Спосіб іонно-плазмового напилювання електропровідних покриттів

Спосіб іонно-плазмового напилювання електропровідних покриттів програмованої еластичності, який відрізняється тим, що на вироби подають електронну і іонну частини газової квазінейтральної плазми рознесеними у часі зі сталою частотою, подаючи та змінюючи потенціал опорної напруги на виробах з позитивного на негативний, при цьому за час дії негативного потенціалу на вироби спрямовують іонну частину квазінейтральної плазми, а за час дії позитивного - електронну частину, час дії позитивного потенціалу до часу дії негативного потенціалу встановлюють в залежності від програмованої еластичності покриття у співвідношенні від 1:1 до 1:10, а амплітуду від 50 до 500В. Винахід відноситься до області іонноплазмового напилювання і може бути використаний при нанесенні захисних і декоративних покриттів на різні вироби. Відомі способи вакуумного іонно-плазмового напилювання матеріалів під дією високоенергетичних плазмових і іонних потоків, що засновані на процесах генерації матеріалу катодною плямою вакуумної дуги - потужнострумового низьковольтного розряду, що розвивається винятково в парах матеріалу катода [1]. Найближчим за технічною суттю є спосіб викладений у [2]. Для реалізації способа використовують вакуумну камеру, випарники з катодом і анодом, вузол підпалювання вакуумної дуги, арматуру з нагрівачами для виробів, що підлягають напилюванню, засоби іонного очищення, відкачну вакуумну систему, блоки живлення і управління, блок опорної напруги, фокусуючі соленоїди та ін. Процес нанесення покриттів полягає в переведенні матеріалу катоду (наприклад титану) у плазмовий стан (при тиску у камері ~2·10-1Пa), прискоренні руху квазінейтральної металевої плазми в напрямку арматури з виробами, забезпеченні плазмохімічної реакції з реактивним газом (N2, О2 - азотом, або киснем ) для синтезу нітриду або оксиду титану (TiN, TiO2). Те хнологічний алгоритм виглядає таким чином: в камері створюється робочий тиск ~4·10-1Па реактивного газу при накладанні силової напруги (біля - 70В між анодом і катодом) і ініціюванні розряду за допомогою вузла підпалювання, між анодом і катодом виникає дуговий електричний розряд. При цьому відбувається ерозія катоду в катодних мікроплямах. Ма теріал катоду з великою енергією і швидкістю біля 8км/с викидається з мікроплямами у вигляді так званих катодних струменів. Металева плазма, що утворюється в процесі генерації, в результаті взаємодії з електричним і магнітними полями додатково іонізується, частково автосепарується і її рух прискорюється за рахунок негативного потенціалу, що прикладається до арматури з виробами; позитивні іони при влученні на вироби додатково прискорюються в дебаєвському подвійному шарі. Подача в камеру азоту (або кисню) призводить до плазмохімічної реакції з утворенням нітриду (оксиду) титану, що конденсується на виробах. Одержані вище приведеним способом покриття мають ряд недоліків, найістотнішим з них є надмірна напруженість, що при товщі покриття більше як 5-7мкм розтріскуються. Для придания (19) UA (11) 77914 (13) C2 (21) a200511679 (22) 08.12.2005 (24) 15.01.2007 (46) 15.01.2007, Бюл. № 1, 2007 р. (72) Золотухін Олександр Віталієвич, Мустяца Олег Никифорович, Посвятенко Едуард Карпович, Дмитрієв Микола Миколаєвич, Золотухін Олександр Олександрович (73) НАЦІОН АЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) UA 10972 C2, 25.12.1996 RU 2003111984 A1, 20.12.2003 US 20020189938 A1, 19.12.2002 JP 04045264 A, 14.02.1992 JP 06316763 A, 15.11.1994 3 77914 4 покриттям еластичності вдаються до багатошароТехнологічний алгоритм в основному відповівих покриттів [3]. Наприклад Ті+TiN+Ті+TiN+... у дає вищенаведеному [2], за винятком деяких роспіввідношенні по товщині 1:10 (0,1мкм Ті+1мкм бочих стадій: у камеру завантажуються вироби, що TiN), а також Co, Zr та ін. [4]. Однак природа явипідлягають напилюванню; проводять вакуум уванща залишається незмінною, тому що конденсуюня до тиску ~2·10-2Па, далі нагрівають їх до темпечись на виробах іонно-плазмовий потік позитивних ратури ~250°С, потім в атмосфері інертного газу іонів формує недосконалі шари плівок, у яких напроводять іонну чистку у режимі активного тліючогромаджуються дефекти структури, вакансії і дисго розряду (при напрузі на виробах - 1500В по відлокації. Наявні у плазмі електрони переходять до ношенню до камери +). стінок камери, яка має позитивний (нульовий поПісля цього переходять до іонно-плазмової чистки тенціал). виробів у парах, що генеруються електродуговим В основу винаходу поставлена задача одертитановим випарником із током ~180А, а на вирожання плівок надтвердих матеріалів керованої би від блоку опорної напруги подають різнополярні напруженості (або еластичності). Для виконання імпульси, керовані за амплітудою і часом дії, які цієї задачі пропонується новий спосіб нанесення мають сталу частоту 50Гц. При цьому за час дії іонно-плазмових покриттів програмованої еластинегативного імпульсу на вироби спрямовується чності, у якому відбувається фізичне конденсуваніонна частина квазінейтральної плазми, а за час дії ня покриття із газової фази іонізованої пари квазіпозитивного імпульсу на вироби спрямовується нейтральної плазми; при цьому на вироби електронна частина квазінейтральної плазми. При подають електронну і іонну частини газової плазчому час дії імпульсів відноситься як 1:1 таким ми рознесеними у часі зі сталою частотою (напричином 10мс позитивний, 10мс негативний; а ампліклад, промислової частоти), змінюючи потенціал туда обох імпульсів плавно зростає у часі від 50 до опорної напруги позитивний на негативний, при 500В за час, приблизно 5хв. Далі амплітуду встацьому час дії позитивного потенціалу до часу дії новлюють у діапазоні 50 - 150В і подають реактивнегативного потенціалу може бути змінений у різний газ азот. Час реактивного напилювання приному співвідношенні. Таким чином, спосіб, що проблизно 30-60 хвилин, товщина покриття TiN, понується, дозволяє у режимі так званої широтноприблизно 3-6мкм. імпульсної і амплітудної модуляції обробляти виСформоване таким чином покриття має значроби електронною і іонною частинами газової квано досконалішу структуру, що не має надмірного зінейтральної плазми, рознесеними у часі. Обробнапруження у конденсованому шарі за рахунок ка електронними потоками (при подачі на вироби того, що частина електронів рекомбінують і деяка позитивного потенціалу, дозволяє зняти надмірне частина атомів покриття із іонів стають нейтральнапруження у конденсованому шарі покриття). При ними. цьому частина електронів рекомбінується і деяка Джерела інформації: частина атомів покриття із іонів перетворюється у 1. Дороднов A.M., Петросов В.А. Про фізичні нейтральні атоми [5]. принципи і типи вакуумних те хнологічних плазмоСпосіб реалізовано на стандартному обладвих пристроїв //Журнал технічної фізики. - Т. 51.нанні, наприклад, установці ВУ2 МБС із модерніВип.3.-1981. зацією блока опорної напруги, який може генеру2. Патент Великобританії № 1322670. - 1973 р. вати різнополярні імпульси керовані за амплітудою 3. Патент України № 11269. - 1996 р. і часом дії, які мають сталу частоту (наприклад, 50 4. Патент РФ № 2061090, МПК 6 С 23 С 14/32, або 100 Гц). При цьому один полюс генератора опубл. 27.05.1996г. Бюл. № 15. закріплюється на камері, а другий на арматурі з 5. Плазменные ускорители. Под ред. Л. А. Арвиробами. цимовича.-М.: Машиностроение.-1973г. Комп’ютерна в ерстка Б.Голік Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601