Установка для вакуумного напыления покрытий

 

Изобретение относится к области напыления покрытий в вакууме и может использоваться в авиационной, судостроительной, инструментальной, автомобильной и других видах промышленного производства металлоизделий. В установке для напыления, состоящей из корпуса, вращающегося стола с подложками, соосно расположенными подвижным катодом и искроизлучателем, (поджигающим электродом), катод выполнен сборным из кольцевых компонентов и ему задано осевое движение эксцентриком, при этом рабочая зона напыления подложки ограничена кольцевыми магнитами, вращаемая подложка установлена под углом для равномерного напыления, а число искроизлучателей, расположенных симметрично оси катода, кратно числу подложек. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области напыления покрытий в вакууме и может быть использовано в авиационной, судостроительной, инструментальной, автомобильной и других видах промышленного производства металлоизделий.

Известна установка для вакуумного напыления покрытий, содержащая корпус с планетарным подложкодержателем, катод, установленный по оси установки и снабженный системой перемещения относительно этой оси, и поджигающий электрод.

Отсутствие равных возможностей в осаждении испаряемых потоков электронов, переходящих в положительные ионы под действием инертных газов, не способствует достаточной адгезионной способности покрытий. В установке также не предусмотрено раздельное нанесение каждого компонента покрытия. Отсутствует механизм запланированного перемещения участков катода. Эти недостатки не способствуют качественному нанесению покрытий на изделия.

Цель изобретения - повышение адгезионной способности покрытий.

Это достигается тем, что установка для вакуумного напыления покрытий, содержащая размещенные в корпусе планетарный подложкодержатель, катод, установленный по оси установки и снабженный системой перемещения относительно этой оси, и поджигающий электрод, снабжена n-1 поджигающими электродами, где n - число, кратное числу подложек, и двухсекционной кольцевой магнитной системой, катод выполнен секционным и связан с системой пошагового вертикального перемещения каждой секции в зону действия магнитной системы, при этом секции магнитной системы размещены по разные стороны от подложкодержателя осесимметрично катоду. Кроме того, в установке секции катода выполнены из различных материалов, система вертикального перемещения катода выполнена в виде кулачкового эксцентрикового механизма.

На фиг. 1 изображена установка в разрезе; на фиг. 2 - принципиальная схема работы установки.

Работа установки в большей степени связана с циклом осаждения электронного облака 1 на подложку, наклоняемую под углом 45^о, что в 0,7 раза уменьшает рабочее пространство камеры. Фотоэлементы 2-6 (их количество определяется числом компонентов наносимого покрытия) настроены на свечение испаряемого слоя каждого компонента вещества. Время движения катода 7 с помощью кулачка регулируется фотоэлементами по длительности свечения каждого испаряемого элемента катода. Изменение команд фотоэлементам 2-6 регулируется блоком 8 памяти, связанным с дешифратором 9, изменяющим и вводящим электровибрации магнитному полю от магнитостриктора 10, сообщающему возмущение потоку положительных ионов 11 вышеупомянутых элементов покрытия.

Для приведения установки в рабочее состояние создают вакуум с незначительным содержанием остаточных газов, например из аргона. На столе 12 закрепляют детали 13 под оптимальных углом наклона, выбираемым из условия максимального распределения слоя(ев) покрытия на выпуклой стороне лопатки трубины (лопаток трубин и прочих изделий). Стол получает вращение относительно оси заготовки. Между поджигающим электродом 14, расположенным радиально, и катодом 7 устанавливают зазор межэлектродного пространства, в котором при подаче технологического тока возбуждается "вольтовая" дуга. В момент ее возникновения срабатывают фотоэлементы 2-6. Длительность испарения катода зависит от настройки на свечение испаряемого материала в течение определенного времени путем выдачи команды от блока 8 памяти и дешифратора 9 к исполнительному механизму и системе энергоснабжения. Фотоэлемент раскрывается в момент вспышки испаряемых электронов на время, упреждающее подлет ионов к нему, что предотвращает загрязнение его рабочей поверхности.

Система памяти и дешифратора позволяет передать электрические сигналы механизмам, осуществляющим подачу катода в осевом направлении. Для этого после команды от фотоэлемента включают подачу катода в осевом направлении посредством вращения кулачка (эксцентрика) 15. В момент подачи катода 7 прерывают подачу технологического тока. Смещение катода 7 по оси выбирают самым наименьшим. На фиг. 1 показаны линии раздела между отдельными составляющими компонентами.

При напылении лопаток турбин газотурбинных двигателей положительные ионы фокусируются на их поверхностях в процессе движения по окружности их максимального удаления от оси катода и вокруг собственной оси. Электромагниты 16 и 17 за счет знакопеременного образования магнитного поля "удерживают" и ускоряют движение положительных ионов к поверхности подложки.

Катод 7 перемещается по оси 18 вверх или вниз по заданной программе, включающей определенный порядок нанесения покрытий, заключающийся в напылении наиболее активными, а затем менее активными элементами, что улучшает адгезионное взаимодействие с поверхностью подложки за счет максимальной интенсивности проникновения каждой тяжелой частицы в поверхностный слой подложки.

Работают электромагниты с водяным охлаждением для обеспечения их нормальной работы.

Использование предлагаемой установки позволит повысить качество покрытия, его адгезионные свойства, сократить расход материала катода более чем в 20 раз, а время напыления сократить на 20 мин, что на 40% повышает производительность установки для вакуумного нанесения покрытий. Введение управляющего следящего электромагнитного поля, изменение температуры за счет вращений лопатки и выбора направлений и однородности покрытий одновременно на всех изделиях способствуют повышению его качества и долговечности в процессе эксплуатации.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ВАКУУМНОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, содержащая размещенные в корпусе планетарный подложкодержатель, катод, установленный по оси установки и снабженный системой перемещения относительно этой оси, и поджигающий электрод, отличающаяся тем, что, с целью повышения адгезионной способности покрытий, она снабжена n - 1 поджигающими электродами, где n - число, кратное числу подложек, и двухсекционной кольцевой магнитной системой, катод выполнен секционным и связан с системой пошагового вертикального перемещения каждой секции в зону действия магнитной системы, при этом секции магнитной системы размещены по разные стороны от подложкодержателя осесимметрично катоду.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что секции катода выполнены из различных материалов.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система вертикального перемещения катода выполнена в виде кулачкового эксцентрикового механизма

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2