DE2012076A1

DE2012076A1 - Verfahren bzw. Einrichtung zur Beschichtung eines Trägerkörpers durch Aufdampfen unter Vakuum

Info

Publication number: DE2012076A1
Application number: DE19702012076
Authority: DE
Inventors: Sol Sidney Newington; BaIa Mitchell Joseph Hazardville; Krutenat Richard Carroll Middletown; Grafwallner· Johannes South Glastonbury; Conn. Blecherman (.St.A.). P C23f 1-00
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1969-03-13
Filing date: 1970-03-13
Publication date: 1970-10-01
Also published as: FR2038884A5; AU1114770A

Description

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PATENTANWÄLTE i»R,-PH!L. G. NtCKEL-DR₁-ING. Ji DOjRNER

β MÖNCHEN 15 lANDWEHRSTR, 35 · POSTFACH 104

TEL. (08111 SS 5719

14 ,-Pa^, Io . _: _ . - - München, den 12.Mrζ 19To

United Aircraft Corporation, East Hartford, Vereinigte Staaten γόη Amerika

Verfahren bzw» Hinrichtung zur Beschichtung e'ines: Trägerkörpers durch Aufdampfen unter Vakuum,

Die Erfindung betrifft die Beschichtung eines Trage.rkörpers und insbesondere ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Einrichtung zum Vakuum-Aufdampfen einer Schicht auf einen Trägerkörper. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist das Vakuum-Aufdampfen von Metallen in einer Einrichtung, welche mit einer.Elektronenkanone ausgerüstet ist.

Vakuum-Bedampfungsverfahren zur Herstellung von Schichten sind in der Technik bekannt. Bei einem besonders zweekmässigen Verfahren dieser Art erfolgt die Aufheizung eines aufzudampfenden Metalles unter Vakuum vermittels eines Elektronenstrahles, wobei der Metallvorrat mit bestimmtem Abstand unterhalb des zu beschichtenden Erägerkörpers oder Substrates;.angeordnet ist. Das Erfordernis eines Abstandes zwischen dem Quellenmaterial und dem !Ürägörkörper ist zwingend und ergibt sich zumindest teilweise daraus, daß Spritzer oder explosionsartig verlaufende Ver-

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dampfungsvorgänge vorn Schmelzbad ausgehen. Zwar ist der Abstand veränderlich und hängt von der Art des zu verdampfenden Werkstoffes und ausserdem von den Ve.rfahrensparametern ab, doch bleibt als bedeutsam festzustellen, daß jedenfalls ein beträchtlicher Abstand zwischen dem Quellenmateriai und.dem Trägerkörper vorzusehen ist. Die Wirksamkeit eines Vakuum-Aufdampfverfahrens kann also mit der Wirksamkeit in Beziehung gesetzt werden, mit welcher Dampfatome über den genannten, er-

forderlichen Abstand zwischen dem Quellenmaterial und dem Trägerkörper hinweg transportiert werden können.

Bekanntermaßen ging diese Wanderung der Atome bisher im wesentlichen zufällig oder statistisch vor sich, d.h. man verließ sich auf die natürliche, ursprüngliche Emi«£.onsenergiö der Dampfatome, durch welche diese zum Trägerkörper gebracht wurden. Unglücklicherweise werden die bei der Verdampfung freiwerdenden Atome in einer spektralen, statistischen Verteilung emittiert. Sie treten unter allen möglichen Winkeln aus der Schmelzbadoberfläche aus und da sie im wesentlichen geradlinig oder sozusagen auf der Sichtlinie wandern, bilden sie eine divergierende Dampfwolke, von welcher nur ein geringer Teil bzw. sehr wenige Atome auf den Trägerkörper treffen. Em ist festzustellen, daß der Wirkungsgrad der Beschichtung bei bisher bekannten Systemen ausserordentlioh niedrig liegt und es wurden praktisch auch sohon unter Annahme eines kominusförmigen Verteilungsgesetztes mehrere Anwendungsfälle durchgerechnet, wobei sich Werte nicht wesentlich über etwa 1 $ ergaben.

Noch wichtiger erscheint eint Verbesserung dt« Wirkung«- * grades und eine Verfeinerung des Verfahrens, wenn die Be-Schichtungsvorgänge mit Werkstoffen verhältnismäßig kompli-* zierter Zusammensetzung und verhältnismäßig .hohem Sohmele- * punkt ausgeführt werden sollen, beispielsweise also in Verbindung mit solchen Werkstoffen, wie sie zimmmen mit Spteiallegierungen auf Nickelbaei· und auf Kobaltbaii* verwendet werden,

üb ist bekannt, daß gebräuchliche Speziallegierungen auf

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Niekelbasis und auf Kobaltbasis an und für sich seib,st keine. ausreichende' Wider stöMskräft gegeii Erosion durch Oxydation aufweisen, um eine Betriebsdauer öder Lebensdauer vernünftiger Länge in bewegterι oxydierender Umgebung zu erreichen, wie >ie beim Betrieb beispielsweise-von {jästurbinenbetriebBwerken anzutreffen ist^ Man -ging daher dazu Über,; diese Speziällegierurigen für solche\iiiwendungsiall.β;' mit: eineia'Schützbelag zu -versehöiu ^! ; ' > ;^; "■·.-" . - ' -: ■■.■"-. _-' ■ ^?- ' ' "■

' — 2war^: zeigten!Aluminidbelage, wie sie beispielsweise in dent ü;» SV latent.-3V-1 ö2i.ö44 beschrieben sind, zufriedensteilen-' de Eigöriächäf ten, doch ist ¹Ws"bökaaiX^V daß solchö .^Öeläge^: auf Grrunö'dör ^Abhängigkeit 'ihrir ^JigenscEaÖen von dem jew^eils verwende ten -Srlgerktirpermat er^^ial oft nicht eine optimale Zusammensetzung besitzen,. -_-'"--■ ■ _' * "'■ ν '·■-■' "■-_".-■·. ^: .-

Bei vielsnV verbössarteh Belägen für weiterentwickelte Bauforraen von Strahltriebwerkeix sind die wesentlichsten Gesichtspunkte } daß eine Beschichtungslegieruhg hohen Schmelzpunktes abgelagert wird, wobei gleichzeitig oder nachfolgend ein© Reaktion mit dem !Prägerkörpermaterial erfolgt, um die gewünschte endgültige Zusammensetzung, likrostruktur und/oder das erforderliehe Haftungsvermpgen zu erzielen. Solche neuartigen BeschiDhtungslegiorungen machen im allgemeinen den Einsatz besonderer BesehiGhtungsteehniken erforderlich, xm auf der zu beschichtenden Oberfläche die gewünschten.Materialarten in den richtigen Mengen zu errsichen.

Es wurden bereits mehrere, geeignete Beschichtungslegierungen der zuvor erwähnten Art entwickelt und an anderer Stelle vorgeschlagen« Bins entsprechende Legierung wird im Folgenden als FeCrAlX-Besohiohtimgsiegierung bezeichnet· und iiat^: »ine' Ifennwert-ZuBasjiaeasetzuag von" 3o G-ewichtspro-

öhroai, 15 .Gröwlohtsps^sen-tan Aluminium, Θ,■ 5 öewichts- -Yttrium, Essij B

. "η * '. hew-. νΰ,Ί-l IiM t» oi Ό Sy-CmSiUiOaCJoIiSiS

Aluminium, 0,7 CröWieiiteprosentea Itt^itiBi^ East

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. ORIGINAL INSPECTED

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Die grundsätzlichen Schwierigkeiten bei der Ablagerung von BeSchichtungslegierungen der genannten Art stehen im •Zusammenhang mit ihrem hohen Schmelzpunkt und der Schwierigkeit, die geeigneten Mengen sämtlicher Legierungsbestandteile in dem aufgebrachten Belag zu erzielen. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden durch Einsatz des Vakuum-Aufdampfverfahrene erreicht, wie es beispielsweise in der U.S.Patentschrift 2.746.42ο angegeben ist. Verfahren solcher Art, welche in der Vergangenheit in erster Linie auf Beschiehtungswerkstoffe von niedrigem Schmelzpunkt und von verhältnismäßig einfacher Zusammensetzung angewendet wurden, haben nach gegenwärtigen Erkenntnissen die Eigenschaft, daß sie außerordentlich empfindlich gegenüber Veränderungen der Verf^hrensparameter sind und daß aus diesem Grunde die ReprocLujsierbarkait der Ergebnisse sowie auch die Verfahrenskosten immense Schwierigkeiten bereiten.

Die oben dargelegten Schwierigkeiten lassen die entstehenden Nachteile besonders dann deutlich erkennen, wenn in Betracht gezogen wird, daß nicht nur die Betriebskosten durch die großen Mengen von BeschichtungsmateriaL in die Höhe getrieben werden, welches zur Erzielung verhältnismässig geringer Schichtdicken auf dem Trägerkörper erforderlich ist, sondern daß zusätzliche Schwierigkeiten im Zusammenhang mit dem Beschlagen oder mit der Abschirmung verschiedener Bauteile innerhalb der Vakuumkammer entstehen, welche dort benötigt werden. Es ist daher festzutsellen, daß bekannte Anlagen bzw. bekannte Verfahren nicht zufriedenstellend arbeiten und im Hinblick auf die Vorteile der Erfindung keine zufriedenstellenden Ergebnisse erbringen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, den Wirkungsgrad eines Beschichtungsverfahrens bzw. einer Beschichtungsanlage zu erhöhen und die Herstellungskosten für eine in dieser Weise gebildete Beschichtung herabzusetzen.

Ausgehend von einem Verfahren zur Beschichtung eines

durch.
Trägerkörpers/auidampfen unter Vakuum, insbesondere zur Her-

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Stellung von Schutzbelägen, auf metallischen Trägerkö.rper£' .wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Dampfwolke dee Beschiehtungsmaterials, welches sich von einem Ma-' terialvorrat, insbesondere' einem Schmelzbad des betreffenden Materials, auf den betreffenden Trägerkörper hin bewegt* nahe diesem durch thermische Reflexion unter kleinem Winkel ,- »miifcierter Atome verdichtet wird* ■

Allgemein betrifft also die Erfindung' ein Aufdampfverfahren und Aufdampfanlagen zur Beschichtung eines Trägerkörpers mit einem Metall, welches unter Vakuum durch Beschießung mit Elektronen hoher Energie aufgeheizt wird, wobei im wesentlichen in der Nähe des Metallvorrates sowie des Trägerkörpers Mittel zur Steuerung und Verdichtung der Dampfwolke in der Nähe des Trägerkörpers angeordnet sind.

Insbesondere ist innerhalb der Vakuumkammer nach einem Merkmal der Erfindung eine Reflexionseinrichtung angeordnet, welche auf dem Wege streuender Dampfatome liegt und diese in Richtung auf den Trägerkörper reflektiert, ohne daß die ursprüngliche kinetische Energie dieser Atome merklich verringert wird.

Während der Untersuchungen an Vakuum-Aufdampfverfahren hat es sich gezeigt, daß dadurch der Wirkungsgrad der Beschichtung bei einem Verfahren besonders günstig beeinflusst werden kann, daß der Transport der Atome innerhalb einer Dampfwolke derart gesteuert wird, daß die Atome in der Nähe des Trägerkörpers verdichtet werden. Erfindungsgemäß kann dies durch Reflektieren der von dem Materialvorrat aus unter geringem Winkel streuend emittierten Atome zu einer Dampfwolke erfolgen, die unter verhältnismässig großem,Winkel aus der Oberfläche des Materialvorrates hervorgeht und auf den Trägerkörper gerichtet ist.

Zur Reflexion eines Dampfatomes ist es aber notwendig,

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ORlGiNALlNSPECTED

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betreffend· Atom abzufangen, ohne daß seine kinetische Energie weeentlich absorbiert oder herabgesetzt wird. Wenn ein Dampfatom einen wesentlichen Betrag der kinetischen Energie beim Auftreffen verliert, eo setzt es eich auf der Auffangfläch· fest und möglicherweise tritt;, abhängig von der Art und den Zuftänden der einander gegenüberstehenden Werkstoffe ; eine Reaktion zwischen diesen auf. Wenn andererseits ein Dampfatom auf einen Werkstoff auftrifft, welcher die kinetische Energie dieses Atomes nicht herabsetzt, sondern vielmehr t}jate Beibehaltung oder sogar Wiederherstellung dieser kinetischen Energie ermöglicht, so fliegt das Atom nach dem Auftreffen ungeschwächt in eine neue Richtung.

Im Falle der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden,' daß eine einfaches Ablenk- oder Reflexionsteil, welches aus Atomen hoher Masse besteht und auf genügend erhöhter Temperatür gehalten wird und ausserdem bei diesen Temperaturen niedrigen Dampfdruck besitzt, in ausgezeichneter Weise auftreffende Dampfatome ablenken oder reflektieren kann, ohne daß die kinetische Energie diöser Atome merklich herabgesetzt wird. Die Atome der Reflektoreinrichtung müssen genügend große Masse besitzen und auf genügend erhöhter Temperatur mit Bezug auf die auftreffenden Atome der Dampfwolke gehalten werden, daß das Energieniveau und das Temperaturniveau der letztgenannten Atome beibehalten wird. Es ist festzustellen, daß ein Dampfatom, welches auf ein bedeutend größere Masse

™ aufweisendes Atom der Ablenk- oder Reflektoreinrichtung auftrifft, letzteres Atom nicht merklich aus seiner Lage verschieben kann. Vielmehr wird bei dem Stoß die gesamte Energie des auftreffenden Atomea im wesentlichen wiedergewonnen und es kommt zu einer neuerlichen Emission durch den elastischen Stoß. Selbstverständlich tritt auf Grund von Reibungskräften und bestimmten elastischen Wechselwirkungen zwischen den beiden Stoffen ein endlicher Verlust an Energie auf, doch ist dieser Verlust nicht von ausschlaggebender Bedeutung. Bei den durchgeführten Untersuchungen hat es sich gezeigt, \ daß die Temperatur der Heflektoratome, welche zur Aufrechterhaltung oder Wiedergewinnung der thermischen Energie der

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auftreffenden Dampfatome erforderlich, ist, um so niedriger sein kann, je größer der Unterschied in den Massen der auftreffenden Atome einerseits und dei?'Reflektoratome andererseits ist»

Be¹I einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann beispielsweise innerhalb einer unter Hochvakuum stehenden Kammer ein Trägerkörper' unmittelbar oberhalb eines Barrens aus einer Metallegierung angeordnet sein, weich letzterer mittels einer Elektronenkanone zur Verdampfung gebrächt ^:wird. Eine Reflektorplatte aus "hitzebeständigem Metall ist ringförmig zwischen der Dampfquelle und dem ^Trägerkörper angeordnet, so daß die Reflektorfläche als Ring zwischen.. den einander, zugekehrten . ,

;.,.·■ .-.;-._■- --.»... . . una»esTi-agerkprpe^s andererseits

Flächen des' Beschichte : - ;.

und einiia-Ke^elber^

gegenüber der !'lache' des Bekchi'chtüngsmatsrials-bildet;' Der Reflektor wird gleichförmig auf eine bestimmte erhöhte Temperatur erhitzt und ist so angeordnet, daß er unter geringem Winkel austretende, streuende Dämpfatome auffangt und so reflektiert, daß die entstehende" Dampfwolke in der Nähe des T-rägerkörpers verdichtet wird. Eb lässt sich errechnen, daß mit der Erfindung der praktische Wirkungsgrad bei der Beschichtung bis auf das Zehnfache des Wirkungsgrades erhöht werden kann» welcher sieh bei dem rein statistischen Transport der Atome maximal erzielen lässt.

Im Folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert, in welcher sohematisch in teilweiser Schnittdarstellung eine Vakuum-Aufdampfanlage nach der Erfindung gezeigt ist.

Das in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel enthält oi eine Vakuumkammer 1o mit einem Auslaßanschluß 12, der zu einer Hochvakuumpumpe, vorzugsweise einer Diffusionspumpe, führt,-mittels welcher die Vakuumkammer rasch und dauerhaft, evakuiert werden kann. Innerhalb der Vakuumkammer befindet sich eine Elektronenkanone 16, mittels welcher ein Strahlenbündel . geladener Teilchen erzeugt wird, das auf einen Barren 1tf eines Metallvorrates auftrifft und das Metall verdampft.

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Der Fachmann erkennt ohne weiteres, daß das Elektronenstrahlbündel mittels geeigneter magnetischer Ablenk-Polschuhe 2o auf die Stirnseite des Barrens geführt wird. Selbstverständlich ist die Anordnung der Elektronenkanone innerhalb der Vakuumkammer von der jeweils gewählten Konstruktion abhängig. Zufriedenstellende Ablagerungsgeschwindigkeiten lassen sich mit einer 3o kW-Elektronenkanone bei einem Durchmesser des Einsatzmaterials von 5o,ö mm erzielen, wobei als Beschichtungsmaterial eine FeCrAlY-Legierung verwendet wird und die Tiefe des Schmelzbades im allgemeinen zwischen 6,4 mm und 12,7 mm liegt.

Der Barren 1$ ist senkrecht beweglich und mit seinem oberen Ende verschieblich durch einen ringförmigen, wassergekühlten Tiegel 22 geführt. Normalerweise wird der Barren kontinuierlich durch eine in der Wandung der Vakuumkammer vorgesehene, hitzebeständige Vakuumdichtung 24 hindurch in den Tiegel hinein nach aufwärts gefördert, was mittels eines bezüglich seiner Antriebsgeschwindigkeit geregelten Spannfutters 26 erreicht wird, damit eine konstante Höhe des Schmelzbades eingehalten wird.

Es ist wichtig, daß der Flüssigkeitsstand des Schmalzbades konstant gehalten wird, nicht nur, weil der Wirkungsgrad der Beschichtung, die Zusammensetzung und die Gleichförmigkeit des erzeugten Belages sehr stark von Änderungen der Höhe des Schmelzbades abhängig sind, sondern aucn deswegen weil dann der fokussierte Elektronenstrahl ausschliesslich in der gewünschten Weise auf der Überfläche des Schmelzbades auftrifft.

Der zu beschichtende Trägerkörper ist innerhalb der Vakuumkammer Io unmittelbar oberhalb des Barrens 1<3 angeordnet und in der Zeichnung in Forin einer Platte 2ό dargestellt. Da die Beschichtung grundsätzlich gleichsam im Sichtbereich erfolgt, ist das Werkstück charakteristischerwoise so frehultert, daß es um seine Längsachse rotiert, wobei eine nicht dargestellte Durchführung durch die Wandung

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der Vakuumkammer vom Werkstück zu einem äusseren Antriebssystem führt. Selbstverständlich können gleichzeitig mehr als ein Werkstück beschichtet werden. Damit in einem solchen Falle eine Ungleichför/ßigkeit der Beschichtung von Werkstück zu Werkstück weitgehend eingeschränkt wird, ist jedes Werkstück normalerweise in einer Ebene gleicher Dampfdichte oder nach einer Faustregel längs eines, Bogens angeordnet, der eine Zone konstanter Dampfkonzentration definiert, wobei diejenigen Werkstücke, welche einem durch den Mittelpunkt des Schmälzbades gehenden Lot am nächsten liegen, etwas weiter von der Schmelzbadoberfläche entfernt sind als die im Winkel zu dem genannten Lot gelegenen Werkstücke. Gleichgültig, ob die Beschichtung eines einzelnen Werkstückes oder einer Mer^izahl von Werkstücken erfolgt, ist jedenfalls jeder Trägerkörper so nahe wie möglich zu der Oberfläche des Schmelzbades hin gerückt, damit eine große Wirksamkeit des Beschichtungsvorganges erzielt wird, doch muß ein ausreichend großer Abstand eingehalten werden, um eine Verunreinigung des Belages durch Spritzer aus dem Schmelzbad zu vermeiden. Die Höhenanordnung, des Trägerkörpers schwankt vom System zu System, doch führt eine mittlere Höhe von etwa 25,4 cm zu guten Ergebnissen, wenn ein Schmelzbaddur/ehmesser von 25,4 mm, eine Ablagerungsgeschwindigkeit von etwa 7,62 uc je Minute und als Beschichtungsmaterial eine FeCrAlY-Legierung verwendet werden.

Zwischen dem Trägerkörper und der Dampfquelle ist nun erfindungsgemäß eine kontinuierliche Reflektorfläche angeordnet, welche die Gestalt eines Kegelstumpfmantels hat und im wesentlichen koaxial zur lotrechten Verbindungslinie der Mittelpunkte des Schmelzbades einerseits und des Trägerkörpers andererseits angeordnet ist. Es sei bemerkt, daß der Reflektor nicht unbedingt ein einziges durchgehendes Band sein muß, sondern anstelle dieser Formgebung auch in eine größere Zahl einzelner Segmente aufgeteilt werden kann. Die Querschnittsgestalt der Auffangfläche des Reflektors ist nicht an eine absolut feste Form gebunden und kann

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tatsächlich mehr gekrümmt als, wie dargestellt, gerade ausgebildet sein.

Die Dampfwolke kann nun so gesteuert oder fokussiert werden, daß sich eine gewünschte, im wesentlichen kegelförmige Gestalt ergibt, welche in der Zeichnung durch die Bezugszahl 34 angedeutet ist, indem der obere Hand der Ablenkeinrichtung unmittelbar ausserhalb des gedachten Kegels 34 angeordnet wird, wobei der Basiswinkel β der Heflektoreinrichtung 3o groß genug gewählt ist, daß ihre Innenfläche dem Schmelzbad zugekehrt wird und diejenigen Atome des Schmelzbades auffängt, welche unter geringem Winkel innerhalb des Kegelraumes emittiert werden, welcher in der Zeichnung mit 36 bezeichnet ist. Die unter geringem Winkel austretenden Atome der Dampfwolke werden auf diese Weise in den zuvor erwähnten Kegel 34 zurückgelenkt. Im wesentlichen wirkt der thermische Heflektor im oinne einer Verminderung der Streuung der Dampfwolke und vermindert dadurch den Materialverlust, welcher auf einer Abdampfung von der Schmelze unter geringem Winkel beruht. i'ür die oben angegebenen Beschichtungsmetalle haben sich Heflektoren als geeignet erwiesen, die aus Atomen hoher Masse, wie beispielsweise Tantallegierung oder Wolfram, bestehen. JSs sei bemerkt, daß unlegiertes Tantal keine ausreichende Festigkeit besitzt, um bei den hier in Betracht kommenden hohen Betriebstemperaturen die gewünschte Form beizubehalten, vorzugsweise wird eine Ta-1oW-Legierung verwendet. Der thermische Heflektor wird durch eine geeignete Heizeinrichtung, beispielsweise durch die dargestellten Hilfs-Elektronenkanonen, gleichförmig auf die Betriebstemperatur erhitzt. Die bevorzugte Betriebstemperatur ergibt sich aus dem Schmelzpunkt des Vorrates an Beschichtungsmaterial und der Heflektor wird vorteilhafterweise auf derselben Temperatur oder auf etwas geringerer Temperatur gehalten, als sie das Schmalzbad aufweist. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß die erhitzte Ablenkeinrichtung oder der Keflektor 3o in erster Linie im Sinne einer Wiederherstellung oder Aufrechterhaltung

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der "tile rmi s c lie η Energie der auftreffenden Atome auf ihrem Energieniveau vor dem Auftreffen wirksam ist* Es ist zwar möglich, eine Überhitzung vorzunehmen oder das thermische Energieniveau der auftreffenden Atome zn erhöhen, doch ist es weder notwendig, noch zweekmässig.

Die Wirkungsweise der Erfindung tafiäjg-j anhand der folgenden Beispiele einer erfindungsgemässen Einrichtung und der Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens verdeutlicht.

Beispiel 1. .

In einer Kammer von T2o cm Nenngröße ist ein wassergekühlter Kupfertiegel untergebracht, dessen Innendurchmesser 5o,Ö mm beträgt. Ein Barren aus einer CoCrAlY-Legierung wird mittels einer 3o kW-Elektronenkanone auf 1607° C erhitzt, während die Kammer auf einem Vakuum von.10 "^ Torr gehalten wird. Oberhalb des Schmelzbades ist. ein Paar von Trägerkörpern aus einer Legierung auf Nickelbasis annähernd in einem Abstand von 24,5 cm vom Schmelzbad gehaltert und auf eine Temperatur von 9^2° C vorgewärmt. Ein Kegelstödtpfmantelförmiger Reflektor mit einer Weite von 1o,16 cm und einem mittleren Umfang von 76,2 cm ist aus einer Ta-IoW-Legierung gefertigt und wird mittels ElektronenKanonen einer Leistung von 1o kW gleichförmig auf eine Temperatur von 1637° C erhitzt. Der Reflektor ist zwischen dem Quellenmaterial und den Trägerkörpern in einer mittleren Höhe von etwa 15,24 cm oberhalb des .Schmelzbades· angeordnet. Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen errechnet sich eine Ablagerungsgeschwindigkeit von etwa 11,4 fS*** /min, wobei der Wirkungsgrad der Einsammlung an Beschichtungsmaterial auf dem Trägerkörper zu etwa 12,0 fo anzusetzen ist.

Beispiel 2

Unter Verwendung' der gleichen Bauteile und der gleichen Versuchsbedingungen wie vorstehend angegeben, wurde ein Barren aus einer I''eCrAlY-Legierung auf eine Temperatur von -

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1593 C erhitzt, wobei sich eine Ablagerungsgeschwindigkeit von. 22,06 A^ /min., und ein Wirkungsgrad der Materialansammlung bei der Beschichtung von 13,0 <■/» ergeben.

Es versteht sich, daß Änderungen der Größe und der Anordnung der Reflektoreinrichtung sowie Änderungen anderer Verfahrensparameter und auch eine andere Wahl der 'Werkstoffe zu entsprechenden Änderungen hinsichtlich der erhöhten Ablagerungsgeschwindigkeit und des erhöhten Wirkungsgrades führen.

Jedenfalls aber bewirkt die Verdichtung der Dampfwolke durch die Reflektoreinrichtung, wie sie durch die Erfindung ψ vorgeschlagen wird, daß die Schwierigkeiten bisher bekannter Verfahren vermieden werden können und ein für den wirtschaftlichen Sinsatz geeignetes Beschichtungsverfahren geschaffen wird.

Selbstverständlich bietet sich dem Fachmann im Rahmen der Erfindung noch eine Vielzahl von Abwandlungsmöglichkeiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Beschichtung eines Trägerkörpers durch Aufdampfen unter Vakuum, insbesondere zur Herstellung von Schutzbelägen auf metallischen Trägerkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dampfwolke des Beschichtungsmaterials, welche sich von einem Materialvorrat, insbesondere einem . Schmelzbad des betreffenden Materials, auf den bwtreffenden Trägerkörper hin bewegt, nahe diesem durch thermisches Reflektieren unter kleinem Winkel emittierter Atome verdichtet wird.

" 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfwolke von einem Metallvorrat ausgeht, auf welchen ein Elektronenstrahl gerichtet wird, so daß die betreffenden Atome unter statistischer Winkel- und spektraler Energieverteilung emittiert werden und eine ßmissionswolke bilden und daß die unter kleinem Winkel gegenüber der emittierenden Metallfläche austretenden Atome die genannte thermische Reflexion erfahren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand zwischen dem Materialvorrat bzw. der Metallschmelze und dem Trägerkörper rundum von allen Seiten her eine thermische Reflexion vermittels eines rundum verlaufenden, auf erhöhter Temperatur gehaltenen Reflektors höherer Masse vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reflektor aus einer Tantallegierung verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor im wesentlichen auf, jedoch nicht über die Temperatur des emittierenden Materialworratee bzw, Schmelzbades erhitzt wird.

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6. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer evakuierbaren Vakuumkammer (1o) auf der Strecke zwischen einem mittels einer Heizeinrichtung (16) verdampfbaren Materialvorrates (1ö/ und eineai zu bedampfenden Trägerkörper (2b) rundumlaufend eine thermische Reflektoreinrichtung (3o,32) vorgesehen ist, mittels welcher die unter geringem Winkel aus dem Metallvorrat austretenden Dampfatome ohne Verlust ihrer kinetischen Energie in Richtung auf den Trägerkörper zurücklenkbar sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoreinrichtung (3o,32) mindestens eine

ψ Reflektorfläche oder -platte (3o) enthält, die aus einem Werkstoff besteht, welcher gegenüber den Dampfatomen Atome bedeutend grösserer Masse aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorplatte oder -fläche (3o) aus einer Tantallegierung gefertigt ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis Ö, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Heizeinrichtung (32) vorgesehen ist, mittels welcher die Reflektoreinrichtung im wesentlichen auf, jedoch nicht über die Temperatur des zur Verdampfung gelangenden Schmelzenmetalles erhitzbar ist.

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