RU2210618C2 - Facility for deposition of reinforcing coats - Google Patents
Facility for deposition of reinforcing coats Download PDFInfo
- Publication number
- RU2210618C2 RU2210618C2 RU2000127957/02A RU2000127957A RU2210618C2 RU 2210618 C2 RU2210618 C2 RU 2210618C2 RU 2000127957/02 A RU2000127957/02 A RU 2000127957/02A RU 2000127957 A RU2000127957 A RU 2000127957A RU 2210618 C2 RU2210618 C2 RU 2210618C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- tube
- reaction gas
- coatings
- pipe
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Description
Bзобретение относится к области электротермии, в частности к устройствам для нанесения ионно-плазменных покрытий. The invention relates to the field of electrothermics, in particular to devices for applying ion-plasma coatings.
Известно устройство-прототип для нанесения упрочняющих покрытий (RU 20666704 C1, С 23 С 14/24, 20.09.1996) из водоохлаждаемой камеры, в которой расположены стол, патрубок для присоединения вакуумной системы, трубка для подвода реакционного газа и катодные узлы с водоохлаждаемым каплеуловителем, состоящие из цельного катода цилиндрической формы, токоведущей шины и охлаждающей системы. Устройство работает по принципу плазменного ускорителя. Ионы, содержащиеся в плазменном потоке, с большой скоростью бомбардируют поверхность деталей, очищают и активируют поверхность обработки. Ионы внедряются в кристаллическую решетку поверхностного слоя и образуют на поверхности микропленку конденсируемого материала тугоплавкого катода. A known prototype device for applying hardening coatings (RU 20666704 C1, C 23 C 14/24, 09/20/1996) from a water-cooled chamber in which there is a table, a pipe for connecting a vacuum system, a tube for supplying reaction gas and cathode assemblies with a water-cooled droplet eliminator consisting of a solid cylindrical cathode, a busbar and a cooling system. The device works on the principle of a plasma accelerator. The ions contained in the plasma stream bombard the surface of the parts with high speed, clean and activate the treatment surface. Ions are introduced into the crystal lattice of the surface layer and form on the surface a microfilm of a condensed material of a refractory cathode.
Недостатком известного устройства-прототипа являются:
- низкий коэффициент использования реакционного газа, не превышающий 30%;
- высокие температуры нагрева деталей ионной бомбардировкой, не ниже 300oС, что значительно снижает эффективность метода;
- значительное количество микрокапельной фазы, не позволяющее наносить покрытия на детали с шероховатостью, меньшей, чем Ra 2,5...1,25 из-за неизбежного ухудшения чистоты поверхности, при этом использование водоохлаждаемого каплеуловителя не достаточно эффективно.A disadvantage of the known prototype device are:
- low utilization of the reaction gas, not exceeding 30%;
- high temperature heating of parts by ion bombardment, not lower than 300 o C, which significantly reduces the effectiveness of the method;
- a significant amount of droplet phase, which does not allow coating on parts with a roughness less than R a 2.5 ... 1.25 due to the inevitable deterioration of surface cleanliness, while the use of a water-cooled droplet eliminator is not effective enough.
Кроме того, при нанесении покрытий может формироваться переходная зона со столбчатой структурой, которая значительно понижает адгезионную прочность ионно-плазменных покрытий с обрабатываемыми деталей. In addition, during the deposition of coatings, a transition zone with a columnar structure can be formed, which significantly reduces the adhesive strength of ion-plasma coatings with machined parts.
Технический результат от использования заявляемого изобретения состоит в повышении коэффициента использования реакционных газов, снижении температуры нагрева деталей ионной бомбардировкой, уменьшении количества "микрокапельной" фазы, избежании формирования переходной зоны со столбчатой структурой. The technical result from the use of the claimed invention consists in increasing the utilization rate of reaction gases, lowering the temperature of the parts by ion bombardment, reducing the amount of “microdrop” phase, avoiding the formation of a transition zone with a columnar structure.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для нанесения покрытий, включающем реакционную камеру, стол и катодные узлы, состоящие из катода и токоподводящей трубы, камера имеет дверцу и патрубок для присоединения вакуумной системы, каждый катодный узел имеет патрубки для подачи и забора воды и трубку для подвода реакционного газа, расположенную в токоведущей трубе, а внутри катода выполнен канал, сообщающийся с трубкой для подвода реакционного газа, в форме конуса с вершиной, обращенной к этой трубке. The problem is solved due to the fact that in a coating device including a reaction chamber, a table and cathode assemblies consisting of a cathode and a current supply pipe, the chamber has a door and a nozzle for connecting a vacuum system, each cathode assembly has nozzles for supplying and withdrawing water and a tube for supplying the reaction gas located in the current-carrying pipe, and a channel is made inside the cathode that communicates with the tube for supplying the reaction gas in the form of a cone with the apex facing this tube.
На фиг. 1 показана схема устройства для нанесения упрочняющих покрытий. На фиг.2 показано поперечное сечение катодного узла. In FIG. 1 shows a diagram of a device for applying hardening coatings. Figure 2 shows a cross section of a cathode assembly.
Устройство для нанесения упрочняющих покрытий содержит корпус 1, дверцу 2, стол 3, патрубок для присоединения вакуумной системы 4, катодные узлы 5. Катодный узел состоит из катода 6, внутреннего канала 7, токоведущей трубы 8, трубки для подвода реакционного газа 9, патрубков для подачи и забора воды 10. The device for applying hardening coatings comprises a housing 1, a door 2, a table 3, a nozzle for attaching a vacuum system 4, cathode assemblies 5. The cathode assembly consists of a
Устройство работает следующим образом. Образец размещают на столе 3, расположенном в корпусе 1, через дверцу 2. The device operates as follows. The sample is placed on the table 3, located in the housing 1, through the door 2.
Откачку воздуха из камеры проводят с использованием вакуумной системы через патрубок 4. The pumping of air from the chamber is carried out using a vacuum system through the pipe 4.
Очистку деталей проводят плазмой тлеющего разряда в среде аргона при давлении в реакционной камере (4...5)•10-2 мм pт.cт. при постепенном подъеме напряжения до 0,8. ..1,2 кВ до полного прекращения микродуг на поверхности деталей.Parts are cleaned by glow discharge plasma in argon atmosphere at a pressure in the reaction chamber (4 ... 5) • 10 -2 mm Hg. with a gradual increase in voltage to 0.8. ..1.2 kV until the micro-arcs on the surface of the parts cease completely.
Нагрев образцов ионной бомбардировкой проводят двумя катодными узлами 5 до температуры, которая определяется типом инструментальной стали: У8 и 40Х - 473. . . 493 К (200...220oС); ХВГ и Х12Ф1 - 603 К (330...350oС); 30ХГСА и 4Х5МФС - 703...732К (430...450oС).The samples are heated by ion bombardment by two cathode units 5 to a temperature that is determined by the type of tool steel: U8 and 40X - 473.. . 493 K (200 ... 220 o C); CVG and X12F1 - 603 K (330 ... 350 o C); 30KhGSA and 4Kh5MFS - 703 ... 732K (430 ... 450 o C).
Ток дуги на катодах: Ti-80A; Сr-60А; Аl-90А. Величина тока фокусирующих катушек: 0,4. . .0,5 А. Величина тока стабилизирующих катушек: 0,6...0,8 А. Величина остаточного давления в реакционной камере: (4...5)o10-4 мм рт.ст.Cathode Arc Current: Ti-80A; Cr-60A; Al-90A. The current value of the focusing coils: 0.4. . .0.5 A. Current value of stabilizing coils: 0.6 ... 0.8 A. Residual pressure in the reaction chamber: (4 ... 5) o 10 -4 mm Hg
Конденсацию упрочняющих покрытий проводят при следующих режимах: покрытие Ti-TiN: титан - 20 мин, нитрид титана - 30 мин; покрытие (Ti, Cr)-(Ti, Cr)N: титан-хром - 20 мин, нитрид титана-хром - 30 мин; покрытие (Ti, Al)N: нитрид титана-алюминий - 40 мин. The hardening coatings are condensed under the following conditions: Ti-TiN coating: titanium - 20 min, titanium nitride - 30 min; coating (Ti, Cr) - (Ti, Cr) N: titanium-chromium - 20 min, titanium-chromium nitride - 30 min; coating (Ti, Al) N: titanium nitride-aluminum - 40 min.
Давление азота в реакционной камере (4...5)•10-3 мм рт.ст. Величину опорного напряжения при конденсации покрытий изменяют от 300 В до 150 В в зависимости от изменения температуры деталей.Nitrogen pressure in the reaction chamber (4 ... 5) • 10 -3 mm Hg The value of the reference voltage during condensation of the coatings varies from 300 V to 150 V, depending on the change in temperature of the parts.
При этом реакционный газ по трубке 9, поступает в расположенный внутри катода 6 канал 7, выполненный в форме конуса, вершина которого сообщается с трубкой для подвода реакционного газа 9, где происходит формирование нитридов тугоплавких металлов, образующих покрытие. Напряжение подается на токоведущую трубу 8, в которой циркулирует вода, поступающая через патрубки для подачи и забора воды 10. In this case, the reaction gas through the
Использование предлагаемого устройства показало, что по сравнению с прототипом, заявляемое устройство обеспечивает уменьшение количества "микрокапельной" фазы в объеме покрытий в 40-50 раз. По данным металлографического анализа в структуре покрытий наблюдается небольшое количество "микрокапельной" фазы с дисперсностью, не превышающей 20...30 мкм. Using the proposed device showed that, compared with the prototype, the claimed device provides a reduction in the number of "microdrop" phase in the volume of coatings by 40-50 times. According to metallographic analysis, a small amount of a “microdrop” phase is observed in the coating structure with a dispersion not exceeding 20 ... 30 microns.
Кроме того, уменьшается расход реакционных газов, понижается температура нагрева деталей до 180-200oС, повышается адгезионная прочность.In addition, the consumption of reaction gases decreases, the temperature of the parts decreases to 180-200 o C, the adhesive strength increases.
Из анализа результатов по изменению шероховатости поверхности образцов из различных инструментальных сталей следует, что конденсация многослойных и комбинированных покрытий с использованием заявляемого устройства не приводит к понижению шероховатости до значений Ra 0,04...0,02. При этом при исходной шероховатости Ra 2,5...1,25 чистота поверхности после конденсации покрытий толщиной 6...8 мкм повышается, независимо от состава инструментальной стали. From the analysis of the results on changing the surface roughness of the samples from various tool steels, it follows that the condensation of multilayer and combined coatings using the inventive device does not lead to a decrease in roughness to values of Ra 0.04 ... 0.02. Moreover, with the initial roughness Ra 2.5 ... 1.25, the surface cleanliness after condensation of coatings with a thickness of 6 ... 8 μm increases, regardless of the composition of tool steel.
Исследования показывают, что процесс нанесения вакуумных ионно-плазменных покрытий на конструкционные и инструментальные стали при подаче реакционных газов по центральному каналу катодного узла значительно расширяет возможности ионно-плазменной технологии при нанесении покрытий различного функционального назначения. Studies show that the process of applying vacuum ion-plasma coatings to structural and tool steels by supplying reaction gases through the central channel of the cathode assembly significantly expands the possibilities of ion-plasma technology when applying coatings for various functional purposes.
При формировании покрытий в результате сепарации "микрокапельной" фазы значительно повышаются физико-механические свойства: микро-твердость с 1000-1200 кг/мм2 до 1800-2000 кг/мм2, твердость с 35-40 HRC до 60-65 HRC.During the formation of coatings as a result of the separation of the “microdrop” phase, the physicomechanical properties significantly increase: microhardness from 1000-1200 kg / mm 2 to 1800-2000 kg / mm 2 , hardness from 35-40 HRC to 60-65 HRC.
Коэффициент использования реакционных газов (аргон, азот, ацетилен) возрастает с 30-35% до 80-90%. The utilization rate of reaction gases (argon, nitrogen, acetylene) increases from 30-35% to 80-90%.
Значительное уменьшение микрокапельной фазы в составе покрытий позволили наносить покрытия на поверхности с шероховатостью до 12 класса и использовать ионно-плазменную технологию для упрочнения штампов и пресс-форм с высокой степенью подготовки поверхности. A significant reduction in the droplet phase in the composition of the coatings made it possible to apply coatings on the surface with roughness up to grade 12 and use ion-plasma technology for hardening dies and molds with a high degree of surface preparation.
Использование при нанесении ионно-плазменных покрытий низких температур нагрева деталей (не выше 200oС) позволяет проводить упрочнение формующих поверхностей деформирующего инструмента из углеродистых сталей, нагрев которых до более высоких температур приведет к разупрочнению инструмента.The use of low-temperature heating parts (not higher than 200 o C) when applying ion-plasma coatings allows hardening of the forming surfaces of a deforming tool made of carbon steels, heating of which to higher temperatures will lead to softening of the tool.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000127957/02A RU2210618C2 (en) | 2000-11-08 | 2000-11-08 | Facility for deposition of reinforcing coats |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000127957/02A RU2210618C2 (en) | 2000-11-08 | 2000-11-08 | Facility for deposition of reinforcing coats |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000127957A RU2000127957A (en) | 2002-11-10 |
| RU2210618C2 true RU2210618C2 (en) | 2003-08-20 |
Family
ID=29245247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000127957/02A RU2210618C2 (en) | 2000-11-08 | 2000-11-08 | Facility for deposition of reinforcing coats |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2210618C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU170203U1 (en) * | 2016-02-24 | 2017-04-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) | INSTALLATION FOR BODY ALLOYING |
| RU179897U1 (en) * | 2017-10-17 | 2018-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Device for supplying energy to a technological sprayer |
-
2000
- 2000-11-08 RU RU2000127957/02A patent/RU2210618C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов/ Под ред. СМОЛЕНЦЕВА В.П., т. 2, - М.: Высшая школа, 1983, с. 82, рис. VI.II. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU170203U1 (en) * | 2016-02-24 | 2017-04-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) | INSTALLATION FOR BODY ALLOYING |
| RU179897U1 (en) * | 2017-10-17 | 2018-05-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Device for supplying energy to a technological sprayer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6261424B1 (en) | Method of forming diamond-like carbon coating in vacuum | |
| CA2573485C (en) | Method and system for coating internal surfaces of prefabricated process piping in the field | |
| EP2148939B1 (en) | Vacuum treatment unit and vacuum treatment process | |
| US9175381B2 (en) | Processing tubular surfaces using double glow discharge | |
| TW201402842A (en) | Current insulated bearing components and bearings | |
| CN111945111B (en) | Composite coating deposited on surface of cubic boron nitride cutter and deposition method | |
| RU2210618C2 (en) | Facility for deposition of reinforcing coats | |
| DE102004054193A1 (en) | Hard coating on any, preferably flexible substrate, comprising at least two morphologically different layers useful in applications involving friction pairs has outer layer comprising hard layer of amorphous, diamond-like carbon (DLC) | |
| JP6696991B2 (en) | Plasma process and reactor for thermochemical treatment of the surface of metal pieces | |
| CN115261777B (en) | Device and method for optimizing ion nitriding of inner wall of pipe | |
| CN113293357B (en) | Method for depositing diamond-like coating on inner wall of pulse composite radio frequency enhanced hollow cathode long tube | |
| CN114686829B (en) | Wear-resistant fatigue-resistant repeated impact-resistant coating and production process thereof | |
| CN113564517A (en) | Device and method for in-situ deposition of PVD (physical vapor deposition) coating after low-temperature rapid toughness nitriding | |
| US11214861B2 (en) | Arrangement for coating substrate surfaces by means of electric arc discharge | |
| JP2022553646A (en) | Inorganic coating of plasma chamber components | |
| WO2014022075A1 (en) | Device for the elimination of liquid droplets from a cathodic arc plasma source | |
| RU2146724C1 (en) | Method for depositing composite coatings | |
| RU2361965C1 (en) | Method of filtering element manufacturing and rotating device for its manufacturing | |
| RU1812239C (en) | Method for vacuum machining of metal articles | |
| RU2192501C2 (en) | Method of vacuum ion-plasma coating of substrate | |
| CN113957380A (en) | Low-current glow light and high-current arc light plasma combined nitriding method | |
| CN114921759B (en) | Multi-arc ion plating coating process | |
| JPH04228566A (en) | Conductive fiber coating method and apparatus by sputter ion plating | |
| KR950000010B1 (en) | Ion plating method and processing apparatus therefor | |
| JPS6342362A (en) | Production of surface coated steel material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031109 |