RU2065888C1 - Method of vacuum depositing of coating on tubular piece inner surface - Google Patents
Method of vacuum depositing of coating on tubular piece inner surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2065888C1 RU2065888C1 SU5051431A RU2065888C1 RU 2065888 C1 RU2065888 C1 RU 2065888C1 SU 5051431 A SU5051431 A SU 5051431A RU 2065888 C1 RU2065888 C1 RU 2065888C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- source
- coating
- product
- piece
- cavity
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нанесению покрытий в вакууме ионным распылением и может найти применение при получении покрытий на внутренней поверхности трубчатых изделий, таких как гильзы, втулки, цилиндры и т.п. The invention relates to vacuum coating by ion sputtering and may find application in the manufacture of coatings on the inner surface of tubular products, such as liners, bushings, cylinders, etc.
Известны способы нанесения покрытий на внутреннюю поверхность трубчатых изделий, включающие распыление ионной бомбардировкой стержневой мишени, распложенной по оси трубчатого изделия, и конденсацию распыленного материала на защищаемой поверхности [1 и 2]
Однако известные способы не пригодны для нанесения покрытий на внутреннюю поверхность трубчатых изделий с отверстием небольшого диаметра, так как расстояние между мишенью и поверхностью изделия очень мало. Тлеющий разряд источник ионов переходит в область высоких давлений, что резко увеличивает обратную диффузию (возвращение на мишень) распыленных атомов, препятствует их осаждению на поверхность изделия [3] Формирования покрытия практически не происходит.Known methods for coating the inner surface of tubular products, including sputtering by ion bombardment of a rod target located along the axis of the tubular product, and condensation of the sprayed material on the surface to be protected [1 and 2]
However, the known methods are not suitable for coating the inner surface of tubular products with a small diameter hole, since the distance between the target and the surface of the product is very small. A glow source discharges the ion source into the high-pressure region, which sharply increases the back diffusion (return to the target) of the sputtered atoms and prevents their deposition onto the surface of the product [3] The formation of the coating practically does not occur.
Наиболее близким к изобретению является способ нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб с помощью дуговой плавки, при котором в полость трубы вводят встречно-расположенные источник материала покрытия (держатель с испаряемым материалом) и газоподающее сопло. Подавая через сопло газ и подводя напряжение на источник и сопло, зажигают газовый (дуговой) разряд, с помощью которого материал источника переводится в парообразное состояние и затем, конденсируясь на внутренней поверхности трубы, образует покрытие [4]
Однако данный способ имеет недостатки: затруднена его практическая реализация, особенно для получения покрытий на внутренней поверхности трубчатых изделий, имеющих отверстие небольшого диаметра. При небольшом отверстии уменьшаются геометрические размеры (сечение) источника материала покрытия, ухудшаются условия его охлаждения, а плотность дугового разряда и выделяемая мощность на источнике остаются при этом высокими.Closest to the invention is a method for coating the inner surface of pipes using arc melting, in which an opposing source of coating material (holder with evaporated material) and a gas supply nozzle are introduced into the pipe cavity. By supplying gas through the nozzle and applying voltage to the source and nozzle, a gas (arc) discharge is ignited, with the help of which the source material is converted into a vapor state and then, condensing on the inner surface of the pipe, forms a coating [4]
However, this method has disadvantages: its practical implementation is difficult, especially for coatings on the inner surface of tubular products having a small diameter hole. With a small hole, the geometric dimensions (cross-section) of the source of the coating material are reduced, the conditions for its cooling are worsened, and the density of the arc discharge and the released power at the source remain high.
При таких условиях эксплуатации источник материала покрытия (держатель испаряемого материала) не в состоянии рассеивать большую энергию дугового разряда, выделяющуюся при плавлении испаряемого материала. Вследствие этого нарушается равновесие теплового баланса (между мощностью поступающей на источник и рассеиваемой им), что в итоге приводит к сильному оплавлению и разрушению источника. Кроме этого, большое количество энергии, выделяемое при дуговой плавке, вызывает значительный перегрев близко расположенной к зоне испарения (плавления) внутренней поверхности изделия, что приводит к изменению свойств и структуры материала покрываемой основы (трубы). Under such operating conditions, the source of the coating material (holder of the vaporized material) is not able to dissipate the large energy of the arc discharge released during the melting of the vaporized material. As a result of this, the equilibrium of the heat balance is disturbed (between the power supplied to the source and dissipated by it), which ultimately leads to strong melting and destruction of the source. In addition, a large amount of energy released during arc melting causes a significant overheating of the inner surface of the product close to the evaporation (melting) zone, which leads to a change in the properties and material structure of the coated substrate (pipe).
В рассматриваемом способе покрытие на поверхности трубы формируется преимущественно в области, расположенной напротив источника испаряемого материала и неравномерно по толщине. На трубах с малым отверстием зона формирования покрытия уменьшается, неравномерность покрытия возрастает. По этой причине известный способ не позволяет получать равномерное покрытие на всей внутренней поверхности трубчатого изделия. In the considered method, the coating on the surface of the pipe is formed mainly in the area located opposite the source of the evaporated material and unevenly in thickness. On pipes with a small hole, the coating formation zone decreases, and the unevenness of the coating increases. For this reason, the known method does not allow to obtain a uniform coating on the entire inner surface of the tubular product.
Цель изобретения расшиpение номенклатуры получаемых изделий путем получения покрытия на внутренней поверхности трубчатых изделий малого диаметра. The purpose of the invention is the expansion of the range of products by coating on the inner surface of tubular products of small diameter.
Цель достигается тем, что в способе нанесения покрытия в вакууме на внутреннюю поверхность трубчатого изделия, при котором в полость изделия вводят встречно расположенные источник материала покрытия и газоподающее сопло, нагревают изделие, подают через сопло газ и подводят отрицательное напряжение на источник, зажигают газовый разряд, распыляют материал источника и затем путем его конденсации на поверхности изделия формируют покрытие, изделие предварительно наращивают втулкой, после нагревания изделия между источником материала покрытия и соплом прикладывают переменное напряжение, изделие вращают вокруг его оси и перемещают возвратно-поступательно вдоль его оси, а отрицательное напряжение подают на источник в момент его выхода из полости изделия. The goal is achieved by the fact that in the method of coating in vacuum on the inner surface of the tubular product, in which an opposed source of coating material and a gas supply nozzle are introduced into the cavity of the product, the product is heated, gas is supplied through the nozzle and a negative voltage is applied to the source, gas discharge is ignited, the source material is sprayed and then, by condensation, a coating is formed on the surface of the product, the product is pre-expanded with a sleeve, after heating the product between the source of material ytiya nozzle and an AC voltage is applied, the product is rotated about its axis and is moved reciprocatingly along its axis, and a negative voltage is applied to the source at the time of exit from the cavity of the article.
Также с целью повышения качества покрытия за счет придания ему необходимого комплекса эксплуатационных свойств в момент выхода источника из полости изделия изменяют технологический режим. Also, in order to improve the quality of the coating by giving it the necessary range of operational properties, the technological mode is changed at the moment the source leaves the cavity of the product.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена конструкция устройства, реализующего предлагаемый способ нанесения покрытия в вакууме на внутреннюю поверхность трубчатых изделий. The invention is illustrated in the drawing, which shows the design of a device that implements the proposed method of coating in vacuum on the inner surface of the tubular products.
Устройство, расположенное в вакуумной камере, содержит трубчатое изделие 1, технологическую трубку 2, в полости которых установлены встречно анод трубчатый 3, соединенный с корпусом вакуумной установки и мишень 4 (источник материала покрытия). К мишени 4 подключаются высоковольтные источники 5 и 6 переменного и постоянного напряжения, нагреватель 7 трубчатого изделия и механизмы возвратно-поступательного перемещения и вращения изделия 1. The device located in the vacuum chamber contains a tubular product 1, a process tube 2, in the cavity of which a counter tubular anode 3 is mounted, connected to the housing of the vacuum unit and the target 4 (source of coating material). High voltage sources 5 and 6 of alternating and constant voltage, heater 7 of the tubular product and mechanisms of reciprocating movement and rotation of the product 1 are connected to the target 4.
Механизм возвратно-поступательного перемещения изделия состоит из реверсивного привода 8, связанного через герметичный ввод вращения 9 с ходовым винтом 10, на котором посажена гайка 11, жестко соединенная с основанием 12. На основании устанавливается обрабатываемое изделие 1 и крепится нагреватель 7. The mechanism of reciprocating movement of the product consists of a reversible drive 8, connected through a sealed input of rotation 9 with a spindle 10, on which a nut 11 is mounted, rigidly connected to the base 12. On the base, the workpiece 1 is installed and the heater 7 is attached.
Механизм вращения трубчатого изделия 1 содержит реверсивный привод 13, который через герметичный ввод вращения 14 и гибкую передачу 15 соединен с цилиндрической шестерней 16, вращающей опору 17, закрепленную на радиально-упорном подшипнике 18, расположенном на основании 12. На опоре через изоляторы 19 установлена центрирующая втулка 20 в которой установлено изделие 1. Центрирующая втулка 20 через скользящий контакт 21 подсоединена к высоковольтному источнику переменного напряжения 5. The rotation mechanism of the tubular product 1 contains a reversing drive 13, which is connected through a sealed gear input 14 and a flexible gear 15 to a cylindrical gear 16 that rotates the bearing 17, mounted on an angular contact bearing 18 located on the base 12. A centering device is installed on the support through the insulators 19 the sleeve 20 in which the product is installed 1. The centering sleeve 20 is connected via a sliding contact 21 to the high-voltage source of alternating voltage 5.
Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.
Во втулке 20 закрепляют изделие 1 с технологической втулкой 2. Механизм возвратно-поступательного перемещения устанавливают так, чтобы наконечник мишени 4 находился напротив одного из торцов обрабатываемого изделия 1. В полость изделия 1 напротив мишени 4 вводят анод трубчатый 3, производят высоковакумную откачку. A product 1 with a technological sleeve 2 is fixed in the sleeve 20. The reciprocating mechanism is mounted so that the tip of the target 4 is opposite one of the ends of the workpiece 1. An anode tube 3 is introduced into the cavity of the product 1 opposite the target 4, and high-vacuum pumping is performed.
С помощью нагревателя 7 изделие 1 нагревают, включают его вращение. Вращение подвижной опоры 17, на которой в центрирующей втулке 20 размещено обрабатываемое изделие 1 осуществляют от реверсивного привода вращения 13 через герметичный ввод вращения 14, гибкую передачу 15 и зубчатое колесо 16. Using a heater 7, the product 1 is heated, its rotation is turned on. The rotation of the movable support 17, on which the workpiece 1 is placed in the centering sleeve 20, is carried out from a reversible drive of rotation 13 through a sealed input of rotation 14, a flexible gear 15 and a gear 16.
После нагревания в полость изделия 1 подают рабочий газ через анод трубчатый 3. От источника 5 между мишенью 4 и изделием 1 прикладывают высокое переменное напряжение, зажигают тлеющий разряд. Далее изделие 1 перемещают относительно мишени 4, производя ионную очистку изделия и мишени. В один полупериод переменного напряжения производится ионная очистка поверхности изделия, а в другой полупериод мишени. After heating, a working gas is fed into the cavity of the product 1 through a tubular anode 3. From the source 5, a high alternating voltage is applied between the target 4 and the product 1, and a glow discharge is ignited. Next, the product 1 is moved relative to the target 4, performing ion cleaning of the product and the target. In one half-period of alternating voltage, the surface of the product is ionically cleaned, and in the other half-period of the target.
Включением привода 8 осуществляют перемещение изделия 1. Когда наконечник мишени 4 выходит из полости изделия, источник высокого переменного напряжения 5 выключают. Не прекращая подачу газа в полость изделия 1, от высоковольтного источника 6 на мишень 4 подают высокое отрицательное напряжение относительно анода трубчатого 3, соединенного с корпусом установки, осуществляя ионное распыление материала мишени 4. На внутренней поверхности трубчатого изделия начинает формироваться покрытие. Для получения покрытия на всей поверхности, изделие перемещают в направлении, противоположном движению при ионной очистке, включением реверса привода 8. By turning on the drive 8, the product 1 is moved. When the target tip 4 leaves the cavity of the product, the high-voltage source 5 is turned off. Without stopping the supply of gas to the cavity of the product 1, a high negative voltage is applied to the target 4 from the high-voltage source 6 relative to the tubular anode 3 connected to the apparatus body by ion sputtering of the target material 4. A coating begins to form on the inner surface of the tubular product. To obtain a coating on the entire surface, the product is moved in the opposite direction to that during ion cleaning, by turning on the reverse of drive 8.
Возвратно-поступательное перемещение изделия может повторяться несколько раз, формируя при этом на внутренней поверхности изделия, многослойное покрытие. The reciprocating movement of the product can be repeated several times, forming a multilayer coating on the inner surface of the product.
При послойном наращивании покрытия, изменяя технические режимы нанесения отдельных слоев (температуру конденсации, скорость распыления и осаждения, время формирования слоя и т.д.) так, чтобы обеспечивалось осаждение слоев разного функционального назначения, формируют многослойное покрытие с высокими эксплуатационными характеристиками, удовлетворяющее всему комплексу требований. When layer-by-layer coating build-up, changing the technical regimes of applying individual layers (condensation temperature, spraying and deposition rate, layer formation time, etc.) so as to ensure the deposition of layers for different functions, form a multilayer coating with high performance characteristics that satisfies the whole complex requirements.
В процессе осаждения покрытия изделие электроизолировано от корпуса установки и деталей устройства. Это позволяет подавать на изделие относительно корпуса установки потенциал различной величины и знака, благодаря чему улучшаются свойства наносимых покрытий. In the process of coating deposition, the product is electrically insulated from the installation casing and device parts. This allows you to apply to the product relative to the installation housing the potential of various sizes and signs, thereby improving the properties of the applied coatings.
Практическое применение предлагаемого способа проверено в процессе осаждения покрытия на внутреннюю поверхность стальных (Ст. 50РА ГОСТ 1050-74) втулок длиной 20 мм, с отверстием диаметром 10 мм катодным распылением хромовой мишени диаметром 6 мм. The practical application of the proposed method was tested in the process of coating deposition on the inner surface of steel (Art. 50RA GOST 1050-74) bushings 20 mm long, with a hole 10 mm in diameter, by cathodic sputtering of a chromium target with a diameter of 6 mm.
Экспериментальное опробование заявляемого технического решения проводилось в сравнении с прототипом. Experimental testing of the proposed technical solution was carried out in comparison with the prototype.
Согласно прототипу покрытие на внутреннюю поверхность втулки наносили способом дуговой плавки, включающем плавление испаряемого материала расходуемого электрода и конденсацию его на поверхности втулки. According to the prototype, the coating on the inner surface of the sleeve was applied by an arc melting method, including melting the evaporated material of the consumable electrode and condensing it on the surface of the sleeve.
Однако из-за малых геометрических размеров источника 6 мм, а отсюда и низкой эффективности его охлаждения, но при наличии высокой плотности дугового разряда, произошло оплавление, т.е. разрушение источника. Это не позволило сформировать качественное покрытие на внутренней поверхности втулки. However, due to the small geometrical dimensions of the source 6 mm, and hence the low efficiency of its cooling, but in the presence of a high density of the arc discharge, melting occurred, i.e. destruction of the source. This did not allow to form a high-quality coating on the inner surface of the sleeve.
В отличие от прототипа предлагаемый способ позволил сформировать покрытие. Первоначально внутренняя поверхность втулки была подвергнута ионной очистке: напряжение разряда (переменное) 1 кВ; давление аргона 2 Па; ток разряда 1 мА; скорость перемещения втулки по вертикали 4 мм/мин; время ионной очистки 5 мин; частота вращения втулки 10 об/мин. Затем проведено нанесение покрытия: температура конденсации 500 К; напряжение разряда (постоянное) 5 кВ; давление аргона 7 Па; ток разряда 5 мА; скорость перемещения втулки по вертикали 0,4 мм/мин; частота вращения втулки 10 об/мин. In contrast to the prototype, the proposed method allowed to form a coating. Initially, the inner surface of the sleeve was subjected to ion cleaning: discharge voltage (variable) 1 kV; argon pressure 2 Pa; discharge current 1 mA; the speed of movement of the sleeve vertically 4 mm / min; ion cleaning time 5 min; sleeve rotation speed 10 rpm Then the coating was carried out: condensation temperature 500 K; discharge voltage (constant) 5 kV; argon pressure 7 Pa; discharge current 5 mA; the movement speed of the sleeve vertically 0.4 mm / min; sleeve rotation speed 10 rpm
При выполнении примера практической реализации предлагаемого способа проверено также влияние технологической втулки 2 (фиг. 1). When performing an example of a practical implementation of the proposed method, the influence of technological sleeve 2 was also verified (Fig. 1).
В случае отсутствия технологической втулки наблюдается неравномерность покрытия, толщина покрытия к краю покрываемой втулки 1 уменьшается. Это объясняется тем, что нарушается направленная подача газа из трубчатого анода на мишень, газ при выходе трубчатого анода из полости втулки начинает рассеиваться и часть его уходит в общий объем вакуумной камеры. В результате этого уменьшается ток разряда, падают скорость распыления и скорость осаждения материала покрытия, уменьшается толщина покрытия. In the absence of the technological sleeve, uneven coating is observed, the thickness of the coating to the edge of the coated sleeve 1 decreases. This is because the directional gas supply from the tubular anode to the target is disrupted, the gas begins to dissipate when the tubular anode leaves the sleeve cavity and part of it goes into the total volume of the vacuum chamber. As a result of this, the discharge current decreases, the spraying rate and the deposition rate of the coating material decrease, and the coating thickness decreases.
Применение удлиняющей втулки устраняет указанный недостаток, проявление краевого эффекта не наблюдается, на всей длине втулки 1 покрытие получается равномерным. The use of an extension sleeve eliminates this drawback, the manifestation of the edge effect is not observed, the coating is uniform over the entire length of the sleeve 1.
Таким образом, результаты испытаний подтвердили достижение поставленной цели изобретения получение покрытия на внутренней поверхности трубчатых изделий малого диаметра и показали возможность практической реализации предлагаемого способа нанесения покрытия в вакууме на внутреннюю поверхность трубчатого изделия. Thus, the test results confirmed the achievement of the goal of the invention, obtaining a coating on the inner surface of the tubular products of small diameter and showed the possibility of practical implementation of the proposed method of coating in vacuum on the inner surface of the tubular product.
Применение предлагаемого способа нанесения покрытия в вакууме на внутреннюю поверхность трубчатых изделий в сравнении с прототипом позволяет получать полые изделия с отверстием небольшого размера, на внутренней поверхности которых нанесено покрытие, повышающее долговечность изделия в целом. Эффект достигается формированием покрытия катодным распылением в системе встречно-расположенных электродов. The application of the proposed method for coating in vacuum on the inner surface of the tubular products in comparison with the prototype allows to obtain hollow products with a small hole, on the inner surface of which is coated, increasing the durability of the product as a whole. The effect is achieved by forming a coating by cathodic sputtering in a system of oncoming electrodes.
Источники информации:
1. Заявка Японии N 55-38030, кл. С 23 С 15/00, от 01.10.80.Information sources:
1. Japanese application N 55-38030, cl. C 23 C 15/00, from 01.10.80.
2. Заявка Японии N 61-16344, кл. С 23 С 14/34 от 30.04.86. 2. Application of Japan N 61-16344, cl. C 23 C 14/34 from 04/30/86.
3. Технология тонких пленок. Справочник /Под ред. Л. Майссела, Р. Гленга. М. Советское радио, 1977, т. 1, с. 427. 3. Thin film technology. Handbook / Ed. L. Meissel, R. Glenga. M. Soviet Radio, 1977, v. 1, p. 427.
4. Заявка Японии N 62-180064, кл. С 23 С 14/24, от 07.07.87 (прототип). 4. Japanese application N 62-180064, cl. C 23 C 14/24, 07.07.87 (prototype).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5051431 RU2065888C1 (en) | 1992-07-07 | 1992-07-07 | Method of vacuum depositing of coating on tubular piece inner surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5051431 RU2065888C1 (en) | 1992-07-07 | 1992-07-07 | Method of vacuum depositing of coating on tubular piece inner surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2065888C1 true RU2065888C1 (en) | 1996-08-27 |
Family
ID=21608858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5051431 RU2065888C1 (en) | 1992-07-07 | 1992-07-07 | Method of vacuum depositing of coating on tubular piece inner surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2065888C1 (en) |
-
1992
- 1992-07-07 RU SU5051431 patent/RU2065888C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Заявка Японии N 62-180064, кл. C 23C 14/24, 1987. 2. Заявка Японии N 61-16344, кл. С 23C 14/34, 1986. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6224726B1 (en) | Cathodic arc coating apparatus | |
| DE3413891C2 (en) | Method and device for material evaporation in a vacuum container | |
| US5972185A (en) | Cathodic arc vapor deposition apparatus (annular cathode) | |
| RU2625698C1 (en) | Method of application of protective coatings and device for its implementation | |
| JP2009512788A (en) | Cathodes and applications incorporating rotating targets in combination with fixed or moving magnet assemblies | |
| US20200017960A1 (en) | Plasma-enhanced chemical vapor deposition of carbon-based coatings on surfaces | |
| JPH11140629A (en) | Cathode arc vapor deposition device | |
| GB1587566A (en) | Sputtering device and method | |
| US6936145B2 (en) | Coating method and apparatus | |
| DE4042337C1 (en) | Controlling degree of ionisation of vapour for surface coating - by preventing straight line current flow between hot anode target surface and cold cathode by using movable wall between them | |
| RU2065888C1 (en) | Method of vacuum depositing of coating on tubular piece inner surface | |
| US6009829A (en) | Apparatus for driving the arc in a cathodic arc coater | |
| RU2205893C2 (en) | Method and apparatus for plasma chemical deposition of coatings | |
| ES2054182T3 (en) | DEVICE AND PROCEDURE FOR THE COATING OF WORK PIECES THROUGH A DISCHARGE OF ELECTRIC ARC. | |
| RU2566232C1 (en) | Method of combined ion-plasma treatment of products out of aluminium alloys | |
| RU2110606C1 (en) | Device for deposition of surface layers on articles by method of treatment with gas-discharge plasma | |
| JP3679113B2 (en) | Layer deposition method and apparatus | |
| US20080271998A1 (en) | Device for Carbon Deposition | |
| EP0899773B1 (en) | Cathodic arc coater with an apparatus for driving the arc | |
| RU2510428C1 (en) | Arc evaporator of metal and alloys | |
| CN110846625A (en) | Long-strip high-vacuum cathode arc target device | |
| RU2037559C1 (en) | Method and apparatus to deposit coatings on pieces by ionic dispersion method | |
| CN113764248B (en) | Metal ion source and application and use method thereof | |
| JPH04246160A (en) | Thermal-spraying torch | |
| RU2062818C1 (en) | Method and device for applying metal-containing coatings onto large-sized substrates |