DE2902142A1

DE2902142A1 - Vorrichtung zum auftragen von ueberzuegen im vakuum

Info

Publication number: DE2902142A1
Application number: DE19792902142
Authority: DE
Inventors: Andrej M Dorodnov; Aleksandr I Grigorov; Aleksandr F Isakov; Aleksandr T Kalinin; Michail D Kiseljov; Jurij A Perekatov; Aleksandr F Rogosin; Boris I Taubkin
Original assignee: NII TEKH AVTOMOBIL PROMY
Current assignee: NII TEKH AVTOMOBIL PROMY
Priority date: 1978-01-31
Filing date: 1979-01-19
Publication date: 1979-08-16
Also published as: IT1101076B; JPS5651228B2; DE2902142C2; SE431473B; JPS54110988A; FR2416273B1; IT7831436A0; SE7813467L; FR2416273A1

Description

PATENTANWÄLTE
ZELLENTIN

ZWEIBRÜCKENSTR. 15
8OOO MÜNCHEN 2

Nautschno-Issledowatelskij Institut _ „

Technologii Awtomobilnoj

Promyschlennosti NIITAViTOPROM 19. Januar 1979

Moskau/UdSSR, Oserkowskaja Nab. 22/24 RZ/hb

VORRICHTUIiG ZUM AUSTRAGEN VON ÜBER ZÜGEN IM VAKUUM

Lie vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Auftragen von Überzügen im Vakuum.

Besonders erfolgreich kann die vorliegende Erfindung beim Auftragen von verschleißfesten Überzügen mit komplizierter Zusammensetzung im Vakuum auf in Massenfertigung hergestellte

Teile verwendet werden, die im Betrieb eine hohe Verschleißfestigkeit erfordern; insbesondere wird die vorliegende Erfindung zum Auftragen von verschleißfesten Überzügen auf Wer kze uge /aus Schnellstahl und Hartmet allen^für die Met allbe arbeitur.g)' sowie auf Maschinenteile,- die Reibung und Verschleiß ausgesetzt sind , verwendet.

Zur Zeit sind verschiedene Typen ^von Vor richtungen bekannt, mit deren Hilfe Überzüge im Vakuum aufgetragen werden können.

Vor allem sind Vorrichtungen zum Auftragen

von

Vakuum nach dem Verdampfungsverfahren bekannt, in denen die Verdampfung des Werkstoffes für die Herstellung des Überzuges

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in einem Tiegel entweder durch Widerstands- oder Induktionserhitzung oder mittels einer Elektronenstrahlen- oder Laser—

erwärmung (bei der Behandlung von hochschmelzendsn Werkstoffen oder von Werkstoffen mit komplizierter Zusammensetzung; durchgeführt wird.· Die Werkstoff dämpfe setzen sich an einem Träger ab und bilden einen überzug. Die Wachstumsgesehwindlgkeit des Überzuges ist in diesen Vorrichtungen ausreichend hoch.

Der Grad der Ionisation des zu verdampfenden Werkstoffes und die Energie der aufzutragenden Teilchen sind ohna Anwendung von zusätzlichen Mitteln äußerst gering^was die Adhäsionseigenschaften der herzustellenden Schichtenüberzüge negativ beeinflußt. Daher können die Vorrichtungen zum Auftragen von Überzügen im Vakuum nur beschränkt zum Auftragen von Schutzüberzügen von hoher Qualität auf Teile verwendet werden, die unter extremen Bedingungen, z.B. unter den Bedingungen eines intensiven Verschleisses eingesetzt werden.

Bs sind auch Vorrichtungen zum Katodenzerstäuben bekannt die nach dein Prinzip der Zerstäubung der Atome

des Uberzugs/materials von. einer Treffplatte arbeiter^ die mit Plasmaionen einer elektrischen Hilfsentladung bombardiert wird, welche in der Atmosphäre eines iner-

/s ich
ten Gases brennt, wobei/anschließend die zerstäubten Teilchen

an der Oberfläche des Trägers absetzen. Die Vorrichtung zum Katodenzerstäuben gestattet es, einen höheren Grad der Ionisation des zu zerstäubenden Werkstoffes zu erhalten und eine bedeutend größere Energie der Teilchen zu erzielen. Die Qualität der in den Vorrichtungen dieses Typs

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hergestellten Überzüge ist ausreichend hoch ·» während die Ge- · schwindigkeit des Wachstums des Überzuges beim Auftragen.

verschleißfester. Überzügen zu niedrig ist und den Anforderungen einer Massenfertigung nicht entspricht.

Aus diesen Gründen kann weder der erste noch der zweite Typ der bekannten Vorrichtungen mit Erfolg in der Massenf ertigungsindustrie für das Auftragen verschleißfester Überzüge mit komplizierter Zusammensetzung, wie\" Nitride _? Karbide, Oxride 5 SuIf id β und andere Verbindungen von Metallen beispielsweise von Titan, Molybdän, Chrom, Aluminium usw. verwendet werden.

In der letzten Zeit sind Vorrichtungen zum Auftragen von Uberzügenim Vakuum mittels Quellen beschleunigter Ionen bekannt geworden, deren Betriebsweise auf der Erzeugung von Plasma des Überzugswerkstoffes unter den Bedingungen einer Starkstrom- Niederspannungslichtbogenentladung bei elektromagnetischer Beschleunigung von Plasma in Richtung des Trägers beruht. Die Vorrichtungen von diesem Typ gestatten es,<Cin einem weiten Bereich)die Hauptparameter, die den Prozeß des Auftragens des Überzuges im Vakuum charakterisieren, und zwar die Dichte des Ionenstromes und die Teilchen-ergieVzu regeln. Die Qualität der in diesen Vorrichtungen hergestellten Überzüge ist höher als die Qualität der Überzüge, die im Vakuumverdampfungsverfahren hergestellt werden, wobei die Geschwindigkeit des Wachstums der Überzugsschicht bedeutend höher ist, als i-n den Vorrichtung^* zum Auftragen von Überzügennach dem Katodenzer st äub ungsv erfahren.

Es ist eine Vorrichtung (S. z.B. I.G. Blincw, A.M. Dorodnow

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und and. "Berichte über Elektronente chalk", M.,"Elektronika", I974, Folge 8 (269), Seita 40) zum Auftragen von Überzügen im Vakuum mittels einer Quelle beschleunigte/r Ionen bekannt,

die_; in einer Vakuumkammer angeordnet, sine Quelle beschleunigter Ionen mit koaxialen Elektroden(eine aus dem Überzugswerkstoff hergestellten Katode und eine Anode), ein mittel zur Erregung zwischen diesen7einer Starkstrom-Lichtbcgenantladung^ und eine koaxial zu den Elektroden angeordnete elektromagnetische Spule, einen plattenförmigen Trägerhalter, dar unter einem negativen Potential liegt, sowie ein Mittel sum Zuführen eines reaktiven Gases in die Vakuumkammer enthält.

Bei dieser bekannten Vorrichtung wird das reaktive Gas in die Vakuumkammer in einem nichtxloniserten Zustand eingeführt, wo es sich mit dem Plasmastrom des Überzugswerkstoffes vermischt und den Grad der Ionisation des Plasma-s verringert.

Ein niedriger Grad der Ionisation des Plasmasge statt et es nicht, die plasmachemische Reaktion beim Auf tragen von Überzüge^ mit kompliziertem Zusammensetzung ausreichend wirksam

durchaufuhren. Es ist allgemein bekannt, daß die Wirksamkeit einer plasmachemischen Reaktion (Geschwindigkeit und Vollständigkeit im Arbeitsvolumsn und an der Kondensierungsoberflache) von der potentiellen Energie der Teilchen abhängig ist, die sich an der Reaktion beteiligen. Je höher der Grad der Erregung der auf die Oberfläche des Trägers aufzutragenden Teilchen ist, desto höher sind Geschwindigkeit und Vollständigkeit das Verlaufes einer

plasmachemischen Reaktion. Von der Vollständigkeit des Verlaufes einer plasmachemischen. Reaktion ist die Qualität des Überzuges, insbesondere dessen Adhäsionseigenschaften und Stxokturkennziffern abhängig. Von der Geschwindigkeit des Verlaufes der plasma-

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chemischen Reaktion ist die Geschwindigkeit das Wachstums der Schicht abhängig, die auf die Trägeroberfläche aufgetragen wird. Somit sind die Geschwindigkeit 3es Auftragens

des Überzuges wie auch die Qualität der hergestellten überzüge vom Grad der Ionisation der Piasamteilchen beim Auftragen dieser auf die Trägeroberfläche direkt abhängig.

Die praktischen Erfahrungen bei der Anwendung der bekannten Vorrichtung zum Auftragen verschleißfester Schicfrt-renüberzüge haben ergeben, daß bei der bestehenden Konstruktion dieser Vorrichtung der erforderliche hohe Grad der Ionisation nicht erreicht werden kann; aus diesem Grunde ist es nicht möglich, optimale Geschwindigkeiten des Auftragens sowie die erforderliche Qualität des Überzuges zu erreichen.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten Nachteile.

Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, die Vorrichtung zum Auftragen von Überzügen im Vakuum mittels einer Quelle beschleunigte-r Ionen derart zu vervollkommnen, daß

die Erhöhung der Geschwindigkeit des Auftragens und die Verbesserung der Qualität der hergestellten Überzüge durch eine Erhöhung des Grades der Plasmaionisatlon im Arbaitsvolumen und an der Trägeroberfläche erhalten werden.

Die gestellte Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß in einer Vorrichtung zum Auftragen von Überzüge^im Vakuum, die ^{eine in der} Vakuumkammer koaxial angeordnete Quelle beschleunigter

Ionen des Überzugsmäterials^ einen unter einem negativen Potential liegenden Trägerhalter und ein Mittel zum Zuführen eines reaktiven Gases enthält, erfindungsgemäß der Träger-

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halter in Form eines Hohlkörpers ausgeführt ist, der eine offene, der Quelle der beschleunigten Ionen zugewandte Stirnfläche aufweist, sowie an seiner Innenfläche mit dieser elektrisch verbundene Träger besitzt.

Auf diese Weise wird durch den Trägerhalter zusammen mit den Trägern eine Baugruppe gebildet, die beim Betrieb der Vorrichtung den Effekt einer Hohlkatode erzeugt. Dia in den Raum, des Trägerhalters eindringenden Elektronen prallen von den '"änden des Trägerhalters ab, <3ie unter einem negativen Potential liegen, und oszillieren auf diese V/eise in diesem Volumen. Die Länge des freien Fluges der Elektronen vergrößert sich bedeutend, und folglich erhöht sich deren Ionisationfähigkeit. Dadurch erhöht sich der gesamte Grad der Ionisation des Plasmastromes*

Zwischen dem Trägerhalter und der Quelle der beschleunigten Ionen kann man vorzugsweise ein Mittel zum Zuführen eines reaktiven Gases anbringen, das in Form eines Kollektors ausgeführt ist und Bohrungen für die Zufuhr des reaktiven Gases unmittelbar in den Plasmastrom aufweist.

Beim Eindringen des reaktiven Gases in den Plasmastrom findet eine Ionisierung des reaktiven Gases infolge eines Zusammenstosses der Gasatome mit den mit hoher Energie geladenen Teilchen des Plasmastromes statt, wodurch die Reaktionsfähigkeit des Gases erhöht wird·

Die Seitenwand des Trägerhalters kann vorzugsweise derart hohl ausgeführt werden, daß sie einen Kollektorraum bildet und Bohrungen für die Zufuhr des reaktiven Gases ,in den. durch den Kollektorraum eingeschlossenen Abschnitt

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auf weist,wobei der Kollektorraum und die Bohrungen der Seitenwand des Trägerhalters ein Mittel zum Zuführen des re.aktiven Gases bilden.

Dabei wird durch die Übertragung des negativen Potentials VO/ΓΛ Trägerhalter auf den Kollektorraum eine Vor ionisierung des reaktiven G_ases bereits vor dem Eindringen desselben in den Plassiastrom, im Raum des Trägerhalters bewirkt, was seinerseits zu einer zusätzlichen Vergrößerung des Grades der Plasmaionisierung beiträgt.

Andere Zwecke und Vorteile der Erfindung werden anhand des nachstehenden Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen erläutert:

Es zeigen:

Fig. 1 - eine Blockschaltung der erfindungsgeiaäßen Vorrichtung zum Auftragen von Überzügen im Vakuum;

Fig. 2 - eine Prinzipschaltung der Vorrichtung zum Auftragen von Überzügenim Vakuum;

Fig. 3 - ein Ausführungsbeispiel des Trägerhalters.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungs^emäße Vorrichtung zum Auftragen von Überzügen im Vakuum enthält eine Ka^ner 1, die durch eine Kappe begrenzt ist (Fig. 1,2), welche auf einer Lagerplatte 3 mittels einer Gummizwischenlage 4 (Fig.2) hermetisch angeordnet ist·

Die Lagerplatte 3 besitzt Bohrungen 5 zua Evakuieren des Arbeitsvolumens der Kammer 1 mittels eines Systems von Vakuum« pumpen.

Das System der Pumpen kann z.B. eine Pumpe zum Vorevakuieren und eine Öldiffusionapumpe zum · vollständigen Evakuieren

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~ 9 —

umfassen. An der Innenfläche der Lagerplatte 5 ist an einem Stift 6 eine Lagerung 7 montiert. Auf der Lager 1x2.3 7 ist mittels einer Gummizwischenlage 8 eine Katode 9 (Fig.l und 2) montiert, die aus dem Überzugawerkstoff ausgeführt ist und die Form einer Scheibe mit einer oberen Stirnfläche 10 aufweist, die beim Betrieb der Vorrichtung erodiert.

Die obere 3?läche der Lagerung 7 (S¹Ig · 2) ur.3 die untere Stirnfläche der Katode 9 schließen einen K_aun Ii ein, der mit eins ία Kühlsystem der Katode 9 le it ungs verbunden ist,

in dem eine Kühlflüssigkeit umläuft. Auf der Lagerplatte 3 ist koaxial zur Katode 9 mittels Einstellvorrichtungen z.B. von Schrauben 12 eine hohle Ring^anode 13 (Fig. 1,2) angeordnet, die die Form eines Kegelstumpfes hat,dessen kleinere Stirnfläche der Katode 9 zugewandt ist. Die Anode 13 kann entweder aus einem dem Überzug entsprechenden Werkstoff oder aus einem anderen elektrisch leitenden Material ausgeführt sein. Die Katode 9 ist beim Betrieb der Vorrichtung an dan negativen Pol und die Anode 13 an den positiven Pol einer Hisderspannungs stromquelle 14 der Lichtbogenentladung angeschlos-

Um die Seitenfläche der Katode 9 herum ist unter Belassen eines Spaltes ein elektrostatischer Schirm I5 angeordnet, der an der oberen Fläche der Lagerplatte 3 mittels elektrisch isolierender Scheiben 16 mit den Schrauben 12 befestigt wird» Der Schirm 15 soll ein "Weglaufen¹¹ der Katodenmikr of lecke auf die Seitenfläche ( unwirksame' Fläche) der Katode 9 verhindern.

An der oberen Fläohe der Lagerplatte 3- ist koaxial zur Katode 9 und Anode I3 eine elektromagnetische Spule 17 angeordnet, die beim Betrieb der Vorrichtung an eine strom-

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quelle 18 angeschlossen ist. Bei Erregung, d.h. Speisung der

elektromagnetischen Spule 1? wird im Zoischenelektrodenraum ein Magnetfeld erzeugt·

Die Vorrichtung enthält auch ein System für das zünden der Lichtbogenentladung zwischen der Katode 9 and der Anode 13. Dieses System enthält eine beweg Hch angeordnete Zündelektrode 19 (Fig. 1), die die Katode 9 berühren kann und über einen Begrenzungswiderstand 20 mit der Anode 13 verbunden 13t, die ihrerseits mit dem positiven Pol einer Nieäersparjiixngs — stromquelle 14 der Lichtbogenentladung verbunden ist.

Das genannte System des Zündens kann auch nach einem anderen Schema ausgeführt werden.

Das oben beschriebene koaxiale System, das die zu kühlende Katode 9t die Anode I3 und die elektromagnetische Spule 1? (Fig. 2) in Verbindung mit der Niederspannungs stromquelle 14

der Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden umfaßt » stellt eine Quelle beschleunigter Ionen des Überzugs materials dar.

In der Kammer 1 is^'der Quelle der beschleunigten Ionen ^gegsnüber/'und koaxial zu dieser ein Trägez-halter 21 (JB¹Ig, 1 und 2) angeordnet, der beim Betrieb der Vorrichtung an den negativen Pol einer Hochspannungs^stromquelle 22 angeschlossen wird. Der Trägerhalter 21 ist in Porm eines Hohlkörpers, z.B. in Porm eines Zylinders ausgeführt, dessen eine stirnfläche, und zwar die zur Quelle der beschleunigten Ionen nächst-Üegende offen ist und dessen rückwärtige Fläche geschlossen ist.

Beim Betrieb der Vorrichtung werden an der Innenfläche des Trägerhaltera 21 Träger 23 (Pig. 2) (z.B. Gewindebohrer, Bohrer,

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Bäumvverkzeuge usw.) angeordnet, die überzogen werden sollen.

In der Vakuumkammer 1 der Vorrichtung (Fig. 1 und 2) ist koaxial zur Quelle der beschleunigten Ionen und zum Trägerhalter 21 ein Kollektor 24 zum Zuführen eines reaktiven Gases angeordnet, der mit einer Gasquele leitungsverbunden ist (in Fig. nicht wiedergegeben). In den Wänden des Kollektors 24 sind Bohrungen 25 vorgesehen, durch welche das reaktive Gas unmittelbar in den Strom von Plasma zugeführt wird, das durch die Quelle der beschleunigten Ionen erzeugt wird.

In S¹Ig. J5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel für die Anordnung des Mittels zum Zuführen des reaktiven Gases dargestellt, bei dem besonders günstige Bedingungen für eine Erhöhung des Grades der Plasmaionisierung geschaffen werden» In diesem Fall ist das Mittel zum Zuführen des reaktiven Gases als ein Ganzes mit dem Trägerhalter 21' ausgeführt und stallt einen Kollektorraum 26 dar,der in X^and des Trägerhalters 21* koaxial zu diesem angeordnet ist. Der Kollektorraum 26 ist mit der Quelle des reaktiven G_ases (oder der Gase) (in Fig. nicht wiedergegeben) leitungsverbunden. Am Abschnitt der Seitenwand des Tragerhalters 21*, der durch den Kollektorraum 26 begrenzt . ist, sind Bohrungen 27 zum Zuführen der reaktiven G_ase unmittelbar zu den Trägern 23' vorgesehen. Man muß berücksichtigen, daß der Trägerhalter 21* und der als ein Ganzes mit diesem ausgeführte Kollektorraum 26 beim Betrieb der Vorrichtung an den negativen Pol der HochspannungSstromguelle 22 (Fig» 2) angeschlossen sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Auftragen von überzügenim Vakuum hat folgende Arbeitsweise. Die Kammer 1 (Fig.l

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und 2) wird bis zur Herstellung eines ausreichend/niedrigen Druxk-Kes z.B. ICT^ Torr evakuiert. Durch ein spezielles Ventil (in Fig. nicht wiedergegeben) wird in die Kammer 1 ein inertes oder reaktives Gas eingelassen, das ein Medium für das Brennen der Glimmentladung bildet. Der Druck in der Vakuumkammer 1 beträgt nach dem Einlassen des inerten Gases IO *~ Torr. Dia Glimmentladung zündet man _f indem man eine Spannung von etwa 1,5 kV zwischen der Quelle der beschleunigten Ionen und dem Trägerhalter 21 von der Hochspannungsstromquelle 22 anlegt. Die Ionen der Glimmentladung bombardieren die Oberfläche des Trägerhalters 21 mit den auf diesem angeordneten Trägern 23» indem, sie dadurch eine Ionenreinigung der Träger 2$ in der Glimmentladung bewirk-en . und diese für das Auftragen des Überzuges vorbereiten. Die Dauer der Ionenreinigung ist von dem Grad der Verunreinigung der Träger abhängig. Die Hochspannungsstroniquelle 22 besitzt einen Thyristorregler der Spannung, der an der Primärseite eines Hochspannungstransformat ors(in Fig. nicht wiedergegeben) angeordnet ist. Der Thyristorregler der Spannung verhindert gleichzeitig den Durchgang des Stromes, der den maximal zulässigen übersteigt, durch die Hochspannimgsstroinquelle 22.. Am Anfang des Prozesses der Ionenreinigung ist eine Tendenz zum "Verwandeln" der Glimmentladung in eine Lichtbogenentladung zu beobachten, die durch das Entstehen von Lichtbogenmikrofjfecken an den verunreinigten Stellen hervorgerufen wird. Der Thyristorregler der Spannung schaltet in diesem Fall den Entladungsstrom ab, und nach kurzer Zeit wird der Prozeß wieder

aufgenommen· Die Reinigung wird als beendet angesehen, wenn

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die Glimmentladung stabil über eine längere Zeitspanne brennt.

Nach der Vollendung des Reiniguagsprozesses wird die Zufuhr des inerten Gases in die Kammer 1 eingestellt und der Druck in der Kammer wird auf 10"^ Torr vermindert. Die hohe Spannung wird beseitigt, und dem Trägerhalter 21 wird ein negatives Potential zugeführt, das in Abhängigkeit von dem Überzugs-material in einem Bereich von 50 bis 200 V liegen kann.

Die Quelle der beschleunigten Ionen, die in Fig. 1 und 2 wiedergegeben ist, hat folgende Arbeitsweisen

Zwischen den Elektroden 9 und 13 wird die Potentialdifferenz der Niederspannungsstromquelle 1-4 der Lichtbogenentladung angelegt. Mittels einer Zündelektrode wird die Lichtbogenentladung zwischen der Katode 9 und der Anode 13 initiiert. Dabei findet eine Erosion der Stirnfläche der Kato-

die
de 9 an den Stellen statt wo sich-Katodenmikr of lecke des Vakuumlichtbogens befinden. Ein "Weglaufen" der Katodenmikroflecke auf die Seitenfläche (unwirksame Fläche) der Katode 9 wird mittels des elektrostatischen Schirmes 15 verhindert. Die Produkte der Erosion der Katode 9 werden mit hoher Energie aus den Mikroflecken in Form von sogenannten ICatodenstrahlen ausgestoßen, die eine Mikrotropfen-, eine Dampf- und eine ionisierte Phase enthalten. Beim Betrieb der Vorrichtung hat<eine große Bedeutung>die effektive Abkühlung

der Katode 9»/ um die Menge der Mikrotropfenphase im Plasmastrom zu vermindern. Zu diesem Zweck wird im Raum 11 zwischen der Kühlungslagerung 7 und der Katode 9 ein intensiver Umlauf der Kühlflüssigkeit durchgeführt,

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Durch. Einschaltung der elektromagnetischen Spule 17 wird auf den Strom des erzeugten Plasmas ein Außenmagnetfeld gelegt, dessen Kraftlinien derart ausgerichtet sind, daß sie sich mit den Kraftlinien des elektrischen Feldes der zueile ^der be schleunigten Ionen kreuzen. Unter der Einwirkung der sich kreuzenden

die elektrischen und magnetischen Felder führen Elektronen eine Azimutwanderung im Zwischenelektrodenraum aus. Dabei erhöht

ier der Elektron vergrößert sich

sich<bedeutend>die Lebensdauer der Elektronen und

vergrößert sich deren Ionisierungsfähigkeit ^was seinerseits zu einer Sr-

höhung des Grades der Plasmaionisierung, zu einer Vergrößerung

en

der Ioneri€rgie und zur Beschleunigung des Plasmas in . Richtung des Trägers 23 führt.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum

Auftragen von Überzug®? mit komplizierter Zusammensetzung

wird in die Vakuumkammer 1 (Fig. ) durch die Bohrungen 25 des Kollektors 24· ein reaktives Gas oder ein Gasgemisch (z.B. Stickstoff, Sauerstoff, Azetylen, Schwefelwasserstoff u.a.) zugeführt. Das reaktive Gas gelangt unmittelbar in den Plasmastrom, wobei du-rch einen Zusammenstoß der Gasatome mit den mit

hoher Energie geladenen Teilchen des Plasmastromes eine Ionisierung des reaktiven G_ases ' bewirkt wird , wodurch seine Reaktionsfähigkeit erhöht wird.

Der Plasmastrom und das reaktive Gas werden in den Raum des Trägerhalters 21 geführt , der in Form einer "Hohlkatode¹· mit allen Effekten die für diese charakteristisch sind, ausgeführt ist.

Die mit dem Plasmastrom in den Raum des Trägerhalters 21 zugeführten Elektronen prallen von den Wänden desselben ab, die unter negativem Potential liegen und sind gezwungen, innerhalb dieses Volumens zu oszillieren. Auf diese Weise vergrößert

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sioh^bedeutend/die Länge des freien Fluges der Elektronen und deren Ionisierungsfälligkeit erhöht sich. Dadurch, wird der gesamte Grad der Ionisierung des Plasmas sowohl im Volumen als auch an der Oberfläche des Trägers 23 erhöht.

Einen noch höheren Grad der Plasmaionisierung kann man bei Zuführung des reaktiven Gases durch die Öffnungen 27 des Kollektorraumes 26 in der Seitenwand des Trägerhalters 21' (Fig. 3) erreichen.

Aus dem Kollektorraum 26 wird durch die Bohrungen 2? das reaktive Gas in den Raum des Trägerhalters .21' unmittelbar zu den Trägern 23' zugeführt, zu welchen gleichzeitig der durch die Quelle der beschleunigten Ionen erzeugte Plasmastrom zugeleitet wird.

Das im Kollektorraum 26 befindliche reaktive Gas wird ebenfalls ionisiert durch den Verlauf der oben genannten Prozesse _r die für eine "Hohlkatode" charakteristisch sind.Auf diese Weise wird das reaktive Gas in den Plasmastrom in der Sähe der Träger 23' bereits im ionisierten Zustand zugeführt. .Dadurch wird es möglich, einen ausreichend hohen Grad der Plasmaionisierung zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet es, die Geschwindigkeit des Auftragens des Überzuges bedeutend zu erhöhen und die Qualität desselben, insbesondere seine Adhäsionseigeschaften und Strukturkennziffern zu verbessern. Bin wichtiger Vorteil der Vorrichtung besteht weiter darin, daß sie es gestattet, die Überzüge auf die gegenüber dem Plasmastrom abgeschirmten Abschnitte der Träger ohne Anwendung irgendwelcher Mittel zur Bewegung (Drehung) der Träger aufzutragen.

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VORRICHTUNG ZUM AUFTRAGEN von ÜBERZÜGEkJIM VAKUUM ZUSAMMENFASSUNG

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Auftragen von Uberzürge« im Vakuum enthält eine Vakuumkammer 1, in der koaxial eine Quelle . beschleunigter Ionen und ein Trägerhalter 21 angeordnet sind, der unter einem negativen Potential liegt.

Der genannte Trägerhalter 21 ist in Form eines Hohlkörpers ausgeführt, der eine,der Quelle der beschleunigten Ionen zugewandte offene Stirnfläche aufweist, und an seiner Innenfläche Träger 23 besitzt, die mit diesem elektrisch verbunden sind.

In der Vakuumkammer 1 ist auch ein Mittel zum Zuführen eines reaktiven Gases untergebracht·

Besonders erfolgreich kann die vorliegende Vorrichtung beim Auftragen von verschleißfesten Überzügen mit komplizierter Zusammensetzung auf Teile aus Massenfertigung<im Vakuum^verwendet werden, insbesondere auf WerkzeugeYaus Schnellstahl und Hartmetallen^für die Metallbearbeitung^.

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Claims

Naucsclinc-Issledowatelskij Inst j tut
Technologii Awtamobilncj PrcEyschlti mosti

NIITÄWIOP3QM 2 9 Q 2 ^ 4 Ü ⁸⁹⁷

Moskau/UdSSR, Oserkowskaja Nab. 22/24 19. Januar 197^r

PATENTANSPRÜCHE: RZ/hb

1, Vorrichtung zum Auf tragen _Von Überzügenio. Vakuum,die eine in der Vakuumkammer koaxial angeordnete Quelle beschleunigter Ionen des Überzugs materials ^-d einen unter einem negativen Potential liegenden Trägerhalter sovjie ein in der Vakuumkammer untergebrachtes Mittel zum Zuführen eines reaktiven Gases enthält, dadurch g e k e η η ze iohnet, daß der genannte Trägerhalter (21, 21') in Foira eines Hohlkörpers ausgeführt ist, der eine offene» der Quelle beschleunigter Ionen zugewandte Stirnfläche aufweisrü,

und an seiner Innenfläche mit dieser elektrisch verbundene Träger (23, 23') besitzt.
2. Vorrichtung zum Auftragen von Überzügen im Vakuum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Trägerhalter (21) und der Qualle beschleus nigter Ionen das Mittel zum Zuführen eines reaktiven Gases angebracht ist, das in Form eines Kollektors(2M-) ausgeführt ist, der Bohrungen (25)für die Zuführung des reaktiven Gases unmittelbar in den Plasmastrom aufweist.

3° Vorrichtung zum Auftragen von Überzügen im Vakuum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand des Trägerhalters (21*) hohl ausgeführt ist und einen Kollektorraus. (26) bildet sowie -Bohrungen (27) für die Zuführung des reaktiven Gases in dsn durch den

Kollektorraum (26) eingeschlossenen Abschnitt ^auf~ weist, wobei der Kollektorraum (26j und die Bohrungen(27j der Seitenwand des Trägerhalters (21·) ein Mittel zum Zuführen des reaktiven Gases bilden.

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