Пристрій для отримання багатокомпонентних, багатошарових покриттів

Реферат: Пристрій для формування багатокомпонентних багатошарових покриттів належить до області прецизійної металургії, зокрема до обладнання, яке використовується для модифікації поверхні деталей машин. Пристрій для формування багатокомпонентних багатошарових покриттів складається з вакуумної камери, магнітної системи, що є складовою частиною вакуумної камери, по осі якої розташований анод, коаксіально якому розташовані полюсні наконечники магнітної системи та електромагніти, секціоновані катоди-мішені, окремі секції яких виготовлені з компонентів покриття, що знаходяться у чистому вигляді, торцевих фланців, магнітопроводів, утримувачів деталей. Корпус вакуумної камери, виконаний з магнітного матеріалу, з'єднаний з наконечниками магнітної системи, на яких розташовані електромагніти, окремі секції формують секціоновані катоди-мішені у вигляді кілець, між якими знаходяться утримувачі деталей. Кожна із секцій катодів-мішеней під'єднана до незалежного джерела живлення. Пристрій дозволяє керувати складом і товщиною покриття вздовж деталей, підвищити коефіцієнт використання матеріалів секцій катодів-мішеней, контролювати площу на яку наносять покриття в межах технологічного відсіку. . UA 112500 C2 (12) UA 112500 C2 UA 112500 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, що містять у своєму складі багато компонентів із потрібним їх співвідношенням; деякі труднощі отримання того ж вмісту компонентів в покритті, що й у катода; порівняно низький коефіцієнт використання матеріалу мішені; складність, а подекуди й неможливість формування покриття із заданою товщиною по всій поверхні підкладки; неможливість курування складом багатокомпонентних покриттів по довжині деталей без допоміжних генераторів плазми, та застосування складної внутрішньокамерної оснастки. Найбільш близьким до запропонованого є пристрій для отримання багатокомпонентних, багатошарових покриттів (Патент України № 105835, МПК С23С 14/35, H01J37/08, опубл. 10.02.2014, Бюл. № 3), який складається з магнітної системи, що є складовою частиною вакуумної камери, торцевих фланців, які з'єднані (одним чи кількома) магнітопроводами з розташованими на них електромагнітами, анода, полюсних наконечників магнітної системи, між якими формується аксіальне магнітне поле, катодів-мішеней, що виготовлені з матеріалів з яких формується багатокомпонентне покриття та утримувача деталей. Недоліки відомого пристрою полягають в тому, що він не дозволяє керувати складом і товщиною покриття по довжині деталей, крім того, розташування катодів-мішеней і утримувача деталей призводить до наявності тіньових зон на поверхні деталей під час їх обробки. В основу винаходу поставлена задача розширення технологічних можливостей генераторів плазми, що дозволить: формувати багатокомпонентні багатошарові покриття із заданим складом по довжині деталей і по товщині покриття із компонентів, що знаходяться окремо у чистому вигляді, без необхідності попереднього виготовлення багатокомпонентних катодівмішеней; усунути наявність тіньових зон під час обробки; підвищити якість сформованих покриттів; забезпечити відтворюваність отримуваних покриттів і зменшити їх собівартість. Для вирішення поставленої задачі пропонується пристрій для отримання багатокомпонентних, багатошарових покриттів, який містить магнітну систему, що є складовою частиною вакуумної камери, по осі якої розташований анод, коаксіально якому розташовані полюсні наконечники магнітної системи та електромагніти, торцеві фланці, магнітопроводи, утримувачі деталей, який відрізняється тим, що корпус вакуумної камери, виконаний з магнітного матеріалу, з'єднаний з наконечниками магнітної системи, на яких розташовані електромагніти, магнітопроводи, виконані у вигляді кілець катоди-мішені містять довільної форми секції компонентів покриття, кожна з яких підключена до незалежного джерела живлення, між катодами-мішенями розміщені утримувачі деталей. Заявляється пристрій для отримання багатокомпонентних, багатошарових покриттів, що дозволяє формувати покриття шляхом розпилення секціонованих катодів-мішеней, де окремі секції виготовлені з компонентів, які складають покриття і знаходяться окремо у чистому вигляді; контролювати вміст кожного із компонентів багатокомпонентного покриття, що формується, в ході його осадження як по товщині покриття, так і по довжині деталей; застосувати конструкцію катодів, що дозволяє виготовляти їх секції з окремих компонентів, з яких складається покриття; у межах технологічного відсіку контролювати площу, на яку наноситься покриття; підвищити коефіцієнт використання матеріалу катодів-мішеней. На кресленні показана схема пристрою для отримання багатокомпонентних, багатошарових покриттів. Пристрій для отримання багатокомпонентних, багатошарових покриттів містить вакуумну камеру 1, яка закрита торцевими фланцями 2. Магнітопроводи 3 об'єднані з полюсними наконечниками 4, які є серцевиною електромагнітів 5. По осі генератора розташовані охолоджувані аноди 6. Виконані у вигляді кілець секціоновані катоди-мішені 8, секції яких виготовлені з різних компонентів покриття, що знаходяться у чистому вигляді; потенціал кожної секції катодів-мішеней 8 регулюється від незалежних керованих джерел електроживлення 9. Деталі, на які конденсується розпорошений з катодів-мішеней 8 матеріал, встановлені на утримувачі деталей 10, який розташований між катодами - мішенями 8 у вакуумній камері 1. Потенціал до утримувача деталей 10 подається від окремого керованого джерела електроживлення 11. Корпус вакуумної камери 1 та магнітопровід 3, який з'єднує її з наконечниками виконані з матеріалу, який має хороші магнітні властивості, наприклад, зі сталі Ст. 3. Торцеві фланці вакуумної камери 2 - з нержавіючої сталі X18Н10Т. 1 UA 112500 C2 5 10 15 20 25 Пристрій для отримання багатокомпонентних, багатошарових покриттів працює наступним чином. При включенні електромагнітів 5 всередині вакуумної камери 1 створюється магнітне поле необхідної конфігурації, яке замикається по магнітопроводах 3, полюсних наконечниках 4 і стінках вакуумної камери 1. Від джерела електроживлення 7 між анодами 6 та секціонованими 2 3 катодами-мішенями 8 створюється різність потенціалів 10 10 В. При напуску в вакуумну камеру 1 робочого газу до тиску 0,010.1 Па формується розряд з осцилюючими іонами (типу розряду Пенінга), а осьове електричне поле забезпечує прискорення іонної компоненти газової та металевої плазми в осьовому напрямку. Під час проведення іонного очищення оброблюваних деталей на секції катодів-мішеней 8 подається замикаючий потенціал за допомогою керованих джерел електроживлення 9, щоб зменшити розпорошення катодів-мішеней під час очищення деталей, що розташовані на утримувачі деталей 10. В режимі нанесення покриття на кожну секцію катодів-мішеней у залежності від того, якої товщини і складу необхідно отримати покриття подаються незалежні потенціали від незалежних джерел електроживлення 9, на утримувач деталей 10 від керованого джерела електроживлення 11 подається позитивний потенціал щодо катодів-мішеней, що дозволяє зменшити розпорошення оброблюваної поверхні високоенергетичними іонами. Принцип дії генератора оснований 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 < 1. Таким чином, електрони виявляються замагніченими, а дія магнітного поля на іони незначна. Це здійснюється підбором відповідних значень тиску робочого газу та індукції магнітного поля у вакуумній камері. Внаслідок існування холлівського електронного струму зростає частота електронних зіткнень, що приводить до суттєвого підвищення щільності плазми. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 Пристрій для отримання багатокомпонентних, багатошарових покриттів, який містить магнітну систему, що є складовою частиною вакуумної камери, по осі якої розташований анод, коаксіально якому розташовані полюсні наконечники магнітної системи та електромагніти, катоди-мішені, виготовлені з компонентів, що становлять багатокомпонентне покриття, торцеві фланці, магнітопроводи, утримувачі деталей, який відрізняється тим, що корпус вакуумної камери, виконаний з магнітного матеріалу, з'єднаний з полюсними наконечниками магнітної системи, на яких розташовані електромагніти, магнітопроводи, виконані у вигляді кілець катодимішені містять довільної форми секції компонентів покриття, кожна з яких підключена до незалежного джерела живлення, між катодами-мішенями розміщені утримувачі деталей, до яких під′єднано кероване джерело електроживлення. 2 UA 112500 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3