Оглавление:
Вакуумное ионно-плазменное напыление – заключительный этап изготовления детали. С его помощью формируется покрытие изделия металлом, сплавом или химическим соединением.
Ионно-плазменное напыление
Ионно-плазменное напыление – разновидность катодного способа нанесения материала на поверхность изделия. Процесс производится путем бомбардировки подложки ионами плазменного вещества газовым разрядом.
К преимуществам ионно-плазменного напыления относят:
-
Высокое качество сцепления и равномерность покрытия.
-
Не изменяется стехиометрический состав поверхности изделия.
-
Возможность покрывать деталь тугоплавкими и неплавящимися материалами.
-
Контроль свойств напыления в процессе нанесения.
-
Управление составом мишени в течение всего процесса.
-
Возможность очищать поверхность подложки и растущего покрытия.
Состояние плазмы вещества достигается с помощью катодного пятна. Его размер измеряется в микрометрах, но температура развивается такая, при которой любые материалы превращаются в высокоионизированный газ. При всех достоинствах ионно-плазменное напыление наноуглеродных покрытий имеет ряд недостатков в сравнении с другими методами:
-
Небольшая скорость рабочего процесса 3 мкм/мин.
-
Загрязнение в материале за счет плавления катода.
-
Габариты камеры лимитируют размер детали.
Для изготовления радиотехнических деталей используется ионно-плазменное напыление нитрида титана. Такое покрытие получило распространение при изготовлении кровельных материалов благодаря антикоррозионным свойствам и эстетическому виду. Основой служит нержавеющая сталь.
Покрытие осуществляется в два этапа в условиях вакуума. Сначала наносят слой титана, который служит переходным материалом между подложкой и основным слоем нитрида титана. Толщина 2-х слоев не превышает 40 мкм. Достоинства ионно-плазменного напыления нитрида титана:
-
В условиях вакуума обеспечена чистота состава покрытия, благодаря этому цвет и адгезия стабильны в течение длительного времени.
-
Использование высокой температуры при напылении гарантирует максимальное сцепление поверхностей основы и титанового покрытия.
Для осаждения атомов титана используют специальную вакуумную камеру.
Установки ионно-плазменного напыления
Установки ионно-плазменного напыления разрабатываются на основе двух схем: «Булат» и «Пуск». Их рабочие камеры устроены так, что возможно нанесение качественной однородной и многослойной мишени в условиях сниженной температуры.
Оборудование для ионно-плазменного напыления состоит из следующих частей:
-
цилиндрический корпус;
-
водоохлаждающая система;
-
вакуумная система;
-
электродуговой испаритель;
-
основа;
-
электрическая часть;
-
механизм вращения;
-
дверца.
Дверь расположена на боковой стенке корпуса, образуя вакуумную камеру. Стенки двойные, внутри находится полость водоохлаждения. На поверхности стен установлены электродуговые испарители. Их количество 2 шт. Третий испаритель расположен на дверце. Водоохлаждающая система состоит из труб и распределительной панели, оснащенной воронкой для зрительного контроля над протоком жидкости. Также на ней расположены датчики уровня. На коллекторе установлены вентили, с помощью которых регулируется расход воды. Давление в камере обеспечивается вакуумной системой. Остаточное давление регулируется автоматическим регулятором напуска газа. Вакуумная система состоит из 2-х видов клапанов: с электромагнитным приводом и напускного контролируемого. Также включает в себя электронный блок управления. Механизм вращения находится внутри основы, там же расположены блоки поджига дуги. Снаружи основы находится вакуумная система, панель, регулирующая водоохлаждение, электронный ключ. Наиболее востребованы следующие установки ионно-плазменного напыления:
-
МАП-1М;
-
АПН-250;
-
Булат-3Т;
-
Пуск 83;
-
Булат-6К;
-
ЮНИОН;
-
ННВ 6.6-И1.
Их отличия заключаются во внешних размерах, скорости покрытия, габаритах вакуумной камеры, доступных показателях напряжения на детали и энергии однократных ионов.
Принцип работы у всех установок одинаков. Подложка подготавливается и закрепляется в технологической оснастке. Создается вакуум в камере. Затем включают электропривод, передающий планетарное вращение вокруг своей оси деталям. Также подложка вращается вокруг катода. После приведения в движения детали и катода, который возвратно-поступательно ходит вдоль основной оси, включают катушки анода. Приводится в действие электромагнитный фиксатор, начинается подача электрического потенциала смещения с отрицательным показателем на подложку. Затем возбуждается вакуумный дуговой разряд между катодом и анодом. Горение разряда поддерживает инверторный источник питания. Мишень превращается в плазму, которой покрывают деталь.
