RU2607398C2 - Method of coatings application by plasma spraying and device for its implementation - Google Patents
Method of coatings application by plasma spraying and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2607398C2 RU2607398C2 RU2015123270A RU2015123270A RU2607398C2 RU 2607398 C2 RU2607398 C2 RU 2607398C2 RU 2015123270 A RU2015123270 A RU 2015123270A RU 2015123270 A RU2015123270 A RU 2015123270A RU 2607398 C2 RU2607398 C2 RU 2607398C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- target
- cathode
- focusing
- vacuum chamber
- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3471—Introduction of auxiliary energy into the plasma
- C23C14/3478—Introduction of auxiliary energy into the plasma using electrons, e.g. triode sputtering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (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 технологии плазменного нанесения покрытий и может найти применение в металлургии, плазмохимии и машиностроительной промышленности.The invention relates to a technology for plasma coating and may find application in metallurgy, plasma chemistry and the engineering industry.
Известен способ нанесения покрытия на поверхность металлического изделия путем бомбардировки ее ионами металлической плазмы, включающий предварительную подготовку поверхности, размещение изделия в вакуумной камере, генерацию в вакуумной камере плазмы, формирование из плазмы ускоренного ионного пучка, направленного на поверхность обрабатываемого изделия, или непосредственную обработку поверхности изделия ионами плазмы при подаче на изделие отрицательного электрического потенциала. Вследствие внедрения ионов плазмы в поверхностный слой путем диффузии или имплантации и создания искажений в кристаллической решетке под действием ионной бомбардировки, а также изменения элементного состава поверхностного слоя происходит модифицирование поверхностного слоя детали за счет ее легирования, приводящее к изменению эксплуатационных свойств детали (Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. Под редакцией Дж.М. Поута, Г. Фоти, Д.К. Джекобсона. М.: Машиностроение. -1987. - 424 с.).A known method of coating a surface of a metal product by bombarding it with metal plasma ions, including preliminary surface preparation, placing the product in a vacuum chamber, generating a plasma in a vacuum chamber, forming an accelerated ion beam from the plasma directed onto the surface of the workpiece, or directly treating the surface of the product plasma ions when negative electric potential is applied to the product. Due to the introduction of plasma ions into the surface layer by diffusion or implantation and the creation of distortions in the crystal lattice under the influence of ion bombardment, as well as changes in the elemental composition of the surface layer, the surface layer of the part is modified due to its alloying, leading to a change in the operational properties of the part (Modification and alloying of the surface laser, ion and electron beams. Edited by J.M. Pout, G. Foty, D.K. Jacobson. M.: Engineering. -1987. - 424 p.).
Недостатком известного способа является низкая плотность ионного тока на поверхности изделия, а соответственно и низкая скорость обработки поверхности изделия, что ограничивает его применение в машиностроении.The disadvantage of this method is the low density of ion current on the surface of the product, and accordingly, the low speed of surface treatment of the product, which limits its use in mechanical engineering.
Известен способ нанесения покрытия на металлические изделия, включающий размещение в зоне обработки изделия и токопроводящего материала, создание вакуума в зоне обработки, подачу отрицательного потенциала на изделие и отдельно на токопроводящий материал, возбуждение на токопроводящем материале вакуумной дуги, горящей в парах этого материала с образованием плазмы, бомбардировку, очистку и нагрев поверхности изделия ионами токопроводящего материала, накопление и диффузию ионов токопроводящего материала на поверхности изделия при отрицательном потенциале на изделии в среде реакционного газа с образованием покрытия, при этом одновременно с накоплением и диффузией ионов токопроводящего материала на поверхности изделия проводят дополнительную бомбардировку поверхности ионами инертного газа с энергией 10-40 кэВ (патент РФ №2415199, МПК С23С 14/38, публикация 2011 г. - ближайший аналог способа).A known method of coating metal products, including placing in the processing zone of the product and the conductive material, creating a vacuum in the processing zone, applying a negative potential to the product and separately to the conductive material, excitation on the conductive material of a vacuum arc burning in the vapor of this material with the formation of plasma , bombardment, cleaning and heating of the surface of the product with ions of conductive material, the accumulation and diffusion of ions of conductive material on the surface of the product when negative potential on the product in the environment of the reaction gas with the formation of a coating, while simultaneously with the accumulation and diffusion of ions of conductive material on the surface of the product carry out additional bombardment of the surface with inert gas ions with an energy of 10-40 keV (RF patent No. 2415199, IPC С23С 14/38, 2011 publication - the closest analogue of the method).
Недостатком известного способа является большая потребляемая мощность и большой расход газа при относительно невысоких скоростях напыления, а значит низкий кпд. При этом зачастую нагрев поверхности обрабатываемого изделия неприемлем и вредит процессу осаждения пленок на детали. Перегрев рабочего объема приводит к интенсивному выделению сопутствующих примесей, ухудшающих свойства создаваемых покрытий. Как следствие, необходимо применять систему интенсивного охлаждения, что усложняет конструкцию установки.The disadvantage of this method is the high power consumption and high gas flow rate at relatively low spraying rates, which means low efficiency. Moreover, often heating the surface of the workpiece is unacceptable and harms the process of deposition of films on the part. Overheating of the working volume leads to the intensive release of associated impurities that impair the properties of the coatings created. As a result, it is necessary to use an intensive cooling system, which complicates the design of the installation.
Известны также различные устройства для нанесения покрытий путем плазменного напыления.Various plasma spray coating devices are also known.
Например, известен плазмохимический реактор для напыления пленки, содержащий размещенные в вакуумной камере с плазмообразующим газом формирователь плазменного потока, состоящий из катода и анода, экраны, элемент из распыляемого вещества и подложку для напыления пленки, при этом вакуумная камера состоит из двух частей, экраны и установленные по оси вакуумной камеры катод и анод расположены в одной из частей камеры, а элемент из распыляемого вещества размещен в другой ее части, причем элемент из распыляемого вещества выполнен в виде трубки, ориентированной по оси вакуумной камеры с обеспечением проникновения центрального ядра плазменного потока внутрь трубки, одним концом вставленной в отверстие в одном из экранов, установленном ортогонально оси вакуумной камеры, а другим концом расположенной с зазором относительно подложки для напыления пленки (патент РФ №146450, МПК С23С 14/32, публикация 2014 г.).For example, a plasma-chemical reactor for spraying a film is known comprising a plasma flow shaper arranged in a vacuum chamber with a plasma-forming gas, consisting of a cathode and anode, screens, an element of a spray substance and a substrate for spraying a film, while the vacuum chamber consists of two parts, screens and the cathode and anode mounted along the axis of the vacuum chamber are located in one of the parts of the chamber, and the element of the sprayed substance is placed in its other part, and the element of the sprayed substance is made in the form of tubes and oriented along the axis of the vacuum chamber with the penetration of the central core of the plasma stream into the tube, one end inserted into the hole in one of the screens installed orthogonal to the axis of the vacuum chamber, and the other end located with a gap relative to the substrate for spraying the film (RF patent No. 146450, IPC
Недостатком известного реактора является увеличение габаритов установки и сложность управления двумя устройствами (источник напыляемого вещества и рабочий объем), поскольку требуется выдерживать режимы в каждом из устройств.A disadvantage of the known reactor is the increase in the dimensions of the installation and the difficulty of controlling two devices (the source of the sprayed substance and the working volume), since it is necessary to withstand the modes in each of the devices.
Известен электродуговой плазмотрон, включающий корпус, в котором соосно установлены электрододержатель, стержневой катод, закрепленный в электрододержателе с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси плазмотрона, наружное сопло для подведения защитного газа, нижняя часть которого выполнена конической, и внутреннее сопло для образования плазмы, при этом между корпусом и электрододержателем имеется полость переменного сечения для прохождения защитного газа, а наружное сопло для подведения защитного газа и внутреннее сопло для образования плазмы выполнены цельными (патент ФРГ №3711259, МПК В23К 28/00, Н05Н 1/24, публикация 1988 г.).Known arc plasma torch, including a housing in which the electrode holder is coaxially mounted, a rod cathode mounted in the electrode holder with the ability to move along the vertical axis of the plasma torch, an outer nozzle for supplying a protective gas, the lower part of which is conical, and an inner nozzle for plasma formation, while between the housing and the electrode holder have a cavity of variable cross-section for the passage of the protective gas, and an external nozzle for supplying a protective gas and an internal nozzle for plasma rofessional are solid (FRG Patent №3711259, MPK V23K 28/00, 1/24 N05N, publication 1988 YG).
Известный электродуговой плазмотрон не обеспечивает надежного фокусирования плазменной струи, что обусловливает низкий коэффициент использования напыляемого материала, высокий износ внутреннего и наружного сопел, недостаточную степень использования энергии плазменной струи.The known electric arc plasmatron does not provide reliable focusing of the plasma jet, which leads to a low utilization rate of the sprayed material, high wear of the inner and outer nozzles, insufficient use of the energy of the plasma jet.
Недостатками известных технических решений является низкий кпд применяемых плазменных установок за счет тепловых потерь, которые приходится компенсировать дополнительным интенсивным охлаждением.The disadvantages of the known technical solutions is the low efficiency of the applied plasma systems due to heat losses, which have to be compensated by additional intensive cooling.
Известен электродуговой плазмотрон, включающий корпус, в котором соосно установлены электрододержатель, стержневой катод, закрепленный в электрододержателе с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси плазмотрона, наружное сопло для подведения защитного газа, нижняя часть которого выполнена конической, и внутреннее сопло для образования плазмы, при этом внутреннее сопло снабжено каналами, выполненными под углом 8-14° к вертикальной оси плазмотрона, а вдоль окружности конической части наружного сопла выполнены отверстия (патент РФ №2206964, МПК Н05Н 1/26, Н05Н 1/34, В23К 10/00, публикация 2003 г.).Known arc plasma torch, including a housing in which the electrode holder is coaxially mounted, a rod cathode mounted in the electrode holder with the ability to move along the vertical axis of the plasma torch, an outer nozzle for supplying a protective gas, the lower part of which is conical, and an inner nozzle for plasma formation, while the inner the nozzle is provided with channels made at an angle of 8-14 ° to the vertical axis of the plasma torch, and holes are made along the circumference of the conical part of the outer nozzle (patent P Ф No. 2206964, IPC Н05Н 1/26, Н05Н 1/34, В23К 10/00, publication of 2003).
Известное устройство обладает повышенными затратами как по мощности, так и по расходу газа.The known device has increased costs both in power and in gas consumption.
В качестве ближайшего аналога устройства для нанесения покрытия путем плазменного напыления принят плазменный источник для генерации электронного пучка в форвакууме, включающий в себя соосные полый катод, анод с эмиссионным отверстием в центре, ускоряющий электрод, диск из термостойкого неорганического диэлектрика, при этом с целью обеспечения инициирования разряда при формировании остросфокусированного пучка, вокруг эмиссионного отверстия в аноде выполняют окна, перекрытые сеткой с размером ячейки, меньшим радиуса эмиссионного отверстия, и источник снабжают фокусирующей системой (патент РФ №2306683, МПК Н05Н 1/00, публикация 2007 г.).As the closest analogue of the device for coating by plasma spraying, a plasma source for generating an electron beam in the forevacuum is adopted, which includes a coaxial hollow cathode, an anode with an emission hole in the center, an accelerating electrode, a disk made of a heat-resistant inorganic dielectric, in order to ensure initiation the discharge during the formation of a sharply focused beam, around the emission hole in the anode perform windows overlapped by a grid with a mesh size smaller than the emission radius from Erste and the source of supply of the focusing system (RF patent №2306683, IPC N05N 1/00, published in 2007).
Задачей настоящего изобретения является разработка способа ионно-плазменного напыления покрытия на изделие в вакууме и создание устройства для его осуществления.The objective of the present invention is to develop a method of ion-plasma spraying of the coating on the product in vacuum and the creation of a device for its implementation.
Достигаемый технический результат - получение более качественных покрытий, повышение эффективности работы и снижение потребляемой мощности устройств для ионно-плазменного нанесения покрытий; повышение кпд устройства для ионно-плазменного нанесения покрытий.Achievable technical result - obtaining better coatings, increasing work efficiency and reducing the power consumption of devices for ion-plasma coating; increasing the efficiency of the device for ion-plasma coating.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.The essence of the proposed technical solution is as follows.
Способ ионно-плазменного напыления покрытия на изделие в вакууме включает размещение изделия внутри вакуумной камеры, содержащей мишень из распыляемого материала и фокусирующие электроды, и формирование тлеющего плазменного разряда, при этом напыляемое изделие закрепляют в одном из фокусирующих электродов, и в условиях тлеющего плазменного разряда осуществляют сжатие плазменного потока путем наложения сконфигурированного электрического и магнитного полей и его локальную фокусировку в центре вершины мишени с образованием на ее поверхности локального плазменного пятна площадью в пределах 1 мм2.The method of ion-plasma spraying of a coating on a product in a vacuum includes placing the product inside a vacuum chamber containing a target from the sprayed material and focusing electrodes, and forming a glow plasma discharge, wherein the sprayed product is fixed in one of the focusing electrodes, and under conditions of a glow plasma discharge, compression of the plasma stream by applying a configured electric and magnetic fields and its local focusing in the center of the target apex with the formation on its surface rhnosti local plasma spot area within 1 mm 2.
Предлагаемый способ может быть осуществлен устройством для ионно-плазменного напыления покрытия на изделие.The proposed method can be implemented by a device for ion-plasma spraying of the coating on the product.
Устройство для ионно-плазменного напыления покрытия на изделие содержит вакуумную камеру, заполняемую в процессе напыления плазмообразующим газом, катод и анод, при этом устройство снабжено двумя параллельно установленными пластинами, фокусирующими электродами, мишенью и полым цилиндрическим магнитом, причем катод, мишень из распыляемого материала, анод и фокусирующие электроды соосно расположены между упомянутыми пластинами с образованием плазменной ячейки, размещенной внутри вакуумной камеры, а катод выполнен в виде стержневого держателя мишени, вместе с которой установлен внутри полого цилиндрического магнита, имеющего осевую намагниченность.A device for ion-plasma spraying of a coating on a product comprises a vacuum chamber filled with a plasma-forming gas during the spraying process, a cathode and an anode, the device being equipped with two parallel-mounted plates, focusing electrodes, a target and a hollow cylindrical magnet, the cathode and the target being made of sprayed material, the anode and focusing electrodes are coaxially located between the plates to form a plasma cell located inside the vacuum chamber, and the cathode is made in the form of a rod the holder of the target, with which it is mounted inside a hollow cylindrical magnet having axial magnetization.
В качестве плазмообразующего газа используют аргон или смесь азота и аргона.The plasma gas used is argon or a mixture of nitrogen and argon.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено конструктивное исполнение плазменной ячейки для напыления материалов в соответствии с предложенным способом; на фиг. 2 - схематическое изображение устройства для ионно-плазменного напыления покрытий.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a design of a plasma cell for spraying materials in accordance with the proposed method; in FIG. 2 is a schematic illustration of a device for ion-plasma spraying of coatings.
Плазменная ячейка конвекционного типа 1 образована двумя параллельно расположенными металлическими монтажными пластинами 2 и 3, скрепленными друг с другом посредством четырех фторопластовых стоек-изоляторов 4. В центре ячейки закреплены соосно расположенные катод 5, выполненный в виде стержневого держателя мишени 6, образованной из распыляемого материала, и анод 7 с фокусирующим электродом 8. Между мишенью 6 и анодом 7 закреплен фокусирующий электрод 9 с отверстиями 10 для размещения напыляемых изделий 11. Катод 5 с мишенью 6 установлены внутри полого цилиндрического температуростойкого магнита 12, имеющего осевую намагниченность.The plasma cell of
Магнит 12 создает внутри плазменной ячейки аксиальное магнитное поле, в котором в процессе работы устройства образуется активная область 13 плазменной ячейки.The
Для электрической и температурной развязки катодного узла ячейка содержит керамические изоляторы 14, 15.For electrical and temperature isolation of the cathode assembly, the cell contains
Плазменная ячейка 1 располагается внутри вакуумной камеры 16, содержащей патрубок подачи газовой смеси 17 и патрубок откачки газовой смеси 18. Посредством патрубка 17 вакуумная камера подключена к смесителю газов 19, подключенному, в свою очередь, к баллонам 20, 21, содержащим соответственно аргон и азот. Смеситель 19 соединен с блоком управления 22 и компьютером 23.The
Анод 7 и катод 5 подключены блоку питания 24 плазменной ячейки 1 через токовводы 25.The
Патрубок откачки газовой смеси 18 подключен к вакуумному насосу 26.The nozzle for pumping the
Вакуумная камера в процессе работы заполняется плазмообразующим инертным газом (или смесью газов) до давления 1÷100 Па. Затем между катодом и анодом прикладывается высокое напряжение (200÷1200 В) и осуществляется поджиг плазменного разряда. В силу наложения сконфигурированного электрического и магнитного полей, в центре вершины заготовки образуется активное плазменное пятно, которое позволяет распылять материал заготовки на образцы. Локальность и изолированность области распыления, а также геометрические параметры и массовые характеристики устройства позволяют избежать перегрева окружающих деталей. Скорость напыления в данном устройстве составляет 4÷5 мкм/ч (для Cu и Ti). Плазмообразующий газ - Ar или N2+Ar.The vacuum chamber during operation is filled with a plasma-forming inert gas (or a mixture of gases) to a pressure of 1 ÷ 100 Pa. Then, a high voltage (200 ÷ 1200 V) is applied between the cathode and the anode and the plasma discharge is ignited. Due to the superposition of the configured electric and magnetic fields, an active plasma spot is formed in the center of the top of the workpiece, which allows the workpiece material to be sprayed onto the samples. The localization and isolation of the spraying area, as well as the geometric parameters and mass characteristics of the device, help to avoid overheating of the surrounding parts. The spraying speed in this device is 4 ÷ 5 μm / h (for Cu and Ti). Plasma-forming gas - Ar or N 2 + Ar.
Сущность изобретения основывается на том, что градиенты электрического и магнитного полей позволяют создать условия, когда поток ионов плазмы сосредотачивается на малой по величине площади (~1 мм2). За счет этого в условиях тлеющего плазменного разряда в данной приповерхностной области достигается высокая концентрация ионов плазмы, близкая к концентрации ионов в дуговом разряде. Это приводит к эффективному распылению материала мишени, что влечет за собой дополнительное увеличение концентрации плазменных ионов и приводит к нарастанию процесса распыления до тех пор, пока не установятся равновесные условия между распылением, тепловым рассеянием и подводимой мощностью. Локальность пятна способствует перегреву материала в малом объеме, в то время как температура остального объема мишени увеличивается, но не превышает температуру плавления ее материала. Тем самым, в процессе распыления происходит одновременно приближение температуры распыляемого материала к точке плавления, что облегчает процесс распыления за счет металлизированного парообразования, с одной стороны, и снятие избыточного тепла за счет его распространения по объему и поверхности мишени, с другой стороны. В результате сама мишень начинает выполнять функцию радиатора, а параметры распыляемого потока сохраняются. В результате повышается эффективность работы плазменной ячейки, и, как следствие, повышается ее кпд.The essence of the invention is based on the fact that the gradients of the electric and magnetic fields make it possible to create conditions when the plasma ion flux focuses on a small area (~ 1 mm 2 ). Due to this, under the conditions of a glowing plasma discharge in this near-surface region, a high concentration of plasma ions is achieved, which is close to the concentration of ions in the arc discharge. This leads to effective sputtering of the target material, which entails an additional increase in the concentration of plasma ions and leads to an increase in the sputtering process until equilibrium conditions are established between sputtering, thermal scattering, and input power. The locality of the spot contributes to overheating of the material in a small volume, while the temperature of the remaining volume of the target increases, but does not exceed the melting temperature of its material. Thus, in the sputtering process, the temperature of the sputtered material is simultaneously brought closer to the melting point, which facilitates the sputtering process due to metallized vaporization, on the one hand, and the removal of excess heat due to its distribution over the volume and surface of the target, on the other hand. As a result, the target itself begins to perform the function of a radiator, and the parameters of the sprayed stream are preserved. As a result, the efficiency of the plasma cell increases, and, as a result, its efficiency increases.
Магнитное поле, которое аксиально наложено на электрическое поле и сформировано кольцевым магнитом, приводит к более эффективному процессу ионизации атомов плазмообразующего рабочего газа, заставляя ионы и электроны в разрядном промежутке двигаться по винтовой линии, если их скорости имеют компоненты, не совпадающие с направлением силовых линий магнитного поля. При этом радиус винтовой линии будет уменьшаться по мере приближения заряженной частицы к точке максимального градиента магнитного поля, т.е. к центру кольцевого магнита. Поскольку центр магнита совпадает геометрически с вершиной мишени, то это приводит к увеличению концентрации плазмы в этой области.The magnetic field, which is axially superimposed on the electric field and formed by a ring magnet, leads to a more efficient process of ionization of the atoms of the plasma-forming working gas, causing ions and electrons in the discharge gap to move along the helical line if their velocities have components that do not coincide with the direction of the magnetic field lines fields. In this case, the radius of the helix will decrease as the charged particle approaches the point of the maximum gradient of the magnetic field, i.e. to the center of the ring magnet. Since the center of the magnet coincides geometrically with the tip of the target, this leads to an increase in the plasma concentration in this region.
Поскольку мишень выбирается дольно массивной, а локализация пятна мала по сравнению с ее размерами, то в этой области начинается расплавление материала, в то время как остальная часть сохраняет свое агрегатное состояние.Since the target is selected to be rather massive, and the spot localization is small in comparison with its size, then the material melts in this region, while the rest retains its state of aggregation.
Так как вся система находится в условиях пониженного давления (1÷10 Па), то в процессе плавления материала он начинает активно испаряться в окружающее пространство, что приводит к росту потока распыляемого вещества. Попутно происходит ионизация испаренных и распыленных атомов, которые частично возвращаясь к поверхности мишени, начинают бомбардировать ее, повышая эффективность распыления.Since the whole system is under reduced pressure (1 ÷ 10 Pa), during the melting of the material it begins to actively evaporate into the surrounding space, which leads to an increase in the flow of the sprayed substance. Along the way, ionization of vaporized and atomized atoms occurs, which, partially returning to the surface of the target, begin to bombard it, increasing the sputtering efficiency.
В итоге сформированное пятно оказывается сильно локализованным в центре вершины мишени и не перемещается по поверхности мишени. На месте пятна, с течением времени, образуется кратер, обусловленный расходом материала.As a result, the formed spot turns out to be strongly localized at the center of the target apex and does not move along the target surface. In place of the spot, over time, a crater forms due to the consumption of material.
Описанный процесс имеет место только вблизи фокальной точки предлагаемого устройства, поскольку только в очень малом объеме протекают названные выше процессы. По мере удаления от вершины заготовки напряженность электрического поля падает обратно пропорционально квадрату расстояния, а объем плазменного разряда увеличивается прямо пропорционально кубу этого расстояния, и условие сочетания вышеперечисленных факторов нарушается. В результате предложенный способ реализует в себе два режима процесса распыления: вблизи вершины заготовки - дуговой, а на удалении - режим тлеющего разряда.The described process takes place only near the focal point of the proposed device, since only the processes mentioned above occur in a very small volume. As you move away from the top of the workpiece, the electric field decreases in inverse proportion to the square of the distance, and the volume of the plasma discharge increases in direct proportion to the cube of this distance, and the condition for combining the above factors is violated. As a result, the proposed method implements two modes of the spraying process: near the top of the billet - arc, and at a distance - the glow discharge mode.
При этом предложенное устройство работает в более чистых вакуумных условиях, так как тлеющий разряд не нуждается в большой подаче газа (которая неизбежно несет примеси) и общая температурная нагрузка на рабочий объем камеры значительно меньше по сравнению с дуговым режимом, что существенно снижает газовыделение со всех материалов, расположенных в вакуумном объеме. Это позволяет в улучшенных вакуумных условиях получить более качественные покрытия ввиду снижения примесей в атмосфере плазмообразующего рабочего газа, облегчить теплосъем и повысить эффективность работы и кпд плазменного устройства для ионно-плазменного напыления покрытий.At the same time, the proposed device operates in cleaner vacuum conditions, since a glow discharge does not need a large gas supply (which inevitably carries impurities) and the total temperature load on the working volume of the chamber is much smaller compared to the arc mode, which significantly reduces gas evolution from all materials located in a vacuum volume. This makes it possible to obtain better coatings under improved vacuum conditions due to the reduction of impurities in the atmosphere of the plasma-forming working gas, to facilitate heat removal, and to increase the efficiency and efficiency of the plasma device for ion-plasma spraying of coatings.
Предложенное техническое решение позволяет снизить потребляемую мощность устройства, сделать его более компактным.The proposed technical solution allows to reduce the power consumption of the device, to make it more compact.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015123270A RU2607398C2 (en) | 2015-06-17 | 2015-06-17 | Method of coatings application by plasma spraying and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015123270A RU2607398C2 (en) | 2015-06-17 | 2015-06-17 | Method of coatings application by plasma spraying and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2607398C2 true RU2607398C2 (en) | 2017-01-10 |
| RU2015123270A RU2015123270A (en) | 2017-01-10 |
Family
ID=57955745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015123270A RU2607398C2 (en) | 2015-06-17 | 2015-06-17 | Method of coatings application by plasma spraying and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2607398C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU192230U1 (en) * | 2019-01-31 | 2019-09-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Vacuum Plasma Coating Device |
| RU2797562C1 (en) * | 2022-10-03 | 2023-06-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for applying layered coatings and device for its implementation (options) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB900342A (en) * | 1957-10-02 | 1962-07-04 | Berghaus Elektrophysik Anst | Method of performing metallurgical chemical and other technical processes under the action of gas ions |
| JPH02156066A (en) * | 1988-12-07 | 1990-06-15 | Raimuzu:Kk | Method for cleaning base material |
| RU2206964C1 (en) * | 2001-07-10 | 2003-06-20 | Геннадий Михайлович Русев | Electric-arc plasma generator |
| RU2306683C1 (en) * | 2005-12-21 | 2007-09-20 | Томский университет систем управления и радиоэлектроники | Plasma electron source |
| RU2415199C1 (en) * | 2009-10-28 | 2011-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Procedure for application of coating |
-
2015
- 2015-06-17 RU RU2015123270A patent/RU2607398C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB900342A (en) * | 1957-10-02 | 1962-07-04 | Berghaus Elektrophysik Anst | Method of performing metallurgical chemical and other technical processes under the action of gas ions |
| JPH02156066A (en) * | 1988-12-07 | 1990-06-15 | Raimuzu:Kk | Method for cleaning base material |
| RU2206964C1 (en) * | 2001-07-10 | 2003-06-20 | Геннадий Михайлович Русев | Electric-arc plasma generator |
| RU2306683C1 (en) * | 2005-12-21 | 2007-09-20 | Томский университет систем управления и радиоэлектроники | Plasma electron source |
| RU2415199C1 (en) * | 2009-10-28 | 2011-03-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Procedure for application of coating |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU192230U1 (en) * | 2019-01-31 | 2019-09-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Vacuum Plasma Coating Device |
| RU2797562C1 (en) * | 2022-10-03 | 2023-06-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method for applying layered coatings and device for its implementation (options) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015123270A (en) | 2017-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2557078C2 (en) | Electronic beam generator | |
| US8387561B2 (en) | Method and apparatus for cathodic arc ion plasma deposition | |
| Burdovitsin et al. | Fore-vacuum plasma-cathode electron sources | |
| US9127354B2 (en) | Filtered cathodic arc deposition apparatus and method | |
| US7557511B2 (en) | Apparatus and method utilizing high power density electron beam for generating pulsed stream of ablation plasma | |
| TWI553132B (en) | Arc deposition device and vacuum treatment device | |
| Coll et al. | Design of vacuum arc-based sources | |
| JP2010059544A (en) | Apparatus and method for coating substrate | |
| WO2012138311A1 (en) | Vacuum-arc evaporator for generating a cathode plasma | |
| EP2482303B1 (en) | Deposition apparatus and methods | |
| RU2607398C2 (en) | Method of coatings application by plasma spraying and device for its implementation | |
| CN102296274B (en) | Shielding device for cathode arc metal ion source | |
| RU2597447C2 (en) | Laser method for production of functional coatings | |
| US20100230276A1 (en) | Device and method for thin film deposition using a vacuum arc in an enclosed cathode-anode assembly | |
| US20140034484A1 (en) | Device for the elimination of liquid droplets from a cathodic arc plasma source | |
| RU2740146C1 (en) | Ion source (ion gun) | |
| RU2510428C1 (en) | Arc evaporator of metal and alloys | |
| RU2801364C1 (en) | Method for generating solid state ion fluxes | |
| RU2786493C1 (en) | Method for vacuum coating on the inner surface of long cylindrical products | |
| JP2007247030A (en) | Vacuum arc evaporation source and vacuum arc deposition device | |
| UA10775A (en) | METHOD For vacuum arc coverings application and device for realization the same | |
| RU2620534C2 (en) | Method of coating and device for its implementation | |
| RU2622549C2 (en) | Method of producing coatings of titanium carbide on the inner surface of copper anode of transmitting tube | |
| RU161743U1 (en) | VACUUM INSTALLATION FOR APPLICATION OF A SUPER-HARD COATING BASED ON AMORPHOUS CARBON | |
| Bugaev et al. | Studies and application of intense low-energy electron and ion beams |