Способ нанесения покрытий в вакууме

 

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ, включающий очистку поверхности подложки, испарение материала покрытия и осаждение его на подложку, отличающийся тем, что, с целью повышения качества покрытий без структурных изменений обрабатываемой поверхности и упрощения технологического процесса, в процессе осаждения материала покрытия осуществляют обработку покрываемой поверхности дуговым разрядом, причем разряд возбуждают в парах автономного источника испарения

е

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g) ) g С 23 С 14/24. 14/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 2978667/21 (22) 27.08.80 (46) 30.10.92. Бюл. Н 40 (71) Институт электроники АН УЗССР (72) М.Х.Эстерлис, Х.P.Латипов, П.Г.Лундин и С.Л.Кельберт (56) А.М.Дородное, В.А.Петросов. О физических принципах и типах вакуумных технологических плазменных устройств.

Журнал технологической физики, т. 51, в. 3, с. 520, 1981.

Патент ФРГ )т 1.287.400, кл. С 23 С 15/00. 1969„

Изобретение относится к области вакуумной технологии нанесения покрытий и может быть использовано в машиностроении,для защиты деталей от коррозии, повышение их износостойкости и др.

Известен способ нанесения покрытий в вакууме в условиях ионной бомбардировки конденсата с независимым ускорением ионизованных частиц испаряемого материала.

Процесс нанесения сводится к протеканию взаимосвязанных физических процессов: конденсации, внедрения и распыления.

Однако при нанесении толстых слоев наблюдается снижение адгезионных свойств покрытия.

Наиболее близким техническим решением из известных является способ нанесения покрытий на очищенную поверхность изделий путем испарения материSU „, 1070948 А1 (54) (57) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИИ В

ВАКУУМЕ, включающий очистку поверхности подложки, испарение материала покрытия и осаждение его на подложку, отличающийся тем, что, с целью повышения качества покрытий без структурных изменений обрабатываемой поверхности и упрощения технологического процесса, в процессе осаждения материала покрытия осуществляют обработку покрываемой поверхности дуговым разрядом, причем разряд возбуждают в парах автономного источ" ника испарения. ала покрытия и осаждения ионизованных частиц испаряемого материала с доускорением их к обрабатываемой поверхности за счет приложения разности потенциалов между источником испаре-. ния и подложкой.

В результате нагрева при соударе- О нии ускоренных частиц с подложкой 4 между материалом покрытия и материа- (, лом подложки образуется сплав с высокими адгезионными связями с основой. фь

Недостатком известного устройства Q) является сложность технологического процесса, обусловленная наличием высо. у кого напряжения, а также структурным

Ф ° вава изменением материала обрабатываемого изделия в результате его нагрева. Сни жение температуры нагрева за счет уменьшения ускоряющего напряжения уменьшает адгезионные свойства напыленных частиц, что влияет на качество покрытия.

1070948

Целью настоящего изобретения является повышение качества покрытий без структурных изменений обрабатываемой поверхности и упрощение технологического процесса, Поставленная цель достигается тем, что в способе нанесения покрытия в вакууме, включающем очистку обрабатываемой поверхности, испарение мате- 10 риала покрытия и осаждение его на подложку, в процессе осаждения материала покрытия осуществляют обработку покрываемой поверхности дуговым раз" рядом, причем разряд возбуждают в па- 15 рах автономного источника испарения„

В результате электродуговой обработки обрабатываемого изделия, являющегося катодом, катодные пятна дугово-2О го разряда, горяцего в парах осаждаемого материала покрытия автономного источника испарения, оплавляют приповерхностный слой покрытия с образова" нием сплава с материалом обрабатывае- 25 мого изделия, Так как время воздействия быстроперемец аюцихся катодных пятен на обрабатываемый материал изделия мало и структурных изменений и разрушения материала основы не про- 3Q исходит, а продиффундировавшие в приповерхностный слой атомы обеспечивают высокую адгезию слоев. Экспериментально установлено, что наиболее эффективно технологический процесс Осуществляется в случае, если электродуговую обработку проводить в режиме падаюцего участка вольт-амперной характеристики и полярности, когда обрабатываемое изделие ЯвлЯетсЯ катодом, В 40 этом режиме на поверхности изделия в большом количестве Формируются электродные пятна, в которых реализуются температуры порядка 4000-5000 К, обеспечивающие интенсивное протекание диффузионных процессов. Кроме того, этот режим горения разряда характеризуется отсутствием плавления электродов.При перемещенииi пятен на своем пути они обрабатывают площадь S =

= п v d, где n - ; v - ско рость перемещения пятен; d - размер обрабатываемой поверхности под катодным пятном. При токе дуги 100 A на катоде присутствует около 20 катодных (пятен, пером цающихся со cKAporт ью

100 rì с . При диаметре обрабатываемой дорожки 1 мм в 1 с можно обрабо ) тать около 200 см поверхности, Вследствие отсутствия высокого напряжения на обрабатываемом изделии процесс нанесения покрытий значительно упроцается, Пример,. На поверхность шпинделя хлопкоуборочных машин, покрытого окалиной, осуцествлялось нанесение хрома, Ипиндель помец|ался в вакуумную камеру с возможностью врацательного и поступательного движений. При поступательном движении со скоростью 5 см в секунду, вращающийся шпиндель проходил сквозь кольцевой электрод, под которым устанавливался электродуговой испаритель хрома. Ипиндель присоединялся к отрицательному выводу источника электропитания, а кольцевой электрод - к положительному.

При давлении в вакуумной камере

10 -10 мм рт,. ст,. между шпинделемизделием и кольцевым электродом-инструментом возбуждалась дуга в режиме падающей вольт-амперной характеристики, причемобласть осаждения экранировалась экраном, При закрытом экране происходила очистка поверхности шпинделя от окалины, После очистки при давлении 10 мм рт., ст, выключался электродуговой испаритель хрома.

При удалении экрана ионно-паровой поток хрома осаждался на поверхности шпинделя и поступал в межэлектродный промежуток кольцевой электрод - шпиндель. Между.этими электродами зажигался дуговой разряд в потоке испаряемого хрома в режиме падающей вольтамперной характеристикй. Катодные пятна перемецались, по напыляемым участкам при одновременном осаждении потока атомов хрома, После обработки всей поверхности шпинделя разряд, обрабатывающий поверхность, включался, а осаждение хрома из электродугового испарителя продолжалось. В результате адгезия сравнительно толстых слоев, наносимых на подложку осаждением хрома с одновременной электродуговой обработкой, была в 1,8 раза больше, чем адгезия покрытия без электродугового воздействия,.