RU163999U1

RU163999U1 - INSTALLATION FOR THE APPLICATION OF MULTI-LAYER COATINGS WITH THE ARCHITECTURE SET BY THE METHOD OF MAGNETRON-ION REACTIVE SPRAYING

Info

Publication number: RU163999U1
Application number: RU2015124263/02U
Authority: RU
Inventors: Артемий Витальевич Аборкин; Иван Михайлович Букарев; Дмитрий Михайлович Бабин; Артем Владимирович Шакиров
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2016-08-20

Abstract

Установка для нанесения многослойных покрытий с заданной архитектурой на крупногабаритные плоские заготовки методом магнетронно-ионного реактивного распыления, содержащая магнетронную распылительную систему (МРС), размещенную в герметизированной рабочей вакуумной камере, систему питания МРС, вакуумную систему, систему напуска газа в рабочую вакуумную камеру и блок управления МРС, отличающаяся тем, что она снабжена тележкой для размещения заготовок с приводом ее перемещения, датчиком давления и регулятором расхода газа, причем привод тележки, датчик давления и регулятор расхода газа соединены с блоком управления МРС, выполненным с возможностью управления изменением скорости движения тележки в зависимости от расхода газа и давления внутри рабочей камеры, а МРС состоит из планарных магнетронов на постоянных магнитах, установленных вертикальной вдоль боковых стенок камеры в шахматном порядке.Installation for applying multilayer coatings with a given architecture to large-sized flat billets by the method of magnetron-ion jet spraying, containing a magnetron spraying system (MPC), placed in a sealed working vacuum chamber, MPC power supply system, vacuum system, gas inlet system for working vacuum chamber and unit MPC control, characterized in that it is equipped with a trolley for placing workpieces with a drive for moving it, a pressure sensor and a gas flow regulator, and trolleys, a pressure sensor and a gas flow regulator are connected to an MPC control unit configured to control the change in the speed of the cart depending on the gas flow and pressure inside the working chamber, and the MPC consists of planar permanent magnet magnets mounted vertically along the side walls of the chamber in staggered.

Description

Установка для нанесения многослойных покрытий с заданной архитектурой методом магнетронно-ионного реактивного распыленияInstallation for applying multilayer coatings with a given architecture by the method of magnetron-ion jet spraying

Полезная модель относится к области нанесения покрытий методом магнетронно-ионного реактивного распыления и может найти свое применение в различных отраслях промышленности для упрочнения рабочих поверхностей деформирующего инструмента, пар трения и пр.The invention relates to the field of magnetron-ion jet spray coating and can be used in various industries for hardening the working surfaces of a deforming tool, friction pairs, etc.

Известна установка для нанесения тонкослойных покрытий, содержащая магнетронную распылительную систему (МРС), размещенную в герметизированной рабочей вакуумной камере, систему питания МРС, вакуумную систему и систему напуска газа в рабочую вакуумную камеру, шлюзовые камеры на входе и выходе рабочей вакуумной камеры и механизм перемещения подложек, отличающаяся тем, что система питания МРС снабжена блоком сравнения средних значений мощности, а также скоростей изменения тока и напряжения с опорными сигналами, выход блока сравнения подключен к прерывателю тока в цепи питания МРС и, через линию задержки, к стартовому устройству запуска системы питания МРС (см. патент РФ №2138094, H01J 37/317, С23С 14/35, от 04.02.1997, опубл. 20.09.1999), выбранная в качестве прототипа.A known installation for applying thin-layer coatings containing a magnetron spray system (MPC) placed in a sealed working vacuum chamber, a MPC power system, a vacuum system and a gas inlet system for a working vacuum chamber, lock chambers at the inlet and outlet of a working vacuum chamber and a mechanism for moving substrates characterized in that the power supply system of the MPC is equipped with a unit for comparing average power values, as well as rates of change of current and voltage with reference signals, the output of the comparing unit it is accessible to the current chopper in the MPC power supply circuit and, through the delay line, to the starting device for starting the MPC power supply system (see RF patent No. 2138094, H01J 37/317, С23С 14/35, from 04/02/1997, publ. 09/20/1999) selected as a prototype.

Недостатком данного технического решения, является ограничение функциональных возможностей, за счет конструкции установки. На данной установке существует возможность обработки, только крупногабаритных, плоских и листовых деталей и заготовок. Кроме того, использование рольгангов для передвижения обрабатываемого материала внутри рабочей вакуумной камеры, способствует быстрому осаждению на их поверхности частиц напыляемого вещества. Однако в отличие от покрытия, оно не обладает значительной плотностью структуры и абсорбирует в себя различные примеси (пары воды, воздух, частицы масла и пр.). Т.к. рабочая вакуумная камера имеет значительные габариты из-за применения в ее составе, шлюзовых камер, то замена рольгангов представляет весьма трудоемкую задачу. Накапливаясь на поверхности рольгангов, абсорбированные вещества выделяются в рабочую вакуумную камеру в процессе работы установки и, попадая в поток ионов, осаждаются на поверхность обрабатываемой детали, вместе с покрытием. Примеси подобных веществ в покрытии, ухудшают его физико-механические свойства.The disadvantage of this technical solution is the limitation of functionality due to the design of the installation. At this installation, it is possible to process only large-sized, flat and sheet parts and blanks. In addition, the use of live rolls to move the processed material inside the working vacuum chamber, contributes to the rapid deposition of particles of the sprayed substance on their surface. However, unlike a coating, it does not have a significant structure density and absorbs various impurities (water vapor, air, oil particles, etc.). Because Since the working vacuum chamber has significant dimensions due to the use of lock chambers in its composition, replacing the roller tables is a very time-consuming task. Accumulating on the surface of the roller tables, the absorbed substances are released into the working vacuum chamber during the operation of the installation and, falling into the ion stream, are deposited on the surface of the workpiece, together with the coating. Impurities of such substances in the coating, worsen its physical and mechanical properties.

Кроме того, рольганги, на которых размещаются подложки для напыления покрытия, вращаются с постоянной частотой, соответственно подложки так же перемещаются внутри рабочей вакуумной камеры с постоянной скоростью. МРС может быть оснащена мишенями из разных материалов, следовательно, их коэффициенты распыления тоже различаются. Перемещаясь внутри рабочей вакуумной камеры с постоянной скоростью подложки, будут получать разное количество распыляемого вещества от разных мишеней, что ограничивает возможные варианты архитектуры покрытия и, соответственно, снижает его функциональные свойства в целом. Указанные недостатки сужают функциональные возможности установки, не позволяя в полной мере управлять архитектурой наносимого покрытия.In addition, the roller tables, on which the substrates for spraying the coating are placed, rotate at a constant frequency, respectively, the substrates also move inside the working vacuum chamber at a constant speed. MPC can be equipped with targets from different materials, therefore, their sputtering coefficients also vary. Moving inside the working vacuum chamber with a constant substrate speed, they will receive different amounts of sprayed material from different targets, which limits the possible architecture options for the coating and, accordingly, reduces its functional properties as a whole. These shortcomings narrow the functionality of the installation, not allowing you to fully control the architecture of the coating.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей установки, благодаря возможности изменять скорость движения тележки в зависимости от расхода газа и давления внутри рабочей вакуумной камеры.The technical result of the proposed utility model is to expand the functionality of the installation, due to the ability to change the speed of the trolley depending on the gas flow and pressure inside the working vacuum chamber.

Установка для нанесения многослойных покрытий с заданной архитектурой на крупногабаритные плоские заготовки методом магнетронно-ионного реактивного распыления, содержащая магнетронную распылительную систему (МРС), размещенную в герметизированной рабочей вакуумной камере, систему питания МРС, вакуумную систему, систему напуска газа в рабочую вакуумную камеру и блок управления МРС, отличающаяся тем, что установка снабжена тележкой для размещения заготовок с приводом ее перемещения, датчиком давления и регулятором расхода газа, причем привод тележки, датчик давления и регулятор расхода газа соединены с блоком управления МРС, выполненным с возможностью изменения скорости движения тележки в зависимости от расхода газа и давления внутри рабочей камеры, а МРС состоит из планарных магнетронов на постоянных магнитах, установленных вертикальной вдоль боковых стенок камеры в шахматном порядке.Installation for applying multilayer coatings with a given architecture to large-sized flat billets by the method of magnetron-ion jet spraying, containing a magnetron spraying system (MPC), placed in a sealed working vacuum chamber, MPC power supply system, vacuum system, gas inlet system for working vacuum chamber and unit MPC control, characterized in that the installation is equipped with a trolley for placing workpieces with a drive for moving it, a pressure sensor and a gas flow regulator, moreover a cart drive, a pressure sensor and a gas flow regulator are connected to an MPC control unit configured to change the cart speed depending on the gas flow and pressure inside the working chamber, and the MPC consists of planar permanent magnet magnets mounted vertically along the side walls of the chamber in staggered.

Сущность полезной модели поясняется схемой. На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство для нанесения покрытий с МРС 1, планарного типа, имеющее свои магнитные системы, расположенные вертикально в шахматном порядке вдоль боковых стен и подключенные к системе питания 2. МРС размещены в протяженной (вытянутой) рабочей вакуумной камере 3. В рабочей вакуумной камере имеется герметичная дверь 4, для загрузки и выгрузки обрабатываемых изделий, а так же обслуживания и чистки оборудования. Рабочая вакуумная камера 3 через вакуумный вентиль (натекатель) 5, подключена к вакуумной системе (не показана). Через вентиль 6 к рабочей вакуумной камере 3 подключен плазмообразующий газ (аргон). Через вентиль 7 осуществляется подача технологических (реактивных) газов или их смесей (азот, кислород, метан). Скорость подачи газов через вентили 6 и 7 отслеживается с помощью регуляторов расхода газа 8. Концентрация, скорость подачи, а так же откачка плазмообразующего и технологических газов, регулируются с помощью системы управления 9, соединенной с регуляторами расхода газа 8, датчиком давления 10, а так же соответствующими вентилями 5, 6 и 7. Обрабатываемый материал 11, расположен на тележке 12, которая перемещается возвратно-поступательно вдоль направляющей 13.The essence of the utility model is illustrated by the scheme. In FIG. 1 schematically depicts the proposed device for coating with MPC 1, planar type, having its own magnetic system, vertically staggered along the side walls and connected to the power system 2. MPC are placed in an extended (extended) working vacuum chamber 3. In a working vacuum the chamber has a sealed door 4, for loading and unloading processed products, as well as maintenance and cleaning of equipment. The working vacuum chamber 3 through a vacuum valve (leak) 5, is connected to a vacuum system (not shown). Through the valve 6 to the working vacuum chamber 3 is connected a plasma-forming gas (argon). Through the valve 7 is the supply of technological (reactive) gases or mixtures thereof (nitrogen, oxygen, methane). The gas flow rate through valves 6 and 7 is monitored using gas flow controllers 8. The concentration, flow rate, as well as the evacuation of plasma-forming and process gases are regulated using a control system 9 connected to gas flow controllers 8, a pressure sensor 10, and the same valves 5, 6 and 7. The processed material 11 is located on the trolley 12, which moves reciprocating along the guide 13.

Установка для нанесения покрытий работает следующим образом. Перед началом работы в рабочую вакуумную камеру 3, через дверь 4, загружаются обрабатываемый материал И, на тележку 12. Далее, дверь закрывается и с помощью системы управления 8, открывается клапан 5, через который с помощью вакуумной системы (не показана) производится откачка. После достижения необходимого значения вакуума, система управления 9, на основе сигналов от регулятора расхода газа 8 и датчика давления 10, заполняет рабочую вакуумную камеру 3 плазмообразующим газом (аргоном) до определенного давления с помощью клапанов 5 и 6. При этом, значение давления внутри рабочей вакуумной камеры 3, созданное добавлением плазмообразующего газа, является базовым и выдерживается в течение всего технологического цикла. После достижения рабочего давления, с помощью системы управления 9, на основе управляющей программы включается технологический процесс напыления покрытия на обрабатываемый материал 11. В течение технологического процесса, система управления 9, получая сведения от датчика давления 10, регуляторов расхода газа 8, системы питания 2, может изменять скорость движения тележки 12. Благодаря этому можно управлять количеством вещества осаждаемого на обрабатываемый материал 11, замедляя, либо ускоряя движение тележки 12 вдоль МРС 1, в зависимости от условий внутри рабочей вакуумной камеры. В результате на поверхности обрабатываемого материала 11 можно равномерно осаждать покрытие и управлять его архитектурой изменяя количество вещества осаждаемого на поверхность обрабатываемого материала 11 в любой момент времени.Installation for coating works as follows. Before starting work in the working vacuum chamber 3, through the door 4, the processed material AND is loaded onto the carriage 12. Next, the door is closed and using the control system 8, valve 5 is opened, through which the pumping is performed using a vacuum system (not shown). After reaching the required vacuum value, the control system 9, based on the signals from the gas flow regulator 8 and pressure sensor 10, fills the working vacuum chamber 3 with plasma-forming gas (argon) to a certain pressure using valves 5 and 6. Moreover, the pressure inside the working the vacuum chamber 3, created by the addition of a plasma-forming gas, is basic and is maintained throughout the entire technological cycle. After reaching the working pressure, using the control system 9, on the basis of the control program, the technological process of coating deposition on the material 11 is turned on. During the technological process, the control system 9, receiving information from the pressure sensor 10, gas flow controllers 8, power supply system 2, can change the speed of movement of the cart 12. Due to this, you can control the amount of substance deposited on the processed material 11, slowing down or accelerating the movement of the cart 12 along the MPC 1, depending on the conditions ovium inside the working vacuum chamber. As a result, the coating can be uniformly deposited on the surface of the material 11 to be processed and its architecture can be controlled by changing the amount of material deposited on the surface of the processed material 11 at any time.

Эффектом является расширение функциональных возможностей установки, благодаря возможности изменять скорость движения тележки в зависимости от расхода газа и давления внутри рабочей вакуумной камеры, что позволяет управлять архитектурой покрытия. Кроме того, обеспечивается удобный доступ к внутренней поверхности рабочей вакуумной камеры, для обслуживания и чистки МРС, тележки и стенок рабочей вакуумной камеры.The effect is to expand the functionality of the installation, due to the ability to change the speed of the trolley depending on the gas flow and pressure inside the working vacuum chamber, which allows you to control the architecture of the coating. In addition, convenient access to the inner surface of the working vacuum chamber is provided for maintenance and cleaning of MPC, trolleys and walls of the working vacuum chamber.

Claims

Installation for applying multilayer coatings with a given architecture to large-sized flat billets by the method of magnetron-ion jet spraying, containing a magnetron spraying system (MPC), placed in a sealed working vacuum chamber, MPC power supply system, vacuum system, gas inlet system for working vacuum chamber and unit MPC control, characterized in that it is equipped with a trolley for placing workpieces with a drive for moving it, a pressure sensor and a gas flow regulator, and trolleys, a pressure sensor and a gas flow regulator are connected to an MPC control unit configured to control the change in the speed of the cart depending on the gas flow and pressure inside the working chamber, and the MPC consists of planar permanent magnet magnets mounted vertically along the side walls of the chamber in staggered.