Способ нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубы

Изобретение относится к способам нанесения металлических покрытий на внутреннюю поверхность длинномерных труб вакуумным распылением металлов в магнитном поле. Способ включает коаксиальное размещение в вакуумной камере электродов, инициирование вакуумного электрического разряда между электродами путем создания разности потенциалов, воздействие плазмы разряда на наружную поверхность мишени при наложении на разрядную зону скрещенного с электрическим магнитного поля и осаждение материала покрытия на внутреннюю поверхность трубы. В качестве одного из электродов используют обрабатываемую трубу, а в качестве второго - мишень, размещаемую внутри трубы, длина которой не меньше длины обрабатываемой поверхности. При этом магнитное поле создают на всей длине мишени путем пропускания электрического тока через мишень или через мишень и проводник, расположенный в полости, выполненной в мишени. Изобретение обеспечивает возможность нанесения равномерного покрытия на внутреннюю поверхность длинномерной трубы малого диаметра. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области нанесения покрытия вакуумным распылением металлов с использованием магнитного поля и может быть использовано для нанесения металлического покрытия на внутреннюю поверхность длинномерной трубы.

Известен способ нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубы, реализованный магнетртонной распылительной системой (Б.С.Данилин, В.К.Сырчин "Магнетронные распылительные системы". М.: "Радио и связь", 1982 г., стр.45, рис 35в), включающий коаксиальное размещение в вакуумной камере электродов, в качестве одного из которых используют подложку, а в качестве второго - мишень, инициирование вакуумного электрического разряда между электродами путем создания разности потенциалов и воздействие плазмы разряда на подложку при наложении на разрядную зону скрещенного с электрическим магнитного поля. Магнитное поле создают магнитной системой - катушками индуктивности, расположенными внутри мишени.

Такой способ не применим для нанесения покрытий на внутреннюю поверхность длинномерной трубы из-за ограниченной длины катушек индуктивности, а также - на внутреннюю поверхность трубы малого диаметра, что объясняется большими габаритами катушек индуктивности. Кроме того, получаемое покрытие имеет неравномерную толщину из-за концевого эффекта магнитной системы.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является способ вакуумной обработки внутренней поверхности труб (RU 2039845 МПК⁶ С23С 14/35, опубл. 1995 г.), включающий коаксиальное размещение в вакуумной камере электродов, в качестве одного из которых используют обрабатываемую трубу, а в качестве второго - мишень, длина которой не меньше длины обрабатываемой поверхности, инициирование вакуумного электрического разряда между электродами путем создания разности потенциалов и воздействие плазмы разряда на наружную поверхность мишени при наложении на разрядную зону скрещенного с электрическим магнитного поля.

Такой способ позволяет наносить покрытия на внутреннюю поверхность неферромагнитной трубы малого диаметра. Для нанесения покрытия на внутреннюю поверхность ферромагнитной трубы необходимо создание мощного магнитного поля, кроме того, ограничена длина обрабатываемой поверхности трубы и получаемое покрытие имеет неравномерную толщину по описанным выше причинам.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, обеспечивающего возможность нанесения равномерного покрытия на внутреннюю поверхность длинномерной трубы малого диаметра (порядка 20-40 мм).

Поставленная задача решается усовершенствованием способа нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубы, включающего коаксиальное размещение в вакуумной камере электродов, в качестве одного из которых используют обрабатываемую трубу, а в качестве второго - мишень, длина которой не меньше длины обрабатываемой поверхности, инициирование вакуумного электрического разряда между электродами путем создания разности потенциалов и воздействие плазмы разряда на наружную поверхность мишени при наложении на разрядную зону скрещенного с электрическим магнитного поля.

Это усовершенствование заключается в том, что магнитное поле создают пропусканием электрического тока через мишень или через мишень и проводник, расположенный в полости, выполненной в мишени, что позволяет получить магнитное поле требуемой мощности вокруг мишени на всей ее длине (не меньшей длины обрабатываемой поверхности), при этом мишень или мишень, в полости которой расположен проводник, имеет диаметр, позволяющий расположить их коаксиально внутри обрабатываемой трубы малого диаметра и получить покрытие равномерной толщины.

Кроме того, магнитное поле могут создавать пропусканием переменного электрического тока, что позволяет снизить тепловое воздействие на один из проходных изоляторов, установленных в стенках вакуумной камеры.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена реализующая предлагаемый способ магнетронная распылительная система, на фиг.2 - выносной элемент А на фиг.1 с мишенью, по которой пропускают электрический ток, на фиг.3 - выносной элемент А с мишенью, в полости которой расположен проводник, на фиг.4 - выносной элемент А с мишенью, в полости которой с зазором расположен проводник. Стрелками показано направление потока охлаждающей жидкости.

Способ осуществляется следующим образом. В вакуумной камере 1 с проходными изоляторами 2 и 3 коаксиально размещают электроды 4 и 5. В качестве электрода 4 используют обрабатываемую трубу, а в качестве электрода 5 - мишень, длина которой не меньше длины обрабатываемой поверхности. Инициируют вакуумный электрический разряда между электродами 4 и 5 путем создания разности потенциалов (к обрабатываемой трубе 4 прикладывают положительный потенциал, а к мишени 5 - отрицательный от источника постоянного тока 6). Плазма разряда воздействует на наружную поверхность мишени 5 при наложении на разрядную зону скрещенного с электрическим магнитного поля. Магнитное поле создают пропусканием электрического тока через мишень 5 (фиг.2). В случае, когда мишень 5 имеет большое электрическое сопротивление, магнитное поле создают пропусканием электрического тока через мишень 5 и проводник 7 (фиг.3, 4). Проводник 7 расположен в полости 8, выполненной в мишени 5 (в варианте на фиг.4 проводник 7 расположен в полости мишени 5 с зазором, по которому подают охлаждающую жидкость для более интенсивного охлаждения мишени 5). В приведенном варианте в качестве источника электрического тока используют источник переменного тока 9. В вакуумную камеру подают инертный газ (например, аргон) и осуществляют охлаждение мишени 5 при подаче охлаждающей жидкости.

За счет бомбардировки поверхности мишени 5 ионами газа, образующимися в плазме разряда, и их локализации у поверхности мишени 5, происходит распыление ее материала и осаждение на внутреннюю поверхность трубы 4. При этом получают покрытие равномерной толщины за счет создания равномерного магнитного поля по всей длине обрабатываемой поверхности.

Предложенным способом было нанесено покрытие из меди на трубу из стали длиной 2300 мм с диаметром внутренней поверхности 45 мм, использовалась мишень, выполненная из медной трубки с диаметром наружной поверхности 16 мм. Давление в вакуумной камере (1-5)10² Па, разность потенциалов между мишенью и обрабатываемой трубой 400-600 В, ток разряда до 20 А. Магнитное поле получали пропусканием через мишень или по проводнику и мишени переменного тока напряжением 6 В и силой тока 1000 А. В результате получили покрытие толщиной 10 мкм за 80 минут.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет получить равномерное покрытие на внутренней поверхности длинномерной трубы малого диаметра.

1. Способ нанесения покрытия на внутреннюю поверхность трубы, включающий коаксиальное размещение в вакуумной камере электродов, в качестве одного из которых используют обрабатываемую трубу, а в качестве второго - мишень, размещаемую внутри трубы, и длина которой не меньше длины обрабатываемой поверхности, инициирование вакуумного электрического разряда между электродами путем создания разности потенциалов, воздействие плазмы разряда на наружную поверхность мишени при наложении на разрядную зону скрещенного с электрическим магнитного поля и осаждение материала покрытия на внутреннюю поверхность трубы, отличающийся тем, что магнитное поле создают на всей длине мишени путем пропускания электрического тока через мишень или через мишень и проводник, расположенный в полости, выполненной в мишени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что магнитное поле создают пропусканием переменного электрического тока.