RU2363757C2

RU2363757C2 - Method for application of coats onto products

Info

Publication number: RU2363757C2
Application number: RU2007123887/02A
Authority: RU
Inventors: Валерий Иосифович Богданович (RU); Валерий Иосифович Богданович; Антон Николаевич Асмолов (RU); Антон Николаевич Асмолов; Татьяна Игоревна Буяльская (RU); Татьяна Игоревна Буяльская
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2009-08-10
Also published as: RU2007123887A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention is related to technology for application of strengthening, protective and decorative coats in vacuum onto products for giving them different functional properties and colour shades. Method substance consists in the fact that prior to connection of electric arc generator, protective screen is installed into vacuum chamber, which prevents plasma flux getting onto products into vacuum chamber. Plasma flux that occurs in initial period of time after connection of electric arc generator, gets on screen, and after this period of time elapses, screen is removed.

EFFECT: improved adhesion strength of coat, lower dispersion of adhesion strength and improved quality of coats.

1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии нанесения упрочняющих, защитных и декоративных покрытий в вакууме на изделия для придания им различных функциональных свойств и цветовых оттенков.The invention relates to a technology for applying reinforcing, protective and decorative coatings in vacuum on products to give them various functional properties and color shades.

Известен способ /Барвинок В.А., Богданович В.И. Физические основы и математическое моделирование процессов вакуумного ионно-плазменного напыления. - М.: Машиностроение, 1999. - 309 с./ нанесения покрытий на изделия с использованием электродуговых испарителей с холодным катодом с последующей переработкой плазменной струи в скрещенных электрическом и магнитном полях или с использованием электродуговых ускорителей, совмещающих эти два процесса. Процесс нанесения покрытий основан на конденсации вещества из потока металлической плазмы в атмосфере реакционного газа.The known method / Barvinok V.A., Bogdanovich V.I. Physical foundations and mathematical modeling of processes of vacuum ion-plasma spraying. - M .: Mashinostroenie, 1999. - 309 pp. / Coating of products using cold-cathode electric arc evaporators, followed by processing of the plasma jet in crossed electric and magnetic fields, or using electric arc accelerators combining these two processes. The coating process is based on the condensation of a substance from a stream of metal plasma in the atmosphere of a reaction gas.

При таком способе получения композиционных покрытий основными недостатками являются: во-первых, недостаточная адгезионная прочность покрытия, во-вторых, большая величина дисперсии адгезионной прочности для различных партий деталей.With this method of obtaining composite coatings, the main disadvantages are: firstly, insufficient adhesive strength of the coating, and secondly, a large amount of dispersion of adhesive strength for various batches of parts.

Наиболее близким к техническому решению является способ /Патент РФ 2146724 C1, С23С 14/06, 14/35/ нанесения покрытий на изделия с использованием электродугового распыления катодной мишени, осаждения получаемого потока на изделия в атмосфере реакционноспособного газа.Closest to the technical solution is the method / Patent RF 2146724 C1, C23C 14/06, 14/35 / coating products using electric arc sputtering of the cathode target, deposition of the resulting stream on the product in an atmosphere of reactive gas.

К недостаткам этого способа можно отнести: недостаточную адгезионную прочность покрытий, а также большую величину дисперсии адгезионной прочности для различных партий деталей. Это приводит к тому, что изделия с покрытиями, получаемые в критикуемом способе, имеют большой разброс значений в долговечности эксплуатации покрытий.The disadvantages of this method include: insufficient adhesive strength of the coatings, as well as a large dispersion of adhesive strength for various batches of parts. This leads to the fact that products with coatings obtained in the criticized method have a wide range of values in the durability of the coatings.

В основу изобретения поставлена задача - повысить адгезионную прочность, снизить величину дисперсии адгезионной прочности и повысить качество покрытий.The basis of the invention the task is to increase adhesive strength, reduce the dispersion of adhesive strength and improve the quality of coatings.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе нанесения покрытий на изделия, заключающемся в размещении изделий в вакуумной камере, ее вакуумирование, включение электродугового генератора и осуществление распыления катодной мишени, согласно изобретению перед включением электродугового генератора в вакуумную камеру устанавливают защитный экран для предотвращения попадания плазменного потока на изделия, размещенные в вакуумной камере, который убирают после того, как с рабочей поверхности катодной мишени при ее распылении удалится поверхностный слой материала толщиной не менее 0,5 мкм.The problem is solved due to the fact that in the method of coating products, which consists in placing the products in a vacuum chamber, evacuating it, turning on the electric arc generator and spraying the cathode target, according to the invention, a protective screen is installed before turning on the electric arc generator in the vacuum chamber to prevent hit plasma flow to products placed in a vacuum chamber, which is removed after being sprayed from the working surface of the cathode target the surface layer of the material is at least 0.5 microns thick.

В случае, когда экран убирают после того, как с рабочей поверхности катода удаляется материал толщиной 0,4 мкм и менее, на поверхность детали эродирует материал в виде микрофрагментов окисной пленки, которая закрепляется на ней, что значительно снижает адгезионную прочность покрытия, а также создается большая величина дисперсии адгезионной прочности.In the case when the screen is removed after material with a thickness of 0.4 μm or less is removed from the cathode’s working surface, the material is eroded onto the surface of the part in the form of microfragments of an oxide film that is attached to it, which significantly reduces the adhesive strength of the coating, and also creates large dispersion of adhesive strength.

Это связанно с тем, что размещение деталей в вакуумной камере проводится в условиях ее разгерметизации. При этом рабочая поверхность катода генератора окисляется и на его поверхности образуется пленка окислов и других адсорбированных газов. Причем в зависимости от атмосферы в помещение, в котором располагается вакуумная ионно-плазменная установка, образуемые пленки имеют различный состав и различные толщины. Образование таких пленок активируется тем, что при работе катода на предыдущей стадии из-за электроэрозии его поверхности, она имеет развитую шероховатость и высокую химическую чистоту, то есть обладает высокой химической активностью. После размещения детали в камере, ее вакуумировании и начале процесса с поверхности катода эродирует материал в виде микрофрагментов такой пленки, которая попадает на поверхность детали, закрепляется на ней, что приводит к следующему.This is due to the fact that the placement of parts in a vacuum chamber is carried out under conditions of its depressurization. In this case, the working surface of the cathode of the generator is oxidized and a film of oxides and other adsorbed gases is formed on its surface. Moreover, depending on the atmosphere in the room in which the vacuum ion-plasma installation is located, the films formed have different compositions and different thicknesses. The formation of such films is activated by the fact that during cathode operation at the previous stage due to electroerosion of its surface, it has a developed roughness and high chemical purity, that is, it has high chemical activity. After placing the part in the chamber, evacuating it, and beginning the process, the material erodes from the cathode surface in the form of microfragments of such a film, which enters the part surface, is fixed on it, which leads to the following.

Во-первых, на поверхности детали возникают микродуговые привязки, которые создают перегрузку источника питания опорного и высокого напряжения и его кратковременного включения, что снижает адгезию, прочность покрытия и изменяет его состав и толщину.Firstly, microarc bindings appear on the surface of the part, which creates an overload of the power source of the reference and high voltage and its short-term inclusion, which reduces the adhesion, coating strength and changes its composition and thickness.

Во-вторых, при ионной очистке эти микрофрагменты пленки, попавшие на поверхность детали вместе со струей плазмы, замуровывают загрязнения поверхности, не позволяют их удалить ионной очисткой, а следовательно, снижает адгезионную прочность покрытия.Secondly, during ionic cleaning, these microfragments of the film that hit the surface of the part together with the plasma jet block the surface impurities, do not allow them to be removed by ionic cleaning, and therefore reduce the adhesive strength of the coating.

В-третьих, скорость эрозии катода в начальный период (в период разогрева катода) отличается от скорости разогретого катода. Поэтому состав нанесенного покрытия будет также отличаться.Third, the cathode erosion rate in the initial period (during the cathode heating period) differs from the speed of the heated cathode. Therefore, the composition of the coating will also be different.

По сравнению с патентом №2146724 предлагаемый способ позволяет следующее.Compared with patent No. 2146724, the proposed method allows the following.

1. Повысить качество покрытия за счет устранения пленки окислов и других адсорбированных газов, образовавшихся на поверхности катода из атмосферы комнаты и самой вакуумной камеры, так как во время процесса напыления плазма с микрофрагментами пленки попадает на предлагаемый защитный экран, перекрывающий возможность попадания микрофрагментов на изделие, а затем химически чистая по составу плазма попадает на изделие, что позволяет получить прочное покрытие, одинаковое по составу и толщине.1. To improve the quality of the coating by eliminating the film of oxides and other adsorbed gases formed on the cathode surface from the atmosphere of the room and the vacuum chamber itself, since during the sputtering process, the plasma with microfragments of the film gets on the proposed protective screen that blocks the possibility of microfragments getting onto the product, and then plasma, chemically pure in composition, gets on the product, which makes it possible to obtain a durable coating with the same composition and thickness.

2. Повысить качество покрытия за счет того, что процесс напыления на изделие можно производить при одинаковой скорости эрозии катода. Так как в начальный период времени скорость катода отличатся от той скорости, когда катод разогрет, необходимо холодным катодом производить напыление на предлагаемый экран, а затем во время его разогрева производить напыление непосредственно на изделие.2. To improve the quality of the coating due to the fact that the spraying process on the product can be performed at the same cathode erosion rate. Since in the initial period of time the speed of the cathode differs from the speed when the cathode is heated, it is necessary to spray the proposed screen with a cold cathode, and then spray directly onto the product during its heating.

Конкретное применение вышеуказанного способа рассмотрим на примере.The specific application of the above method will be considered as an example.

На образцы, изготовленные из полиимида, наносилось на токе 120А и при нулевом потенциале покрытие из титана и меди. Определялась адгезионная прочность полученной пленки по клеевой методике. Результаты испытаний образцов на прочность по клеевой методике представлены в таблице.Samples made of polyimide were applied at a current of 120A and, at zero potential, a coating of titanium and copper. The adhesive strength of the obtained film was determined by the adhesive technique. The results of testing the samples for strength by the adhesive technique are presented in the table.

Claims

A method of coating products, including placing the products in a vacuum chamber, evacuating it, turning on the electric arc generator and spraying the cathode target, characterized in that before turning on the electric arc generator in the vacuum chamber, a protective screen is installed to prevent the plasma flow from entering the products placed in the vacuum the chamber, which is removed after the surface layer of the material with a thickness not less than that is removed from the working surface of the cathode target when it is sprayed e 0.5 μm.