RU2192501C2 - Method of vacuum ion-plasma coating of substrate - Google Patents
Method of vacuum ion-plasma coating of substrate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2192501C2 RU2192501C2 RU2000109697A RU2000109697A RU2192501C2 RU 2192501 C2 RU2192501 C2 RU 2192501C2 RU 2000109697 A RU2000109697 A RU 2000109697A RU 2000109697 A RU2000109697 A RU 2000109697A RU 2192501 C2 RU2192501 C2 RU 2192501C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- coating
- cathode
- cleaning
- difference
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 25
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000003334 potential Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 16
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 16
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 12
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 8
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- -1 alloy alloy Chemical class 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- TXKRDMUDKYVBLB-UHFFFAOYSA-N methane;titanium Chemical compound C.[Ti] TXKRDMUDKYVBLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1
- 239000011364 vaporized material Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения стойких в агрессивных средах покрытий на деталях преимущественно сложной конфигурации и выполненных из высоколегированных сплавов, содержащих легко испаряющиеся компоненты, и может использоваться при изготовлении конструкций, работающих в энергетических установках при экстремальных условиях. The invention relates to a technology for producing coatings resistant to aggressive environments on parts of a predominantly complex configuration and made of highly alloyed alloys containing easily volatile components, and can be used in the manufacture of structures operating in power plants under extreme conditions.
Конструкции, применяемые в энергетических установках, например ротора, для успешной работы в экстремальных условиях должны быть защищены от воздействия агрессивной среды покрытиями, обладающими высокой коррозионной стойкостью, повышенной степенью сцепления с подложкой и толщиной слоя не менее 100 мкм. Наиболее приемлемым для получения таких покрытий является способ ионно-плазменного осаждения, так называемая конденсация с ионной бомбардировкой подложки, поскольку позволяет получать относительно плотные и равномерные по толщине покрытия. Designs used in power plants, such as rotors, for successful operation in extreme conditions must be protected from aggressive environments by coatings with high corrosion resistance, an increased degree of adhesion to the substrate and a layer thickness of at least 100 microns. The most suitable for obtaining such coatings is the method of ion-plasma deposition, the so-called condensation with ion bombardment of the substrate, because it allows you to get relatively dense and uniform in thickness of the coating.
Известен способ ионно-плазменного нанесения покрытий, включающий испарение в вакууме катода, выполненного из материала покрытия, под воздействием низковольтовой электродуги, при котором в камере образуется плазменный поток, содержащий ионы инертного газа, ионы и атомы материала покрытия, создание между катодом и подложкой напряжения, обеспечивающего ускорение в электрическом поле заряженных частиц плазмы и движение их к подложке, образуя на ее поверхности тонкий слой покрытия (см. "Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме" М., Машиностроение, 1991, стр. 79-83). Ускорение частиц плазменного потока создается за счет увеличения напряжения между катодом и подложкой, при этом происходит ионная бомбардировка поверхности подложки, приводящая к ее очистке, а также к осаждению частиц покрытия на ее разогретой поверхности. Создание слоя покрытия протекает при небольшом напряжении между катодом и подложкой. Были получены на стальных деталях слои, например, карбида титана толщиной до 30 мкм. A known method of ion-plasma coating, comprising evaporating in vacuum a cathode made of a coating material, under the influence of a low-voltage electric arc, in which a plasma stream is formed in the chamber containing inert gas ions, ions and atoms of the coating material, creating a voltage between the cathode and the substrate, providing acceleration of charged plasma particles in the electric field and their movement to the substrate, forming a thin coating layer on its surface (see "Operator's Guide for Coating Plants in a vacuum "M., Engineering, 1991, pp. 79-83). The acceleration of the particles of the plasma stream is created by increasing the voltage between the cathode and the substrate, while the ion bombardment of the surface of the substrate occurs, leading to its cleaning, as well as to the deposition of coating particles on its heated surface. The creation of the coating layer proceeds with a small voltage between the cathode and the substrate. Layers of, for example, titanium carbide with a thickness of up to 30 μm were obtained on steel parts.
Однако при использовании указанного способа покрытия толщиной слоя более 100 мкм имеют недостаточную плотность и адгезию к поверхности подложки, что не позволяет применить их в энергетических установках. However, when using this method of coating, a layer thickness of more than 100 μm has insufficient density and adhesion to the surface of the substrate, which does not allow their use in power plants.
Известен способ ионно-плазменного нанесения покрытий на стальные детали в вакуумной камере в тлеющем разряде инертного газа, при котором после формирования плазменного потока проводят ионную бомбардировку поверхности подложки ионами покрываемого материала с энергией порядка 20 кэВ, сообщенной им электрическим полем большого напряжения, в результате чего происходит как очистка поверхности подложки, так и внедрение в нее материала покрытия. После снижения напряжения между катодом и подложкой проводят нанесение покрытия на ее поверхность материала покрытия, при этом внедренные атомы сцепляются с этим материалом, что способствует повышению адгезии покрытия к детали. Напыленные детали, не вынимая из камеры, подвергают термическому отжигу при температуре ниже температуры плавления материалов подложки и покрытия (см. авторское свидетельство СССР 738424, С 23 С 14/48). A known method of ion-plasma coating of steel parts in a vacuum chamber in a glow discharge of an inert gas, in which, after the formation of the plasma stream, ion bombardment of the surface of the substrate is carried out by ions of the coated material with an energy of the order of 20 keV imparted by a high voltage electric field, as a result of which how to clean the surface of the substrate, and the introduction of coating material into it. After reducing the voltage between the cathode and the substrate, a coating is applied to its surface of the coating material, while the embedded atoms adhere to this material, which helps to increase the adhesion of the coating to the part. The sprayed parts, without removing them from the chamber, are subjected to thermal annealing at a temperature below the melting temperature of the substrate and coating materials (see USSR author's certificate 738424, С 23 С 14/48).
Данный способ позволяет достичь диффузионного сцепления покрытия с подложкой при нанесении относительно толстых слоев. This method allows to achieve diffusion adhesion of the coating with the substrate when applying relatively thick layers.
Однако известный способ не позволяет использовать в качестве подложки деталей, выполненных из высоколегированных сплавов, содержащих такие элементы, как алюминий, титан, вольфрам, молибден, ниобий, поскольку плазменный поток ионов с энергией в 20 кэВ, внедряясь в подложку, селективно выбивает с поверхности атомы компонентов сплава и в первую очередь атомы с меньшей энергией связи в кристаллической решетке материала подложки. Атомы с большей энергией связи, оставшиеся на поверхности подложки, приходят в активное состояние и при достаточно высоком сродстве их к остаточным в камере газам способны образовать химические соединения, например окислы, нитриды. В результате поверхность подложки из высоколегированного сплава насыщается высокотемпературными соединениями, имеющими рыхлую структуру в виде мелкодисперсных частиц. Кроме того, содержащиеся в плазменном потоке атомы катода в процессе ионной очистки закрывают часть поверхности подложки, оставляя ее неочищенной от окислов и других трудно удаляемых загрязнений. Эти обстоятельства не позволяют получить покрытие с прочным сцеплением по всей поверхности подложки, в особенности имеющей сложную конфигурацию. However, the known method does not allow the use of parts made of highly alloyed alloys containing elements such as aluminum, titanium, tungsten, molybdenum, niobium as a substrate, since a plasma stream of ions with an energy of 20 keV, penetrating into the substrate, selectively knocks atoms from the surface alloy components and primarily atoms with lower binding energy in the crystal lattice of the substrate material. Atoms with a higher binding energy remaining on the surface of the substrate come into an active state and, with a sufficiently high affinity for them to the residual gases in the chamber, are capable of forming chemical compounds, for example, oxides, nitrides. As a result, the surface of the high-alloy alloy substrate is saturated with high-temperature compounds having a loose structure in the form of fine particles. In addition, the cathode atoms contained in the plasma stream during the ion cleaning process cover part of the surface of the substrate, leaving it untreated from oxides and other difficult to remove impurities. These circumstances do not allow to obtain a coating with strong adhesion over the entire surface of the substrate, in particular having a complex configuration.
Задача изобретения - дальнейшее совершенствование технологического процесса ионно-плазменного нанесения покрытий на деталях, который обеспечил бы повышение плотности и равномерности распределения по всей поверхности детали слоев покрытия толщиной 100 мкм с высокой адгезией покрытия. The objective of the invention is the further improvement of the process of ion-plasma coating on parts, which would provide an increase in the density and uniformity of distribution over the entire surface of the part of the coating layers with a thickness of 100 μm with high coating adhesion.
Задача решена за счет того, что в способе вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытий на подложку в среде инертного газа, включающем создание разности электрических потенциалов между подложкой и катодом и очистку поверхности подложки потоком ионов, снижение разности потенциалов и нанесение покрытия, проведение отжига покрытия путем повышения разности потенциалов, ионный поток и поток испаряющегося материала, идущий от катода к подложке, экранируют, очистку подложки проводят ионами инертного газа, после очистки экраны отводят и наносят покрытие с последующим отжигом неоднократно до требуемой толщины. The problem is solved due to the fact that in the method of vacuum ion-plasma deposition of coatings on a substrate in an inert gas medium, which involves creating a difference in electrical potentials between the substrate and the cathode and cleaning the surface of the substrate with an ion flow, reducing the potential difference and coating, annealing the coating by increasing potential differences, the ion flux and the flow of evaporating material coming from the cathode to the substrate are screened, the substrate is cleaned with inert gas ions, after cleaning, the screens are diverted to osyat coating followed by annealing repeatedly to a desired thickness.
Другими отличиями является то, что
- экранирование ионного потока и потока испаряющегося материала прекращают после завершения процесса очистки поверхности подложки;
- подложка выполнена из высоколегированного сплава на никелевой основе;
- в качестве материала катода используют никель;
- в качестве инертного газа используют аргон;
- для подложек сложной конфигурации очистку поверхности, нанесение покрытия и отжиг осуществляют при вращении подложки;
- очистку поверхности подложки проводят при напряжении между катодом и подложкой 1000-1500 В при разрежении в камере 5•10-3-1•10-4 мм рт.ст.;
- нанесение покрытия на подложку проводят при напряжении 100 200 В между ней и катодом;
- отжиги слоев покрытия проводят при напряжении 1250 - 1500 В между подложкой и катодом.Other differences are that
- shielding of the ion stream and the flow of the evaporating material is stopped after completion of the cleaning process of the surface of the substrate;
- the substrate is made of a high alloy nickel base alloy;
- nickel is used as the cathode material;
- argon is used as an inert gas;
- for substrates of complex configuration, surface cleaning, coating and annealing are carried out during rotation of the substrate;
- cleaning the surface of the substrate is carried out at a voltage between the cathode and the substrate of 1000-1500 V with a vacuum in the chamber of 5 • 10 -3 -1 • 10 -4 mm Hg;
- coating the substrate is carried out at a voltage of 100 to 200 V between it and the cathode;
- annealing of the coating layers is carried out at a voltage of 1250 - 1500 V between the substrate and the cathode.
Технический результат - повышение плотности покрытия, степени его равномерности по толщине слоя более 100 мкм, а также прочности сцепления с подложкой, которая может быть выполнена из высоколегированного сплава, содержащего легко испаряющиеся компоненты, и имеющей сложную конфигурацию. The technical result is an increase in the density of the coating, the degree of its uniformity over the layer thickness of more than 100 microns, as well as the adhesion to the substrate, which can be made of a highly alloyed alloy containing easily evaporating components and having a complex configuration.
Предложенный способ осуществляют следующим образом. The proposed method is as follows.
В камере создают высокий вакуум порядка 1•10-5 мм рт.ст., через дозатор вводят в нее инертный газ до давления 1•10-3-1•10-4 мм рт.ст. и располагают экраны между катодом и подложкой. Если подложка имеет сложную конфигурацию, то перед созданием разности потенциалов между подложкой и катодом для проведения ионной очистки поверхности подложки ей придают вращение. Далее на катоде поджигают низковольтную дугу, с помощью которой формируется на нем плазменный поток, содержащий ионы и атомы распыляемого материала. Одновременно происходит ионизация инертного газа во всем объеме вакуумной камеры. Бомбардировку поверхности подложки с целью очистки ее от загрязнений проводят преимущественно ионами инертного газа. Для этого между катодом и подложкой поднимают напряжение выше 1000 В. В результате создается поток ионов инертного газа с высокой энергией, который вместе с частицами материала катода направляется к поверхности подложки, выполненной из высоколегированного сплава, например, на никелевой основе. Ионы и атомы частиц покрываемого материала ударяются об экраны и основное их количество осаждается на поверхности этих экранов. В результате происходит бомбардировка подложки преимущественно ионами инертного газа и незначительной частью плазменного потока ионов испаряемого материала. Процесс, протекающий в высоком вакууме, вызывает физическую и химическую очистку поверхности подложки от загрязнений. При этом энергия ионного потока такова, что селективного испарения легирующих элементов со слабой энергией связи в кристаллической решетке не происходит. По окончании процесса очистки напряжение между катодом и подложкой снижают, экраны между ними отводят и далее осуществляют ионно-плазменное нанесение покрытия. При этом ионы и нейтральные частицы покрываемого материала под действием электрического поля достигают поверхности подложки, конденсируясь на ней. Процесс проводят до образования слоя толщиной не менее 10 мкм. Выбор указанной толщины слоя обусловлен необходимостью избежать селективного испарения легирующих компонентов, которое может произойти при толщине слоя менее 10 мкм под воздействием температуры и высокоэнергетического потока частиц покрываемого материала во время дальнейшего разогрева подложки. Полученный слой покрытия подвергают отжигу при температуре выше температуры его нанесения. Подъем температуры осуществляют путем повышения напряжения между катодом и подложкой. При отжиге происходит упорядочение кристаллической решетки покрытия и формирование первичного диффузионного слоя. Далее процесс продолжают при пониженном напряжении между катодом и подложкой, например, в два или более циклов до получения слоя заданной толщины. Полученный слой покрытия отжигают при той же температуре, что и предыдущий, что способствует улучшению структуры нанесенного материала. После охлаждения подложки и удаления из камеры ее подвергают диффузионному отжигу в вакууме не ниже 1•10-3 мм рт.ст. для формирования заданной толщины диффузионной зоны на границе слоя покрытия и подложки.A high vacuum of about 1 • 10 -5 mm Hg is created in the chamber, an inert gas is introduced into it through a dispenser to a pressure of 1 • 10 -3 -1 • 10 -4 mm Hg. and position the screens between the cathode and the substrate. If the substrate has a complex configuration, then before creating the potential difference between the substrate and the cathode for ion cleaning of the surface of the substrate, rotation is given to it. Next, a low-voltage arc is ignited at the cathode, with the help of which a plasma stream is formed on it containing ions and atoms of the atomized material. At the same time, inert gas is ionized in the entire volume of the vacuum chamber. The bombardment of the surface of the substrate in order to clean it from contamination is carried out mainly by inert gas ions. To do this, a voltage above 1000 V is raised between the cathode and the substrate. As a result, a stream of inert gas ions with high energy is created, which, together with the cathode material particles, is directed to the surface of the substrate made of a highly alloyed alloy, for example, on a nickel base. The ions and atoms of the particles of the coated material hit the screens and their main amount is deposited on the surface of these screens. As a result, the substrate is bombarded mainly by inert gas ions and an insignificant part of the plasma ion flow of the vaporized material. The process, which takes place in high vacuum, causes physical and chemical cleaning of the substrate surface from contamination. In this case, the ion flux energy is such that selective evaporation of alloying elements with a weak binding energy does not occur in the crystal lattice. At the end of the cleaning process, the voltage between the cathode and the substrate is reduced, the screens between them are removed and then ion-plasma coating is carried out. In this case, ions and neutral particles of the coated material under the influence of an electric field reach the surface of the substrate, condensing on it. The process is carried out until a layer is formed with a thickness of at least 10 microns. The choice of the specified layer thickness is due to the need to avoid selective evaporation of the alloying components, which can occur when the layer thickness is less than 10 μm under the influence of temperature and high-energy flux of particles of the coated material during further heating of the substrate. The resulting coating layer is subjected to annealing at a temperature above its application temperature. The temperature rise is carried out by increasing the voltage between the cathode and the substrate. During annealing, the crystal lattice of the coating is ordered and the primary diffusion layer is formed. Further, the process is continued under reduced voltage between the cathode and the substrate, for example, in two or more cycles until a layer of a given thickness is obtained. The resulting coating layer is annealed at the same temperature as the previous one, which helps to improve the structure of the deposited material. After cooling the substrate and removing it from the chamber, it is subjected to diffusion annealing in vacuum at least 1 • 10 -3 mm Hg. for the formation of a given thickness of the diffusion zone at the boundary of the coating layer and the substrate.
Описанный выше способ нанесения покрытий может быть также применен при использовании подложки, выполненной из однородного металла или малолегированного сплава, с целью получения слоев покрытия толщиной до 300 мм и более. The coating method described above can also be applied using a substrate made of a homogeneous metal or a low alloy alloy, in order to obtain coating layers with a thickness of up to 300 mm and more.
Ниже приведен пример осуществления предложенного способа. The following is an example implementation of the proposed method.
В качестве подложки использовано рабочее колесо турбины энергетической установки, имеющее сложную конфигурацию и выполненное из высоколегированного сплава на основе никеля, содержащего такие компоненты, как алюминий, титан, вольфрам, ниобий и другие легко окисляемые элементы. В качестве материала катода использован никель. The turbine impeller of a power plant was used as a substrate, having a complex configuration and made of a high-alloy nickel-based alloy containing components such as aluminum, titanium, tungsten, niobium, and other easily oxidized elements. Nickel was used as the cathode material.
Перед началом проведения процесса нанесения покрытия между катодом и деталью - колесом газовой турбины - располагали экраны, в камере создавали вакуум 1•10-5 мм рт. ст. и после этого вводили в нее аргон до достижения давления 4•10-4 мм рт. ст. и подвергали деталь вращению. Далее на катоде поджигали злектродугу напряжением около 30 В, обеспечивающую формирование ионно-плазменного потока, содержащего ионы аргона, ионы и атомы никеля. С увеличением напряжения до 1000-1500 В между катодом и деталью осуществлялся процесс очистки поверхности детали ионами аргона. После полной очистки ее поверхности от загрязнений и удаления экранов проводили ионно-плазменное нанесение никелевого покрытия толщиной 10-35 мкм при разности потенциалов между катодом и деталью, равной 200 В. Затем разность потенциалов повышали до 1300 В и проводили термический отжиг покрытия при температуре ниже температуры фазовых превращений сплава рабочего колеса турбины. Далее напряжение снижали и проводили процесс нанесения покрытия до получения слоя толщиной 50±20 мкм. Полученный слой отжигали по тому же режиму, что и первый. Процесс нанесения слоя покрытия с последующим отжигом осуществляли неоднократно до получения покрытия заданной толщины. Приведенный выше технологический процесс представлен на чертеже. Из данной иллюстрации процесса видно, что вся технология получения слоя покрытия, равного 200-300 мкм, был осуществлен за 3 цикла.Before starting the coating process between the cathode and the part — the gas turbine wheel — screens were placed, a vacuum of 1 • 10 -5 mm Hg was created in the chamber. Art. and then argon was introduced into it until a pressure of 4 • 10 -4 mm Hg was reached. Art. and subjected the part to rotation. Next, an electric arc with a voltage of about 30 V was ignited at the cathode, which ensured the formation of an ion-plasma flow containing argon ions, ions and nickel atoms. With an increase in voltage up to 1000-1500 V between the cathode and the part, the process of cleaning the surface of the part with argon ions was carried out. After the surface was completely cleaned of contaminants and the screens were removed, an ion-plasma deposition of a nickel coating with a thickness of 10-35 μm was carried out with a potential difference between the cathode and the part equal to 200 V. Then the potential difference was increased to 1300 V and the coating was annealed at a temperature below the temperature phase transformations of the turbine impeller alloy. Then the voltage was reduced and the coating process was carried out until a layer with a thickness of 50 ± 20 μm was obtained. The resulting layer was annealed in the same mode as the first. The process of applying a coating layer with subsequent annealing was carried out repeatedly until a coating of a given thickness was obtained. The above process is shown in the drawing. From this illustration of the process it can be seen that the entire technology for producing a coating layer of 200-300 μm was carried out in 3 cycles.
Отожженную деталь охлаждали до комнатной температуры, после чего удаляли из камеры, а затем в вакуумной печи подвергали диффузионному отжигу при температуре 1000±50oС при разрежении не ниже 1•10-3 мм рт.ст.The annealed part was cooled to room temperature, then it was removed from the chamber, and then in a vacuum oven, it was subjected to diffusion annealing at a temperature of 1000 ± 50 o C with a vacuum of at least 1 • 10 -3 mm Hg.
Были проведены испытания на определение плотности полученного покрытия, его прочности сцепления с деталью и степени равномерности по толщине по всей геометрии поверхности. Металлографические исследования показали на отсутствие пористости и трещин по толщине слоя покрытия, а также на удовлетворительную его равномерность по всей поверхности детали. При механических испытаниях покрытия на разрыв было установлено, что адгезия имела величину не менее 25 кг/мм, что доказывает достаточную прочность его сцепления с деталью и возможность ее использования в экстремальных условиях. Tests were conducted to determine the density of the resulting coating, its adhesion to the part and the degree of uniformity in thickness over the entire surface geometry. Metallographic studies showed the absence of porosity and cracks in the thickness of the coating layer, as well as its satisfactory uniformity over the entire surface of the part. During mechanical tests of the coating for breaking, it was found that the adhesion had a value of at least 25 kg / mm, which proves the sufficient strength of its adhesion to the part and the possibility of its use in extreme conditions.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000109697A RU2192501C2 (en) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | Method of vacuum ion-plasma coating of substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000109697A RU2192501C2 (en) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | Method of vacuum ion-plasma coating of substrate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000109697A RU2000109697A (en) | 2002-04-10 |
| RU2192501C2 true RU2192501C2 (en) | 2002-11-10 |
Family
ID=20233489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000109697A RU2192501C2 (en) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | Method of vacuum ion-plasma coating of substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2192501C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451770C2 (en) * | 2010-05-21 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Энергомаш имени академика В.П. Глушко" | Method for vacuum ion-plasma coating application |
| RU2478140C2 (en) * | 2011-06-02 | 2013-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method for obtaining ion-plasma coating on blades of compressor from titanium alloys |
| RU2502828C1 (en) * | 2012-06-18 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Application of antifriction wear-proof coat on titanium, alloys |
-
2000
- 2000-04-20 RU RU2000109697A patent/RU2192501C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме. - М.: Машиностроение, 1991, с. 79-83. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451770C2 (en) * | 2010-05-21 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Энергомаш имени академика В.П. Глушко" | Method for vacuum ion-plasma coating application |
| RU2478140C2 (en) * | 2011-06-02 | 2013-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" | Method for obtaining ion-plasma coating on blades of compressor from titanium alloys |
| RU2502828C1 (en) * | 2012-06-18 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Application of antifriction wear-proof coat on titanium, alloys |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8036341B2 (en) | Stationary x-ray target and methods for manufacturing same | |
| JP4619464B2 (en) | Method and apparatus for treating a substrate with ions from a low voltage arc discharge | |
| JP5324029B2 (en) | Ceramic coating for semiconductor processing equipment | |
| EP0511153A1 (en) | Plasma enhancement apparatus and method for physical vapor deposition | |
| McCafferty et al. | Naval research laboratory surface modification program: ion beam and laser processing of metal surfaces for improved corrosion resistance | |
| JP6625793B2 (en) | Vacuum arc plasma immersion coating deposition and ion treatment | |
| EP1036211A1 (en) | Sputtering target | |
| JPH0744080B2 (en) | Metal vapor deposition processing method and processing furnace therefor | |
| DE4026494C2 (en) | ||
| Beilis et al. | Thin-film deposition with refractory materials using a vacuum arc | |
| RU2192501C2 (en) | Method of vacuum ion-plasma coating of substrate | |
| KR101888557B1 (en) | ta-C composite coating layer, apparatus for manufacturing ta-C composite coating layer and method for manufacturing using the same | |
| US3854984A (en) | Vacuum deposition of multi-element coatings and films with a single source | |
| JP2022523357A (en) | How to Make a Target for Physical Vapor Deposition (PVD) | |
| WO2008013469A1 (en) | Method for ion-plasma application of film coatings and a device for carrying out said method | |
| KR101353451B1 (en) | Coated steel sheet and method for manufacturing the same | |
| RU2379378C2 (en) | Method of ion-plasma spraying coating of multicomponent film coatings and installation for its implementation | |
| KR100436565B1 (en) | Silicon incorporated tetrahedral amorphous carbon film and preparation method thereof | |
| JP2001521990A (en) | Gas jet PVD method for producing MoSi2 containing layer | |
| JP3305786B2 (en) | Manufacturing method of permanent magnet with excellent corrosion resistance | |
| US20140034484A1 (en) | Device for the elimination of liquid droplets from a cathodic arc plasma source | |
| RU2165474C2 (en) | Method of metal article surface treatment | |
| JP2791977B2 (en) | Rotating anode for X-ray tube and method for producing the same | |
| RU2089655C1 (en) | Method of application of protective coating | |
| JP2603919B2 (en) | Method for producing boron nitride film containing cubic boron nitride crystal grains |