e, às vezes, centenas de vezes. Um grupo pode lidar com partes das formas mais complexas.



Uma aplicação muito interessante da tecnologia é o processamento de moldes. A superfície do molde é processada por uma viga para modificar a superfície, o que prolonga a vida útil do molde (às vezes várias vezes!) Ou permite que o molde seja feito de material mais barato.



Isto é especialmente verdadeiro para moldes que trabalham com materiais agressivos ou a temperaturas elevadas, por exemplo, na fabricação de produtos de vidro. Os detalhes dos moldes são menos expostos à "fadiga" do metal, e o processo de abertura do molde também é facilitado.



Uma nova direção que oferece oportunidades adicionais para essa tecnologia é a criação de ligas de superfície complexas, cuja preparação por qualquer outro método é impossível. Para isso, os magnétrons são incorporados à instalação para geração de feixes para a pulverização de vários metais. Essa abordagem permite a formação de superfícies nanoestruturadas com características únicas. Esta resistência a ambientes agressivos, a maior força, mantendo a ductilidade e muito mais. Nesse caso, o processamento ocorre em um ciclo sem evacuação adicional (os magnetrons na figura são mostrados à direita).



A tecnologia permite a formação de ligas de superfície únicas com propriedades de desinfecção. Isso é percebido pelos japoneses e produz lâminas masculinas, cujas lâminas são processadas usando essa tecnologia. Os espaços em branco da coroa dental, instrumentos médicos e muito mais também são processados. Existem muitas aplicações de tecnologia!



Na maioria dos casos, os compradores desses equipamentos são estrangeiros. São empresas do Japão, China, EUA e países europeus. Infelizmente, os especialistas russos estão apenas olhando para tecnologias semelhantes.

Eu visitei os caras que fazem e promovem esta tecnologia. Um pequeno vídeo (5 minutos).


Moeda após o processamento
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Eu não dou links diretos para não violar as regras do Site, mas quero ajudar os caras em seu projeto interessante, por isso, se você tiver alguma dúvida ou interesse nas aplicações práticas da tecnologia, escreva em PM ou em asmtomsk@gmail.com

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