BR112015032167B1

BR112015032167B1 - Método para o revestimento de peças de trabalho

Info

Publication number: BR112015032167B1
Application number: BR112015032167-4A
Authority: BR
Inventors: Siegfried Krassnitzer; Denis Kurapov
Original assignee: Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfãffikon
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2022-02-01
Also published as: DE102013011072A1; MX2015017027A; MY178779A; EP3017081A1; WO2015000578A1; CN105392912B; RU2016103225A; US20160186310A1; BR112015032167A2; CA2916773C; KR102233346B1; KR20160029814A; HK1219515A1; CA2916773A1; US10053769B2; JP2016526605A; SG11201510361YA; EP3017081B1; CN105392912A; IL243139B

Abstract

MÉTODO PARA O REVESTIMENTO DE PEÇAS DE TRABALHO. Por tratar a invenção de um método para o revestimento de peças de trabalho compreendendo as seguintes etapas: ? carregamento de uma câmara de revestimento com as peças de trabalho a serem revestidas; - fechamento e evacuação da câmara de revestimento a uma pressão predeterminada de processo; - acionamento de uma fonte de revestimento que compreende um alvo como fonte de material, fazendo com que as partículas sejam aceleradas a partir da superfície do alvo na direção dos substratos, caracterizado pelo fato de que uma blindagem é providenciada entre a superfície do alvo e o substrato até que o alvo esteja condicionado, sendo que enquanto isso os substratos a serem revestidos são submetidos pelo menos parcialmente a um pré-tratamento.

Description

Campo Técnico

[001] A presente invenção se refere a um método para o revestimento de substratos.

[002] Especificamente, a presente invenção se refere a um método para a preparação de uma deposição a partir de uma fase de gás sob vácuo, no qual um alvo é utilizado como fonte de material, e partículas de sua superfície voam até o substrato e são depositadas sobre o mesmo. Um gás reativo é frequentemente utilizado, cujos átomos e/ou moléculas reagem com as partículas de tal maneira que o composto químico correspondente seja depositado sobre o substrato. Este método é então referenciado como processo de revestimento reativo.

Fundamentos da Invenção

[003] Vários processos de revestimento deste tipo são bem conhecidos aos habilitados na arte. Como exemplos devem ser mencionados a pulverização por magnetron e a evaporação por centelha. As superfícies respectivas dos alvos são expostas a diferentes influências ambientais. Por exemplo, em muitos casos uma porta de uma câmara deve ser aberta para o carregamento e descarregamento da câmara de revestimento, fazendo com que a superfície do alvo fique exposta à atmosfera ambiente normal. Algumas vezes, quando uma contaminação do alvo aconteceu em função do gás reativo, a superfície do alvo também necessita ser exposta a um tratamento mecânico especial, como jateamento de areia. Todas estas são circunstâncias que conduzem a uma superfície de alvo diferente de uma passada de revestimento a outra, em função da exposição a diferentes influências ambientais. Se uma superfície de alvo deste tipo for utilizada em seguida para outro processo de revestimento, resultados não reprodutíveis são a consequência. Particularmente, o início do revestimento não é reprodutível, o que, entre outras coisas, apresenta uma influência essencial sobre a adesividade da camada. No entanto, particularmente no campo da proteção contra desgastes, estas diferenças não calculáveis da adesividade e de outras propriedades da camada são intoleráveis.

[004] Para neutralizar esta situação, após o fechamento e a evacuação da câmara de revestimento, o processo de revestimento é primeiramente iniciado de tal maneira que por meio de uma blindagem o material de revestimento seja impedido de colidir e de se depositar sobre o substrato durante um determinado período de tempo. Um processo deste tipo é denominado de condicionamento do alvo.

[005] O condicionamento do alvo pode requerer um tempo de processamento de meia hora ou superior. A Figura 1 mostra o sinal óptico da queima do plasma em frente a um alvo contendo cromo durante este condicionamento. Pode ser observado muito claramente, que o sinal OES se estabiliza apenas depois de aproximadamente 30 minutos, o que é uma indicação de que o condicionamento está terminado e que mudanças essenciais não mais serão produzidas na superfície do alvo. Consequentemente, o tempo necessário para este processo conduz a um prolongamento do período de revestimento, medido a partir do carregamento da planta de revestimento até o descarregamento após o revestimento.

[006] Já foi mencionado que uma boa aderência da camada é necessária para muitas aplicações. Para a obtenção de uma boa aderência de camada, por exemplo, é necessário que o substrato tenha uma superfície limpa. A limpeza do substrato a ser revestido deve ser sempre realizada fora da câmara de revestimento. No entanto, algumas etapas preparatórias do tratamento da superfície do substrato são realizadas apenas no interior da câmara e sob vácuo, depois que a câmara de revestimento é fechada. É particularmente vantajoso expor a superfície do substrato a um processo de erosão pouco antes do revestimento, e particularmente preferencialmente por meio de um plasma, isto é, por meio de um processo de erosão por plasma. Neste processo é bastante comum a remoção de até 1 μm da superfície. Desta maneira, a última das partículas de impurezas é removida, e com determinados materiais de substratos existe um esgotamento da concentração próxima da superfície, aumentando com isto fortemente a aderência do material da camada aplicado na etapa subsequente de revestimento. Em alguns casos a superfície do substrato é ativada pelo pré- tratamento e, particularmente por meio da erosão por plasma, o que por sua vez conduz a uma melhor adesividade. No entanto, um inconveniente reside no fato de que esta etapa do processo também requer um tempo considerável, e após o fechamento e o início da evacuação da câmara de revestimento, pode requerer até uma hora antes que o processo de revestimento possa ser efetivamente iniciado. Estes longos tempos de espera apresentam um efeito direto sobre a duração total do método e, consequentemente sobre o custo de fabricação das mencionadas camadas.

[007] Seria, portanto, desejável dispor de um método que necessite substancialmente menos tempo, sem qualquer deterioração da qualidade dos produtos, e particularmente da adesividade da camada no substrato.

[008] O objetivo da presente invenção baseia-se nesta necessidade.

Descrição da Invenção

[009] No seu trabalho de desenvolvimento, os inventores descobriram para sua surpresa que algumas das etapas do processo relativas ao condicionamento do alvo e ao pré-tratamento dos substratos na câmara de revestimento podem ser executadas em paralelo. Mais especificamente, depois da evacuação da câmara de revestimento até o grau necessário, os inventores foram capazes de iniciar o condicionamento do alvo e o pré-tratamento dos substratos ao mesmo tempo. Embora ambos os processos geralmente necessitem de uma queima de plasma na câmara, os dois processos não afetam negativamente um ao outro. Ainda mais surpreendente foi o fato de que isto não se aplica apenas a uma posição de substrato, mas aplica-se a toda a altura na qual os substratos são geralmente arranjados em um carrossel no interior da câmara de revestimento. A Figura 2 ilustra, portanto, a espessura da camada removida no decurso do pré-tratamento do substrato na dependência da posição do substrato, em um dos casos sem o condicionamento simultâneo dos alvos e no outro caso com o condicionamento simultâneo dos alvos. Os valores medidos foram da remoção do substrato e do carrossel. Como pode ser deduzido da Figura 2, a eficácia e a homogeneidade da erosão por plasma são muito pouco influenciadas se os alvos forem ou não condicionados simultaneamente.

[010] O método de acordo com a presente invenção para o revestimento de peças pode, portanto, compreender as seguintes etapas:- carregamento de uma câmara de revestimento com as peças de trabalho a serem revestidas;- fechamento e evacuação da câmara de revestimento a uma pressão predeterminada de processo;- acionamento de uma fonte de revestimento que compreende um alvo como fonte de material, fazendo com que as partículas sejam aceleradas a partir da superfície do alvo na direção dos substratos,caracterizado pelo fato de que uma blindagem é providenciada entre a superfície do alvo e o substrato até que o alvo esteja condicionado, sendo que enquanto isso os substratos a serem revestidos são submetidos pelo menos parcialmente a um pré-tratamento.

[011] O pré-tratamento dos substratos pode compreender um processo de erosão.

[012] De acordo com outra modalidade de execução da presente invenção, o pré-tratamento pode compreender a nitretação da superfície do substrato como uma etapa do método. Por exemplo, uma mistura gasosa dos elementos nitrogênio, argônio e hidrogénio pode ser introduzida no interior da câmara para esta finalidade..

[013] O condicionamento do alvo pode ser finalizado, por exemplo, quando o sinal óptico emitido pelas partículas permanece essencialmente inalterado. O sinal óptico pode ser medido por meio do método de medição OES.

[014] O método é particularmente adequado para fontes de revestimento que consistem de fontes de pulverização por magnetron.

[015] A câmara de revestimento pode compreender uma pluralidade de fontes de pulverização por magnetron que são sequencialmente e periodicamente conectadas em intervalos de tempo sobrepostos a um gerador de energia DC tendo uma alta potência de saída, de tal maneira que densidades intermitentes de corrente de mais de 0,2 A/cm2 ocorram periodicamente sobre as superfícies dos alvos.

[016] No entanto, uma fonte de evaporação por arco elétrico também pode ser utilizada como sendo a fonte de revestimento no método de acordo com a presente invenção.

Claims

1. MÉTODO PARA O REVESTIMENTO DE PEÇAS DE TRABALHO compreendendo as seguintes etapas:- carregamento de uma câmara de revestimento com as peças de trabalho a serem revestidas;- fechamento e evacuação da câmara de revestimento a uma pressão predeterminada de processo;- acionamento de uma fonte de revestimento que compreende um alvo como fonte de material, fazendo com que as partículas sejam aceleradas a partir da superfície do alvo na direção dos substratos,caracterizado pelo fato de que uma blindagem é providenciada entre a superfície do alvo e o substrato até que o alvo esteja condicionado, sendo que enquanto isso os substratos a serem revestidos são simultaneamente submetidos pelo menos parcialmente a um pré-tratamento, sendo que o pré-tratamento compreende uma etapa do método, no decurso do qual as peças de trabalho são nitretadas.

2. MÉTODO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pré-tratamento dos substratos compreende um processo de erosão.

3. MÉTODO de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o condicionamento do alvo é finalizado quando o sinal óptico emitido pelas partículas permanece inalterado.

4. MÉTODO de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o sinal óptico é medido por meio do método de medição OES.

5. MÉTODO de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a fonte de revestimento consiste de uma fonte de pulverização por magnetron.

6. MÉTODO de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a câmara de revestimento compreende uma pluralidade de fontes de revestimento que são sequencialmente e periodicamente conectadas em intervalos de tempo sobrepostos a um gerador de energia DC tendo uma potência de saída, de tal maneira que densidades intermitentes de corrente de mais de 0,2 A/cm2 ocorram periodicamente sobre as superfícies dos alvos.

7. MÉTODO de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a fonte de revestimento consiste de uma fonte de evaporação por arco elétrico.

8. MÉTODO de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que para a nitretação, uma mistura gasosa compreendendo os elementos nitrogênio, argônio e hidrogênio é introduzida na câmara.