Пристрій для отримання багатокомпонентних багатошарових покриттів

Реферат: Винахід належить до області прецизійної металургії, зокрема до обладнання, яке використовується для модифікації поверхні деталей машин. Пристрій для отримання багатокомпонентних багатошарових покриттів складається з вакуумної камери, катодівмішеней, анода та магнітної системи. Магнітна система є складовою частиною вакуумної камери, торцеві фланці якої виготовлені з магнітного матеріалу та з'єднані магнітопроводами, на яких розташовані електромагніти. По осі вакуумної камери розташований анод, коаксіально якому розташовані полюсні наконечники магнітної системи, між якими формується аксіальне магнітне поле, катоди-мішені, виготовлені з матеріалів, що становлять багатокомпонентне покриття, та утримувачі деталей. Винахід дозволяє спростити конструкцію катодів, збільшити їх кількість (в експериментальному виконанні 12 штук), збільшити площу, на яку наноситься покриття, підвищити коефіцієнт використання матеріалу катодів, коригувати процентний склад покриття в процесі його осадження та розпорошувати магнітні матеріали. UA 105835 C2 (12) UA 105835 C2 UA 105835 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області прецизійної металургії, зокрема до обладнання, яке використовується для модифікації поверхні деталей машин. Відомі конструкції технологічних генераторів для отримання багатокомпонентних покриттів, які використовують дугові методи генерації матеріалу покриття та методи катодного розпилення, зокрема, магнетронні розпилювальні системи. Загальним недоліком використовуваних систем є: складність виготовлення катодів-мішеней того ж стехіометричного складу, що і потрібне покриття; деякі труднощі отримання того ж процентного вмісту компонентів в покритті, що й у катода; порівняно низький коефіцієнт використання матеріалу мішені; висока нерівномірність покриття. Найбільш близьким до запропонованого є установка серії "Мир" (Филимонов А.П., Логачев В.Г., Вахминцев Г.Б., Пуминов В.В. Перспективы применения вакуумной технологии для нанесения жаростойких покрытий // Производственно-технический опыт отрасли. М.: ЦНТИ "Поиск", 1989. № 1, - С. 20-25) реалізує магнетронний метод генерації матеріалу покриття, що складається з вакуумної камери, в якій розташовані один або кілька коригувальних локальних катодних вузлів, що складаються з катодів-мішеней, анодів і магнітної системи. Недоліки відомого пристрою полягають в тому, що магнітна система є окремою для кожного з катодних вузлів, а також для забезпечення корекції процентного складу, в ході формування багатокомпонентних покриттів, необхідні: кілька катодних вузлів (їх чисельність залежить від кількості компонентів, що складають покриття); складності із забезпеченням відтворюваності одержуваних покриттів; складні системи електроживлення; відносно великі матеріальні витрати на виготовлення катодів, заданого процентного складу, що веде до збільшення вартості одержуваних покриттів. В основу винаходу поставлена задача розширення технологічних можливостей генераторів плазми, що дозволить забезпечити вiдтворюваність отримуваних покриттів і зменшити їх собівартість. Для досягнення поставленої задачі пропонується пристрій для отримання багатокомпонентних, багатошарових покриттів, конструктивні елементи якого є і елементами вакуумної камери: магнітна система є складовою частиною вакуумної камери, торцеві фланці якої виготовлені з матеріалу з хорошими магнітними властивостями, ці фланці з'єднані магнітопроводами, на яких розташовані електромагніти, прості за конструкцією катоди-мішені, виготовлені з компонентів, що складають покриття, розташовані коаксіально осі генератора, анод є спільним для всіх катодів-мішеней. Заявляється технологічний генератор плазми, що дозволяє формувати покриття шляхом спільного розпилення простих за конструкцією катодів, виготовлених з компонентів, складових покриття, також коригувати процентний склад багатокомпонентного покриття, що формується, в ході його осадження. Поєднання конструктивних елементів генератора плазми з вакуумною камерою дозволило: спростити конструкцію катодів; збільшити їх кількість (в експериментальному виконанні 12 штук); збільшити площу, на яку наноситься покриття; підвищити коефіцієнт використання матеріалу катодів, коригувати процентний склад покриття в процесі його осадження; розпорошувати магнітні матеріали. На кресленні показана схема пристрою для отримання багатокомпонентних, багатошарових покриттів. Пристрій для отримання багатокомпонентних, багатошарових покриттів містить охолоджувану вакуумну камеру 1, яка закрита торцевими фланцями 2, які виготовлені з матеріалу з хорошими магнітними властивостями. Магнітопроводи 3, що з'єднують торцеві фланці 2, є серцевиною електромагнітів 4. По осі генератора розташований охолоджуваний анод 5, коаксіально якому розташовані полюсні наконечники 10 магнітної системи, між якими формується аксіальне магнітне поле. Катоди-мішені 8 виготовлені з матеріалу компонентів покриття, що формується; множина катодів-мішеней 8 розташована симетрично осі генератора; потенціал катодів-мішеней 8 регулюється від незалежних керованих регуляторів напруги 11. Деталі, на які конденсується розпорошений з катодів-мішеней 8 матеріал, встановлені на коаксіальному з віссю камери утримувачі деталей 6, ізольованому від генератора. Потенціал до утримувача деталей 6 прикладається від окремого керованого регулятора напруги 9. Корпус вакуумної камери 1 виконаний, наприклад, з нержавіючої сталі X18Н10Т. Бічні кришки вакуумної камери 2 спільно з магнітними полюсами 10 - зі сталі Ст. 3, яка має хороші магнітні властивості. Пристрій працює наступним чином. При включенні електромагнітів 4 всередині вакуумної камери 1 створюється магнітне поле необхідної конфігурації, яке замикається по магнітопроводах 3 торцевих фланцях 2 вакуумної 1 UA 105835 C2 5 10 15 20 25 камери 1 та полюсних наконечниках 10 магнітної системи. Від джерела постійного струму 7 між 2 3 анодом 5 та катодами-мішенями 8 створюється різність потенціалів 10 10 В. При напуску в вакуумну камеру 1 робочого газу (Аr) до тиску 0,010,1 Па уздовж осі генератора формується розряд відбивного типу з осцилюючими iонами (типу розряду Пеннінга), а радіальне електричне поле забезпечує прискорення іонної компоненти газової та металевої плазми в радіальному напрямку. На катоди-мішені 8 подається позитивний замикаючий потенціал за допомогою керованих регуляторів напруги 11, щоб зменшити розпорошення катодів-мішеней під час очищення утримувача деталей 6. В режимі нанесення покриттів на утримувач деталей 6 від керованого регулятора напруги 9 подається позитивний потенціал щодо катодів-мішеней 8, що дозволяє зменшити розпорошення оброблюваної поверхні високоенергетичними іонами. Принцип дії генератора заснований на використанні магнітного поля для збільшення часу існування електронів і створення замкнутого холлівського електронного струму. При цьому параметри Холла для іонів та електронів суттєво різні: (ωτ)е>>1 та (ωτ)і