RU2604086C1 - Method of multifunctional coatings plasma sputtering - Google Patents
Method of multifunctional coatings plasma sputtering Download PDFInfo
- Publication number
- RU2604086C1 RU2604086C1 RU2015127160/02A RU2015127160A RU2604086C1 RU 2604086 C1 RU2604086 C1 RU 2604086C1 RU 2015127160/02 A RU2015127160/02 A RU 2015127160/02A RU 2015127160 A RU2015127160 A RU 2015127160A RU 2604086 C1 RU2604086 C1 RU 2604086C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- per minute
- current
- coatings
- jet
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к способу плазменного напыления покрытий, и может найти применение в приборо- и машиностроении, а также при изготовлении внутрикостных имплантатов с металлическими и композиционными покрытиями.The invention relates to metallurgy, in particular to a method for plasma spraying of coatings, and can find application in instrument and mechanical engineering, as well as in the manufacture of intraosseous implants with metal and composite coatings.
Известен способ плазменного напыления покрытий (патент РФ №2283364, МПК: C23C 4/12, опубл. 10.09.2006), в котором покрытие формируют потоком частиц, образующихся путем распыления части пруткового материала, расплавляемого в струе плазмы. Распыление части пруткового материала осуществляют путем сообщения ему ультразвуковых колебаний. Ток дуги плазмотрона и расстояние от среза его сопла до оси пруткового материала устанавливают равным соответственно (120-150) A и (10-15) мм. Скорость подачи пруткового материала в струю плазмы определяют из условий обратной пропорциональности скорости распространения фронта расплавленного материала и сохранения на торце пруткового материала слоя расплава не большего половины длины стоячей волны ультразвуковых колебаний.A known method of plasma spraying coatings (RF patent No. 2283364, IPC: C23C 4/12, publ. 09/10/2006), in which the coating is formed by a stream of particles formed by spraying part of the rod material that is molten in a plasma jet. Spraying part of the rod material is carried out by informing him of ultrasonic vibrations. The arc current of the plasma torch and the distance from the cut of its nozzle to the axis of the bar material are set equal to (120-150) A and (10-15) mm, respectively. The feed rate of the rod material into the plasma jet is determined from the conditions of inverse proportionality of the propagation velocity of the front of the molten material and the preservation of the melt layer at the butt end of the rod material of not more than half the length of the standing wave of ultrasonic vibrations.
Данный способ плазменного напыления покрытий трудоемок в использовании и требует для его осуществления дополнительного оборудования.This method of plasma spraying coatings is laborious to use and requires additional equipment for its implementation.
Известен способ плазменного напыления износостойких покрытий (патент РФ №2462533, МПК: C23C 4/10, опубл. 27.09.2012), заключающийся во вводе дисперсного керамического порошка через кольцевую щель в воздушно-плазменную струю и последующем его напылении на предварительно обработанную поверхность изделия. При этом используют дисперсные частицы оксида алюминия Al2O3 со следующим соотношением фракционного состава: 20-40 мкм в количестве 75-85% и менее 20 мкм - остальное. Напыление проводят при мощности плазмотрона в пределах 44-54 кВт и расходе воздуха 1-2 г/с.A known method of plasma spraying wear-resistant coatings (RF patent No. 2462533, IPC: C23C 4/10, publ. 09/27/2012), which consists in introducing dispersed ceramic powder through an annular gap into an air-plasma jet and then spraying it onto a pre-treated surface of the product. In this case, dispersed particles of aluminum oxide Al2O3 are used with the following ratio of the fractional composition: 20–40 μm in the amount of 75-85% and less than 20 μm - the rest. Spraying is carried out at a plasma torch power in the range of 44-54 kW and an air flow rate of 1-2 g / s.
Однако данный способ является трудоемким и не позволяет получать равномерные покрытия с развитой морфологией поверхности.However, this method is time-consuming and does not allow to obtain uniform coatings with developed surface morphology.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ плазменного напыления покрытий (патент №2203977, МПК: C23C 4/02, опубл. 10.05.2003), по которому в дугу, горящую между катодом и медным водоохлаждаемым соплом, подают рабочий газ, образующий плазменную струю, а напыляемый порошок подают в сопло струей транспортирующего газа на предварительно обработанную поверхность. При этом напыляемый порошок в плазменную струю подают импульсами на необработанную поверхность, при этом соотношение паузы и импульса подачи порошка составляет 4:1.Closest to the proposed solution is a method of plasma spraying of coatings (patent No. 2203977, IPC: C23C 4/02, publ. 05/10/2003), in which a working gas is formed into the arc burning between the cathode and the copper water-cooled nozzle, forming a plasma jet, and the sprayed powder is fed into the nozzle by a stream of conveying gas onto a pre-treated surface. In this case, the sprayed powder is fed into the plasma jet by pulses on the untreated surface, while the ratio of the pause to the powder feed pulse is 4: 1.
Однако в рассматриваемом способе плазменного напыления не решена проблема формирования покрытия с высокой адгезией и равномерностью.However, in the considered method of plasma spraying, the problem of coating formation with high adhesion and uniformity has not been solved.
Задача заявляемого изобретения заключается в усовершенствовании технологии плазменного напыления, которая должна обеспечить получение плазмонапыленного покрытия, сформированного из частиц с оптимальными характеристиками, такими как адгезия и равномерность покрытия.The objective of the invention is to improve the technology of plasma spraying, which should provide a plasma spray coating formed from particles with optimal characteristics, such as adhesion and uniformity of the coating.
Техническим результатом является повышение адгезии и равномерности покрытий.The technical result is to increase the adhesion and uniformity of coatings.
Поставленная задача решается тем, что при осуществлении способа плазменного напыления многофункциональных покрытий, заключающегося в подаче рабочего газа в дугу, горящую между катодом и медным анодом, и образовании тем самым плазменной струи, подаче напыляемого материала в плазменную струю струей транспортирующего газа на предварительно обработанную поверхность, согласно заявляемому техническому решению процесс плазменного напыления проводят в вакуумной среде при качательном движении плазмотрона перпендикулярно направлению его движения и дополнительно воздействуют на напыляемую поверхность импульсными газовыми разрядами с током 90±2 A, длительностью импульсов тока 0,2±0,02 с и частотой повторения импульсов 50±2 Гц. Также качательное движение плазмотрона осуществляется с углом качения 15-25° с частотой 20-40 качательных движений в минуту и длиной поступательного движения 10-15 мм со скоростью перемещения 20-30 поступательных движений в минуту.The problem is solved in that when implementing the method of plasma spraying multifunctional coatings, which consists in supplying a working gas to an arc burning between the cathode and a copper anode, and thereby forming a plasma jet, feeding the sprayed material into a plasma jet with a jet of transporting gas to a pre-processed surface, according to the claimed technical solution, the plasma spraying process is carried out in a vacuum environment with a rocking motion of the plasma torch perpendicular to its direction the movements and additionally act on the sprayed surface by pulsed gas discharges with a current of 90 ± 2 A, a current pulse duration of 0.2 ± 0.02 s, and a pulse repetition rate of 50 ± 2 Hz. Also, the oscillating movement of the plasma torch is carried out with a rolling angle of 15-25 ° with a frequency of 20-40 swinging movements per minute and a length of translational movement of 10-15 mm with a speed of 20-30 translational movements per minute.
Изобретение поясняется чертежом: фиг. 1 - Схема технологии плазменного напыления многофункциональных покрытий.The invention is illustrated in the drawing: FIG. 1 - Scheme of plasma spraying technology for multifunctional coatings.
Позициями на чертеже обозначены: 1 - кинематическое звено поступательного перемещения плазмотрона; 2 - кинематическое звено качательного движения плазмотрона; 3 - плазмотрон; 4 - плазменная струя; 5 - пятно напыления; 6 - поверхность напыления.The positions in the drawing indicate: 1 - the kinematic link of the translational movement of the plasma torch; 2 - kinematic link of the oscillating motion of the plasma torch; 3 - plasmatron; 4 - plasma jet; 5 - spraying spot; 6 - spraying surface.
Способ плазменного напыления многофункциональных покрытий заключается в следующем.The method of plasma spraying multifunctional coatings is as follows.
Поверхность напыления 6 предварительно подвергают механической обработке, например струйной при использовании порошка электрокорунда с размером частиц 200-250 мкм под давлением 6,5 атм (Лясникова А.В. Стоматологические имплантаты. Исследование, разработка, производство, клиническое применение / А.В. Лясникова и др. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. - 254 с.; Лясникова А.В. Биосовместимые материалы и покрытия нового поколения: особенности получения, наноструктурирование, исследование свойств, перспективы клинического применения / А.В. Лясникова и др. - Саратов: Научная книга, 2011. - 220 с.).The
Далее объем рабочей камеры установки плазменного напыления откачивают вакуумной системой до требуемого давления, например 1 Па, и заполняют рабочим газом, например аргоном. При подаче напряжения между анодом и катодом в плазмотроне 3 загорается плазменная дуга, в которую подают рабочий газ, например, аргон, образующий плазменную струю 4. Напыляемый порошок подают в сопло плазмотрона 3 с помощью струи транспортирующего газа. Одновременно с подачей порошка прикладывают напряжение источника питания между обрабатываемым изделием и соплом плазмотрона 3, вследствие чего происходит активация поверхности 6 импульсным дуговым разрядом с силой тока 90±2 A, длительностью импульсов тока 0,2±0,02 с и частотой повторения импульсов 50±2 Гц в процессе плазменного напыления. При напылении покрытия на поверхность 6 в пятне напыления 5 плазмотрон осуществляет поступательное (вверх/вниз) движение на длину 10-15 мм со скоростью перемещения 20-30 поступательных движений в минуту с помощью кинематического звена поступательного перемещения плазмотрона 1 и качательное движение с углом качения 15-25° и частотой 20-40 качательных движений в минуту с помощью кинематического звена качательного движения плазмотрона 2.Next, the volume of the working chamber of the plasma spraying unit is pumped out with a vacuum system to the required pressure, for example 1 Pa, and filled with a working gas, for example argon. When voltage is applied between the anode and cathode in the
Качательное движение плазмотрона, перпендикулярно направлению его движения, позволит усреднить характеристики напыляемых частиц и исключить влияние места положения частиц в плазменной струе на качественные показатели покрытия. При этом наиболее оптимальными с точки зрения равномерности покрытия углами качения плазмотрона являются 15-25° с частотой 20-40 качательных движений в минуту, а длинами поступательного движения 10-15 мм со скоростью перемещения 20-30 поступательных движений в минуту. Указанные режимы качения и поступательного движения плазмотрона были подобраны экспериментальным путем и сведены в таблицы 1, 2.The oscillating motion of the plasma torch, perpendicular to the direction of its movement, will allow us to average the characteristics of the sprayed particles and to exclude the influence of the position of the particles in the plasma jet on the quality parameters of the coating. In this case, the most optimal from the point of view of uniformity of coverage of the rolling angles of the plasma torch are 15-25 ° with a frequency of 20-40 swinging movements per minute, and the lengths of the translational movement of 10-15 mm with a speed of 20-30 translational movements per minute. The indicated modes of rolling and translational motion of the plasma torch were selected experimentally and are summarized in tables 1, 2.
Когда ось плазменной струи перпендикулярна напыленной поверхности (основы), поток частиц распределяется симметрично относительно оси струи. Тем самым способ плазменного напыления покрытий с качанием плазмотрона существенно расширяет пределы регулирования равномерности покрытий, что в свою очередь будет сказываться на прочности сцепления покрытия с основой (адгезией).When the axis of the plasma jet is perpendicular to the sprayed surface (base), the particle flow is distributed symmetrically with respect to the axis of the jet. Thus, the method of plasma spraying of coatings with the swing of the plasma torch significantly expands the regulation of uniformity of coatings, which in turn will affect the adhesion of the coating to the substrate (adhesion).
Введение в плазменный процесс дополнительного воздействия на напыляемую поверхность импульсных газовых разрядов для активации контактирующих поверхностей будет способствовать повышению адгезии. Это обусловлено многими явлениями, происходящими в период нахождения напыленных частиц в плазменной струе и в фазе формирования из частиц покрытия (Анциферов В.Н. Порошковая металлургия и напыленные покрытия / В.Н. Анциферов, Г.В. Бобров, Л.К. Дружинин, С.С. Кипарисов и др. - Москва: Металлургия, 1987. - 502-504 с.).The introduction into the plasma process of additional exposure to the sprayed surface of pulsed gas discharges to activate contacting surfaces will contribute to increased adhesion. This is due to many phenomena that occur during the period when the deposited particles are in the plasma jet and in the phase of formation of coating particles (Antsiferov V.N. Powder metallurgy and sprayed coatings / V.N. Antsiferov, G.V. Bobrov, L.K. Druzhinin , S.S. Kiparisov et al. - Moscow: Metallurgy, 1987.- 502-504 p.).
Процесс дополнительного воздействия на напыляемую поверхность импульсных газовых разрядов можно производить с использованием широкого диапазона регулирования силы тока. Однако использование малых величин силы тока приводит к снижению производительности процесса, а при использовании больших величин силы тока повышается средняя температура обрабатываемого изделия, что является недопустимым для некоторых групп изделий. Поэтому целесообразно активацию напыляемой поверхности производить с использованием величины силы тока, равной 90±2 A (таблица 3).The process of additional exposure to the sprayed surface of pulsed gas discharges can be performed using a wide range of current control. However, the use of small amounts of current leads to a decrease in the productivity of the process, and when using large values of current increases the average temperature of the workpiece, which is unacceptable for some groups of products. Therefore, it is advisable to activate the sprayed surface using a current strength of 90 ± 2 A (table 3).
Также на процесс дополнительного воздействия на напыляемую поверхность импульсных газовых разрядов оказывает длительность импульсов тока, а также частота повторения импульсов. В ходе эксперимента установлено, что увеличение частоты повторения импульсов до определенного предела способствует увеличению прочности сцепления покрытия. Однако при обработке напыляемой поверхности при больших значениях величин длительности импульсов тока (более 0,25 с) и частоты повторения импульсов (более 50 Гц) возможно возникновение процесса полимеризации на поверхности детали, что недопустимо для изделий машиностроения, электровакуумных и медицинских приборов и изделий. При использовании малых длительностей импульсов тока (менее 0,05 с) и частоты повторения импульсов (менее 10 Гц) процесс активации будет происходить в неполной мере.Also, the duration of the current pulses and the pulse repetition rate have an additional effect on the sprayed surface of pulsed gas discharges. During the experiment it was found that an increase in the pulse repetition rate to a certain limit contributes to an increase in the adhesion strength of the coating. However, when treating a sprayed surface at large values of the duration of current pulses (more than 0.25 s) and pulse repetition frequency (more than 50 Hz), a polymerization process may occur on the surface of the part, which is unacceptable for mechanical engineering products, electric vacuum and medical devices and products. When using small durations of current pulses (less than 0.05 s) and pulse repetition frequency (less than 10 Hz), the activation process will not fully occur.
По экспериментальным данным целесообразно использовать длительность импульсов тока, равную 0,2±0,02 с, и частоту повторения импульсов, равную 50±2 Гц (таблица 4).According to experimental data, it is advisable to use the current pulse duration equal to 0.2 ± 0.02 s and the pulse repetition rate equal to 50 ± 2 Hz (table 4).
Таким образом, разработан способ плазменного напыления многофункциональных покрытий, который в результате позволяет получать покрытие с равномерной структурой и повышенной адгезией, что будет способствовать долгому и надежному функционированию изделий различного назначения.Thus, a plasma spraying method has been developed for multifunctional coatings, which as a result allows to obtain a coating with a uniform structure and increased adhesion, which will contribute to the long and reliable operation of products for various purposes.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015127160/02A RU2604086C1 (en) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Method of multifunctional coatings plasma sputtering |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015127160/02A RU2604086C1 (en) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Method of multifunctional coatings plasma sputtering |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2604086C1 true RU2604086C1 (en) | 2016-12-10 |
Family
ID=57776712
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015127160/02A RU2604086C1 (en) | 2015-07-06 | 2015-07-06 | Method of multifunctional coatings plasma sputtering |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2604086C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2203977C2 (en) * | 2001-07-05 | 2003-05-10 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Method of plasma spraying |
JP2005307349A (en) * | 2004-03-25 | 2005-11-04 | Japan Science & Technology Agency | Method and device for plasma surface treatment |
RU2340703C1 (en) * | 2007-03-20 | 2008-12-10 | Валерий Николаевич Пименов | Method for product surface plasma treatment |
RU2490032C1 (en) * | 2012-07-03 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method for making intraosseous carbon-nanocoated dental implant |
-
2015
- 2015-07-06 RU RU2015127160/02A patent/RU2604086C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2203977C2 (en) * | 2001-07-05 | 2003-05-10 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Method of plasma spraying |
JP2005307349A (en) * | 2004-03-25 | 2005-11-04 | Japan Science & Technology Agency | Method and device for plasma surface treatment |
RU2340703C1 (en) * | 2007-03-20 | 2008-12-10 | Валерий Николаевич Пименов | Method for product surface plasma treatment |
RU2490032C1 (en) * | 2012-07-03 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method for making intraosseous carbon-nanocoated dental implant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2153704B1 (en) | Enhancing plasma surface modification using high intensity and high power ultrasonic acoustic waves | |
WO2016154103A1 (en) | 3d printers having plasma applicators and method of using same | |
JP2021527164A (en) | Methods and Equipment for Producing High Purity Spherical Metal Powder from One or Two Wires at High Production Rates | |
CN110614428B (en) | Laser and spray electrochemical discharge combined machining device and method | |
RU2340703C1 (en) | Method for product surface plasma treatment | |
RU2458872C1 (en) | Method of producing coatings on blocked foam glass | |
RU2604086C1 (en) | Method of multifunctional coatings plasma sputtering | |
JP6605868B2 (en) | Cold spray apparatus and film forming method using the same | |
RU2751609C1 (en) | Method and device for producing powders for additive technologies | |
RU2656634C1 (en) | Method for obtaining coatings on block foam glass | |
CN110042371B (en) | Device and method for preparing porous thermal barrier coating by adopting low-temperature plasma | |
RU2672969C1 (en) | Apparatus for obtaining nanostructured coatings from materials with shape memory effect on surfaces of details | |
CN108463571B (en) | Method and apparatus for thermal spray deposition of coatings on surfaces | |
RU94492U1 (en) | DEVICE FOR PRODUCING NANOPARTICLES OF CONDUCTIVE MATERIALS | |
RU142944U1 (en) | PLASMA BURNER FOR SPRAYING METALS AND OXIDES | |
RU2656906C1 (en) | Method of a sample laser coating and device for its implementation | |
RU2477763C1 (en) | Method for obtaining polymer nanocomposite material | |
Redza et al. | Deposition of hard chrome coating onto heat susceptible substrates by low power microwave plasma spray | |
CN203554776U (en) | Device for plasma coating | |
RU2479668C1 (en) | Ion-plasma alloying method of product surface | |
RU2607398C2 (en) | Method of coatings application by plasma spraying and device for its implementation | |
RU2645421C1 (en) | Method of application of metallic powder coating to the surface of metal constructions | |
RU150716U1 (en) | PLASMA SPRAYING DEVICE | |
RU2203977C2 (en) | Method of plasma spraying | |
RU2211256C2 (en) | Manner of coat deposition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200707 |