RU2367723C1 - Cathode assembly for electric-arc evaporator - Google Patents
Cathode assembly for electric-arc evaporator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2367723C1 RU2367723C1 RU2008122294/02A RU2008122294A RU2367723C1 RU 2367723 C1 RU2367723 C1 RU 2367723C1 RU 2008122294/02 A RU2008122294/02 A RU 2008122294/02A RU 2008122294 A RU2008122294 A RU 2008122294A RU 2367723 C1 RU2367723 C1 RU 2367723C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- electric arc
- arc evaporator
- evaporator according
- components
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технике вакуумно-плазменного нанесения покрытия и может быть использовано в авиа- и машиностроении для нанесения защитных упрочняющих покрытий на различные изделия.The invention relates to techniques for vacuum-plasma coating and can be used in aircraft and mechanical engineering for applying protective hardening coatings to various products.
Для напыления упрочняющих покрытий наиболее широкое распространение получили катодные узлы планарного типа, у которых катод представляет собой плоский параллелепипед из напыляемого материала. Работа такого источника основана на вакуумном дуговом разряде, горящем исключительно в парах материала катода. Камера установки служит анодом, а испаритель, выполненный из напыляемого материала, является катодом, на котором горит дуга и происходит испарение ионов металла в газовой среде. Из-за неподвижного расположения происходит неравномерное испарение металла с планара, недостаточное количество испаряемых ионов в объеме камеры и высокая капельная фаза.For the deposition of hardening coatings, the planar cathode assemblies, in which the cathode is a flat parallelepiped made of a sprayed material, are most widely used. The operation of such a source is based on a vacuum arc discharge burning exclusively in the vapor of the cathode material. The installation chamber serves as the anode, and the evaporator, made of sprayed material, is the cathode on which the arc burns and metal ions evaporate in the gas medium. Due to the fixed arrangement, uneven metal evaporation from the planar occurs, an insufficient amount of evaporated ions in the chamber volume and a high droplet phase.
Прототипом изобретения служит катодный узел электродугового испарителя металлов для нанесения покрытий на протяженные изделия (Патент RU 2280709 С2 С23С 14/35, 2006). Испаритель состоит из немагнитного катода электродугового разряда и анода. В полости катода расположена система управления движением катодного пятна в виде катушки с соленоидами. Анод выполнен немагнитным в виде вертикальных пластин, расположенных по окружности вдоль катода и охватывающих его. Блок управления движением катодного пятна состоит из программируемого устройства, источника постоянного тока с отрицательным выходом для подключения к обрабатываемой детали. Электродуговой испаритель содержит охлаждаемый катод, с возможностью вращательного движения, выполненный из испаряемого материала в виде обечайки с внешней рабочей и внутренней охлаждаемой поверхностью, снабженный средствами подвода и отвода охлаждающей среды, средствами электрической связи катода с источником электропитания разряда, магнитным фиксатором положения катодного пятна, с возможностью возвратно-поступательного движения и поворота относительно оси катода.The prototype of the invention is the cathode assembly of an electric arc metal evaporator for coating extended products (Patent RU 2280709 C2 C23C 14/35, 2006). The evaporator consists of a non-magnetic cathode of an electric arc discharge and an anode. The cathode spot motion control system in the form of a coil with solenoids is located in the cathode cavity. The anode is made non-magnetic in the form of vertical plates located around the circumference along the cathode and covering it. The cathode spot motion control unit consists of a programmable device, a DC source with a negative output for connection to the workpiece. The electric arc evaporator contains a cooled cathode, with the possibility of rotational movement, made of evaporated material in the form of a shell with an external working and internal cooled surface, equipped with means for supplying and discharging a cooling medium, electric means for connecting the cathode with a discharge power supply, and a magnetic fixator for the position of the cathode spot, s the possibility of reciprocating motion and rotation about the axis of the cathode.
Недостатком прототипа является то, что поверхность, с которой испаряются ионы металла, является цилиндрической, за счет чего существует большой процент капельной фазы, что ухудшает напыляемый слой. Также к недостатку этого изобретения следует отнести то, что катод является цельным, что не позволяет получать слои напыляемого материала из разных элементов.The disadvantage of the prototype is that the surface from which the metal ions evaporate is cylindrical, due to which there is a large percentage of the droplet phase, which worsens the sprayed layer. Also a disadvantage of this invention is the fact that the cathode is solid, which does not allow to obtain layers of the sprayed material from different elements.
Задачей изобретения является повышение качества напыляемого на поверхность изделия покрытия за счет бочкообразной формы катода, возможности изготовления катода составным (из колец, сегментов или смешанным вариантом), трех вариантов изготовления внутренней поверхности катода, а также за счет возможности компоновки катода из разнородных материалов.The objective of the invention is to improve the quality of the coating deposited on the surface of the product due to the barrel-shaped cathode, the possibility of making a composite cathode (from rings, segments, or a mixed version), three manufacturing options for the inner surface of the cathode, and also due to the possibility of assembling the cathode from dissimilar materials.
Поставленная задача решается тем, что электродуговой испаритель, содержащий охлаждаемый катод, с возможностью вращательного движения, выполненный из испаряемого материала в виде обечайки с внешней рабочей и внутренней охлаждаемой поверхностью, снабженный средствами подвода и отвода охлаждающей среды, средствами электрической связи катода с источником электропитания разряда, магнитным фиксатором положения катодного пятна, с возможностью возвратно-поступательного движения и поворота относительно оси катода, в отличие от прототипа имеет бочкообразную рабочую поверхность катода.The problem is solved in that the electric arc evaporator containing a cooled cathode, with the possibility of rotational movement, made of the evaporated material in the form of a shell with an external working and internal cooled surface, equipped with means for supplying and discharging a cooling medium, means of electrical connection of the cathode with a discharge power supply, magnetic fixation of the position of the cathode spot, with the possibility of reciprocating motion and rotation about the axis of the cathode, in contrast to the prototype and EET barrel working surface of the cathode.
Кроме того, в отличие от прототипа электродуговой испаритель может иметь внутреннюю поверхность катода цилиндрической формы.In addition, unlike the prototype, an electric arc evaporator may have a cylindrical inner surface of the cathode.
Кроме того, в отличие от прототипа электродуговой испаритель может иметь внутреннюю поверхность катода бочкообразной формы.In addition, unlike the prototype, the electric arc evaporator may have a barrel-shaped inner surface of the cathode.
Кроме того, в отличие от прототипа электродуговой испаритель может иметь внутреннюю поверхность катода, выполненную в виде цилиндров различного диаметра, с максимальным диаметром в центре и с минимальным на торцах.In addition, unlike the prototype, an electric arc evaporator can have an inner surface of the cathode made in the form of cylinders of various diameters, with a maximum diameter in the center and a minimum at the ends.
Также технический результат достигается тем, что электродуговой испаритель в отличие от прототипа имеет составной катод.Also, the technical result is achieved in that the electric arc evaporator, unlike the prototype, has a composite cathode.
Технический результат достигается тем, что составные части катода электродугового испарителя могут быть выполнены в виде колец.The technical result is achieved in that the components of the cathode of the electric arc evaporator can be made in the form of rings.
Кроме того, в отличие от прототипа составные части катода электродугового испарителя могут быть выполнены в виде сегментов.In addition, unlike the prototype, the components of the cathode of the electric arc evaporator can be made in the form of segments.
Кроме того, в отличие от прототипа составные части катода электродугового испарителя - кольца - могут быть выполнены в виде сегментов.In addition, unlike the prototype, the components of the cathode of the electric arc evaporator - rings - can be made in the form of segments.
Технический результат достигается тем, что составные части катода - кольца - имеют возможность смещения друг относительно друга на угол от 0 до 360°.The technical result is achieved by the fact that the components of the cathode - the ring - have the ability to offset relative to each other at an angle from 0 to 360 °.
Технический результат достигается тем, что в отличие от прототипа электродуговой испаритель имеет составные части катода, выполненные из разнородных материалов с возможностью обеспечения заданной компоновки.The technical result is achieved by the fact that, in contrast to the prototype, the electric arc evaporator has cathode components made of dissimilar materials with the ability to provide a given layout.
Технический результат достигается тем, что в отличие от прототипа соотношение размеров составных частей катода электродугового испарителя может быть различно, в зависимости от требований к составу напыляемого покрытия.The technical result is achieved in that, in contrast to the prototype, the ratio of the dimensions of the components of the cathode of the electric arc evaporator can be different, depending on the requirements for the composition of the sprayed coating.
Кроме того, в отличие от прототипа составные части электродугового испарителя могут быть соединены сваркой.In addition, unlike the prototype, the components of the electric arc evaporator can be connected by welding.
Сущность изобретения поясняется чертежами: на Фиг.1 изображена принципиальная схема катодного узла. На Фиг.2 изображен процесс отделения капельной фазы. На Фиг.3 представлены варианты внутренней поверхности электродугового испарителя. На Фиг.4 представлены конструктивные варианты исполнения составных частей катода. На Фиг.5 изображены варианты возможной компоновки составных частей изобретения.The invention is illustrated by drawings: figure 1 shows a schematic diagram of a cathode assembly. Figure 2 shows the process of separation of the droplet phase. Figure 3 presents options for the inner surface of the electric arc evaporator. Figure 4 presents structural options for the implementation of the components of the cathode. Figure 5 shows the possible layout of the components of the invention.
На Фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого изобретения, где цифрами обозначены: 1 - испаряемый материал (катод); 2 - внутренняя полость; 3 - магнитный фиксатор положения катодного пятна (МФПКП), имеющий возможность возвратно-поступательного движения и поворота относительно оси катода, ω - угловая скорость вращения катода, φ - угол поворота магнитного фиксатора.Figure 1 presents a schematic diagram of the invention, where the numbers denote: 1 - evaporated material (cathode); 2 - internal cavity; 3 - magnetic cathode spot position fixator (MFPKP), having the possibility of reciprocating motion and rotation about the cathode axis, ω is the angular velocity of the cathode rotation, φ is the rotation angle of the magnetic lock.
Технический результат достигается тем, что рабочая поверхность катода выполнена бочкообразно. В отличие от цилиндрической формы катода (прототипа), бочкообразная форма позволяет значительно снизить процент капельной фазы (Фиг.2). При испарении ионов с поверхности катода происходит отделение капельной фазы, представляющей из себя расплавленные капли испаряемого материала, в пределах от 0 до 15° от поверхности испарения (угол γ, Фиг.2). Угол α1 и α2 (Фиг.2) - угол испарения ионов металла без капельной фазы, при цилиндрической и бочкообразной форме катода соответственно. Как видно из рисунка, за счет бочкообразной формы (Фиг.2b) происходит значительное уменьшение попадания капельной фазы на обрабатываемое изделие, в отличие от цилиндрической формы катода (Фиг.2а), α2>α1, что значительно улучшает качество покрытия.The technical result is achieved by the fact that the working surface of the cathode is made barrel-shaped. Unlike the cylindrical shape of the cathode (prototype), the barrel-shaped form can significantly reduce the percentage of the droplet phase (Figure 2). When ions are evaporated from the cathode surface, the droplet phase is separated, which is a molten drop of vaporized material, ranging from 0 to 15 ° from the evaporation surface (angle γ, FIG. 2). The angle α 1 and α 2 (Figure 2) is the angle of evaporation of metal ions without the drop phase, with a cylindrical and barrel-shaped cathode, respectively. As can be seen from the figure, due to the barrel-shaped form (Fig.2b), there is a significant reduction in the drip phase getting onto the workpiece, in contrast to the cylindrical shape of the cathode (Fig.2a), α 2 > α 1 , which significantly improves the quality of the coating.
Технический результат достигается и тем, что либо внутренняя поверхность катода имеет цилиндрическую форму (Фиг.3а), либо внутренняя поверхность катода имеет бочкообразную форму(Фиг.3b), либо внутренняя поверхность катода выполнена в виде цилиндров различного диаметра, с максимальным диаметром в центре и с минимальным на торцах (Фиг.3с). Данные конструктивные варианты позволяют осуществить охлаждение катода и обеспечить возможность его вращения. При внутренней поверхности катода, выполненной в бочкообразной форме, технический результат достигается за счет того, что за счет равномерной толщины катода происходит экономия напыляемого материала и равномерное охлаждение катода.The technical result is achieved by the fact that either the inner surface of the cathode has a cylindrical shape (Fig.3a), or the inner surface of the cathode has a barrel-shaped form (Fig.3b), or the inner surface of the cathode is made in the form of cylinders of various diameters, with a maximum diameter in the center and with a minimum at the ends (Fig.3c). These design options allow for the cooling of the cathode and provide the possibility of its rotation. When the inner surface of the cathode is made in a barrel-shaped form, the technical result is achieved due to the fact that due to the uniform thickness of the cathode, the sprayed material is saved and the cathode is uniformly cooled.
Наиболее перспективным и эффективным процессом нанесения покрытий являются ионно-плазменные способы нанесения пленочных мультислойных, в том числе нанотолщинных покрытий в вакууме. Этот способы имеют ряд существенных преимуществ перед другими известными способами нанесения покрытий. Для получения пленок из различных материалов требуется использование нескольких цельных катодов из различных материалов или составных катодов.The most promising and effective coating process is the ion-plasma methods for applying multilayer film, including nanoscale coatings in vacuum. This methods have a number of significant advantages over other known coating methods. To obtain films from various materials, the use of several integral cathodes from various materials or composite cathodes is required.
Технический результат достигается и тем, что предлагаемое изобретение имеет составной катод, позволяющий получать напыляемое покрытие из различных материалов (Фиг.4). Предлагается три варианта конструктивного решения составного катода.The technical result is achieved by the fact that the present invention has a composite cathode, which allows to obtain a spray coating of various materials (Figure 4). Three options are proposed for constructing a composite cathode.
Технический результат может быть достигнут за счет того, что составные части катода выполнены в виде колец. Разъем катода выполнен в горизонтальной плоскости относительно оси катода (Фиг.4а). То есть составные части испарителя имеют форму колец К (Фиг.4a). Количество составных частей может варьироваться от 2 до n (необходимого количества, в зависимости от состава требуемого покрытия).The technical result can be achieved due to the fact that the components of the cathode are made in the form of rings. The cathode connector is made in a horizontal plane relative to the axis of the cathode (Fig. 4a). That is, the constituent parts of the evaporator are in the form of rings K (Fig. 4a). The number of components can vary from 2 to n (the required amount, depending on the composition of the desired coating).
Технический результат может быть достигнут за счет того, что составные части катода выполнены в виде сегментов. Разъем катода выполнен в вертикальной плоскости относительно оси катода (Фиг.4b). To есть составные части испарителя имеют форму сегментов С (Фиг.4b). Количество составных частей может варьироваться от 2 до n (необходимого количества, в зависимости от состава требуемого покрытия).The technical result can be achieved due to the fact that the components of the cathode are made in the form of segments. The cathode connector is made in a vertical plane relative to the axis of the cathode (Fig.4b). That is, the constituent parts of the evaporator are in the form of segments C (Fig. 4b). The number of components can vary from 2 to n (the required amount, depending on the composition of the desired coating).
Технический результат также может быть достигнут за счет того, что составные части катода - кольца - выполнены в виде сегментов. Разъем катода также может быть выполнен в совмещенном варианте (Фиг.4с), то есть составные части катода - кольца - в свою очередь разделены на сегменты C' (Фиг.4c). Кольца имеют возможность смещения друг относительно друга на угол от 0 до 360°.The technical result can also be achieved due to the fact that the component parts of the cathode - rings - are made in the form of segments. The cathode connector can also be made in a combined version (Fig. 4c), that is, the cathode components - rings - are in turn divided into segments C '(Fig. 4c). Rings have the ability to offset relative to each other at an angle from 0 to 360 °.
Для устранения главного недостатка прототипа - получения покрытия только из одного материала, предлагается составные части катода изготовить из различных материалов.To eliminate the main disadvantage of the prototype is to obtain a coating of only one material, it is proposed that the components of the cathode be made of various materials.
Технический результат достигается тем, что составные части катода выполнены из разнородных материалов с возможностью обеспечения заданной компоновки.The technical result is achieved by the fact that the components of the cathode are made of dissimilar materials with the ability to provide a given layout.
Каждый сегмент может быть изготовлен из различного материала и в зависимости их от компоновки позволит получить различные пленочные мультислойные, в том числе нанотолщинные, покрытия. На Фиг.5 изображены примеры компоновок изделия различными материалами, цифрами 1, 2, 3 обозначены разнородные напыляемые материалы. Компоновка сегментов из различных материалов может выполнятся как в шахматном, так и в любом другом порядке, в зависимости от требуемого состава покрытия (Фиг.5).Each segment can be made of a different material and, depending on their layout, will make it possible to obtain various film multilayer, including nanoscale, coatings. Figure 5 shows examples of product configurations with various materials, the
Технический результат достигается за счет того, что составные части катода имеют разные размеры. Для получения определенного слоя покрытия заданной толщины составные части катода в зависимости от материала, из которого они изготовлены, могут иметь разные размеры. За счет этого каждая из составных частей катода будет напыляться в заданном соотношении от общего объема испаряемых частиц, в зависимости от требуемых характеристик покрытия (Фиг.5).The technical result is achieved due to the fact that the components of the cathode have different sizes. To obtain a certain coating layer of a given thickness, the components of the cathode, depending on the material from which they are made, can have different sizes. Due to this, each of the components of the cathode will be sprayed in a predetermined ratio of the total volume of evaporated particles, depending on the required characteristics of the coating (Figure 5).
Испытания, проводимые при нанесении карбидных покрытий (TiN, Ti2N), показали: что при испарении ионов с помощью катода цилиндрической формы процент капельной фазы на напыленном слое составляет 3-5%, а при испарении с катода бочкообразной формы количество капельной фазы составит 0,7-1%.Tests carried out during the deposition of carbide coatings (TiN, Ti 2 N) showed that when the ions are evaporated using a cylindrical cathode, the percentage of the droplet phase on the sprayed layer is 3-5%, and when evaporating from a barrel-shaped cathode, the amount of droplet phase will be 0 , 7-1%.
Таким образом, благодаря бочкообразной форме катода, составным частям, их компоновке, сложному движению МФПКП и различным вариантам внутренней полости качество напыляемого материала на поверхность изделия значительно повышается.Thus, due to the barrel-shaped form of the cathode, its components, their arrangement, the complex movement of the MFPKP and various variants of the internal cavity, the quality of the sprayed material on the surface of the product is significantly improved.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008122294/02A RU2367723C1 (en) | 2008-06-03 | 2008-06-03 | Cathode assembly for electric-arc evaporator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008122294/02A RU2367723C1 (en) | 2008-06-03 | 2008-06-03 | Cathode assembly for electric-arc evaporator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2367723C1 true RU2367723C1 (en) | 2009-09-20 |
Family
ID=41167902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008122294/02A RU2367723C1 (en) | 2008-06-03 | 2008-06-03 | Cathode assembly for electric-arc evaporator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2367723C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2554252C2 (en) * | 2013-11-18 | 2015-06-27 | Аскар Джамилевич Мингажев | Application of coating and arc evaporator to this end |
-
2008
- 2008-06-03 RU RU2008122294/02A patent/RU2367723C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2554252C2 (en) * | 2013-11-18 | 2015-06-27 | Аскар Джамилевич Мингажев | Application of coating and arc evaporator to this end |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6101238B2 (en) | Coating apparatus for coating a substrate and method for coating a substrate | |
| MX2008005318A (en) | Cathode incorporating fixed or rotating target in combination with a moving magnet assembly and applications thereof. | |
| AT501722B1 (en) | COATING PROCESS | |
| EP0971388A2 (en) | Device and procedure for PVD coating of multiple layers on substrates | |
| JPS6011103B2 (en) | Consumable cathode for electric arc metal evaporation equipment | |
| US7556695B2 (en) | Apparatus to make nanolaminate thermal barrier coatings | |
| US10811239B2 (en) | Cylindrical evaporation source | |
| RU2367723C1 (en) | Cathode assembly for electric-arc evaporator | |
| WO2003074753A1 (en) | Getter metal alloy coating and device and method for the production thereof | |
| US8277617B2 (en) | Conformal magnetron sputter deposition | |
| RU2376398C2 (en) | Method of ion-plasma coating and arc vapour source with composite cathode | |
| US9153422B2 (en) | Arc PVD plasma source and method of deposition of nanoimplanted coatings | |
| KR20180080717A (en) | Method and apparatus for thermal spray coating of vehicle parts with solid lubricant | |
| KR20020005449A (en) | Vacuum arc evaporation source and film formation apparatus using the same | |
| RU2554252C2 (en) | Application of coating and arc evaporator to this end | |
| US11306390B2 (en) | ARC source | |
| JP4684141B2 (en) | Vacuum arc evaporation source and vacuum arc evaporation apparatus | |
| RU2380457C2 (en) | Cathode unit of electric arc evaporator | |
| US20150101924A1 (en) | Assembly and method of coating an interior surface of an object | |
| JPH0444204A (en) | Aluminum electrode for electrolytic capacitor | |
| RU2167955C2 (en) | Apparatus for applying coat to belt | |
| JP2000080466A (en) | Vacuum arc deposition device | |
| RU194223U1 (en) | Thin film coating device | |
| RU2708711C1 (en) | Method of applying ion-plasma coatings on stator semi-ring with blades and installation for its implementation | |
| RU2008113908A (en) | COATING METHOD AND ELECTRIC ARC EVAPORATOR WITH COMPOSITION ROTATING ROTATING CATHODE FOR CARRYING OUT THE METHOD |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20101102 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200604 |