RU2678492C1 - Device for producing a composite film of multi-element alloy - Google Patents

Device for producing a composite film of multi-element alloy Download PDF

Info

Publication number
RU2678492C1
RU2678492C1 RU2017133149A RU2017133149A RU2678492C1 RU 2678492 C1 RU2678492 C1 RU 2678492C1 RU 2017133149 A RU2017133149 A RU 2017133149A RU 2017133149 A RU2017133149 A RU 2017133149A RU 2678492 C1 RU2678492 C1 RU 2678492C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
source
vacuum
vacuum chamber
pump
film
Prior art date
Application number
RU2017133149A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Хайбо ЧЖАО
Хунин ЛЯН
Ци ДУН
Цзянь ДУ
Гуан СЯНЬ
Цинь ДАНЬ
Original Assignee
Чэнду Риэлли Шарп Коэтинг Текнолоджи Ко.,Лтд
Сычуань Юниверсити
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Чэнду Риэлли Шарп Коэтинг Текнолоджи Ко.,Лтд, Сычуань Юниверсити filed Critical Чэнду Риэлли Шарп Коэтинг Текнолоджи Ко.,Лтд
Application granted granted Critical
Publication of RU2678492C1 publication Critical patent/RU2678492C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/26Vacuum evaporation by resistance or inductive heating of the source
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641Nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/18Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates
    • C23C14/185Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates by cathodic sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/32Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325Electric arc evaporation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/35Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54Controlling or regulating the coating process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/347Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with layers adapted for cutting tools or wear applications

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention relates to a device for producing a composite film of a multielement alloy. Device comprises a heating system, an air supply system, a cooling system, a vacuum system, a vacuum chamber, a holder, a lifting mechanism, a crucible evaporation source, a magnetron sputtering source, a source of cathode arc and an electrical control system. Device provides a composite multi-element alloy film by combining ion deposition using a cathode arc and magnetron sputtering, and using a dual evaporation source combining vacuum evaporation and magnetron sputtering.EFFECT: device allows to control the internal structure of all types of films and to obtain multi-element film with outstanding common properties, such as high hardness, low internal stress, high adhesive strength, low roughness and favorable wear resistance, as well as obtaining a film with a high deposition rate.5 cl, 18 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее изобретение относится к устройству для получения композитной пленки из многоэлементного сплава и, в частности, к устройству для получения композитной пленки из многоэлементного сплава в области технологии нанесения нанопокрытий.The present invention relates to a device for producing a composite film of a multi-element alloy and, in particular, to a device for producing a composite film of a multi-element alloy in the field of nanocoating technology.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Современные режущие инструменты, абсолютно необходимые для развития обрабатывающей промышленности, стали одним из ключевых факторов повышения технологического уровня обрабатывающей промышленности. В настоящее время прилагают большие усилия для того, чтобы достичь таких целей процесса обработки металлов резанием, как высокая скорость, высокая производительность, применение интеллектуальных систем и защита окружающей среды. Постоянно улучшаемые эксплуатационные характеристики высокопрочных материалов, высокопластичных материалов и труднообрабатываемых материалов, таких как высокотемпературные сплавы и титановые сплавы, предъявляют более высокие требования к режущим инструментам. Современная технология обработки металлов резанием включает широкий спектр предметных областей, среди которых технология модификации поверхности (нанесения покрытий) режущих инструментов является одной из современных технологий обработки металлов резанием, разработанных для удовлетворения запросов рынка. Ее в настоящее время широко используют в авиационно-космической, автомобильной, энергетической, судостроительной и энергогенерирующей отраслях промышленности как одну из ключевых технологий в обрабатывающей промышленности.Modern cutting tools, absolutely necessary for the development of the manufacturing industry, have become one of the key factors in raising the technological level of the manufacturing industry. Currently, they are making great efforts to achieve such goals of the metal cutting process as high speed, high productivity, the use of intelligent systems and environmental protection. Continuously improved performance characteristics of high-strength materials, highly plastic materials and difficult-to-process materials such as high-temperature alloys and titanium alloys impose higher demands on cutting tools. Modern metal cutting technology includes a wide range of subject areas, among which the surface modification (coating) technology of cutting tools is one of the modern metal cutting technologies developed to meet market demands. It is currently widely used in the aerospace, automotive, energy, shipbuilding and energy generating industries as one of the key technologies in the manufacturing industry.

Режущие инструменты должны иметь не только хорошие механические характеристики при комнатной температуре, такие как прочность, ударная вязкость и твердость, но и выдающиеся термические характеристики, такие как химическое сродство, диффузионная способность, растворимость, сопротивление термическому удару и механические свойства при высокой температуре для высокоскоростного резания, сухого резания и твердого резания.Cutting tools should not only have good mechanical characteristics at room temperature, such as strength, toughness and hardness, but also outstanding thermal characteristics, such as chemical affinity, diffusion ability, solubility, thermal shock resistance and high temperature mechanical properties for high speed cutting , dry cutting and hard cutting.

Как одна из технологий модификации поверхности современных режущих инструментов, технология нанесения покрытий может химическими или физическими способами обеспечивать пленки микронной или нанометровой толщины, обладающие такими свойствами, как высокая твердость, хорошие смазывающие свойства и превосходные высокотемпературные характеристики. Обработка посредством нанесения покрытия как важный подход для улучшения общих характеристик режущих инструментов может продлить срок службы режущих инструментов, повысить производительность и точность машинной обработки и помочь осуществить высокоскоростное резание, сухое резание, твердое резание и прецизионное резание.As one of the surface modification technologies of modern cutting tools, the coating technology can chemically or physically provide micron or nanometer-thick films with properties such as high hardness, good lubricity and excellent high temperature performance. Coating processing, as an important approach to improving the overall performance of cutting tools, can extend the life of the cutting tools, increase productivity and accuracy of the machining, and help to achieve high speed cutting, dry cutting, hard cutting and precision cutting.

В процессе высокоскоростной обработки или сухого резания температура резания является ключевым фактором, влияющим на срок службы режущих инструментов с покрытием. Поэтому «горячей точкой» становится разработка технологии физического осаждения из паровой фазы (PVD; от англ.: physical vapor deposition) для улучшения высокотемпературных характеристик пленок и обеспечения твердости режущих инструментов с покрытием при температуре красного каления. Повышение содержания Al в пленках из TiAlN является одним из эффективных способов улучшения эксплуатационных характеристик покрытия. Твердость и высокотемпературные характеристики пленок повышаются при повышении содержания Al. Однако повышается и внутреннее напряжение, снижается ударная вязкость пленок и повышается сродство к материалам на основе железа, так что при этом образуются края с наплывами материала. Поэтому в прикладных задачах общие свойства таких режущих инструментов с покрытием фундаментально не улучшаются. Исходя из последних разработок, необходимо разработать технологию композитных пленок из многоэлементных сплавов. Базовый подход для улучшения общих свойств твердых пленок состоит в разнообразии состава пленок. Одной из основных идей всегда является разработка многоэлементных и супертвердых пленок посредством обеспечения максимальной согласованности общих показателей качества и характеристик различных элементов. Проблемы, существующие в способах высокоскоростного и высокотемпературного резания, можно решить за счет изменения состава материалов пленок, например - добавление Cr и Y в стандартные TiN, TiAlN и AlCrN сплавы может улучшить окисляемость; добавление Zr, V, В и Hf может повысить сопротивление истиранию, а добавление Si может повысить твердость и сопротивление диффузии химических веществ.During high speed machining or dry cutting, the cutting temperature is a key factor affecting the life of coated cutting tools. Therefore, the development of the technology of physical vapor deposition (PVD; from the English: physical vapor deposition) for improving the high-temperature characteristics of films and ensuring the hardness of coated cutting tools at a red-hot temperature is becoming a “hot spot”. Increasing the Al content in TiAlN films is one of the effective ways to improve the performance of the coating. The hardness and high temperature characteristics of the films increase with increasing Al content. However, the internal stress also increases, the toughness of the films decreases and the affinity for iron-based materials increases, so that edges with influxes of material are formed. Therefore, in applied tasks, the general properties of such coated cutting tools are not fundamentally improved. Based on recent developments, it is necessary to develop the technology of composite films from multi-element alloys. The basic approach for improving the overall properties of solid films is to vary the composition of the films. One of the main ideas is always the development of multi-element and superhard films by ensuring maximum consistency in the overall quality indicators and characteristics of various elements. The problems that exist in high-speed and high-temperature cutting methods can be solved by changing the composition of the film materials, for example, adding Cr and Y to standard TiN, TiAlN and AlCrN alloys can improve oxidation; the addition of Zr, V, B and Hf can increase the abrasion resistance, and the addition of Si can increase the hardness and diffusion resistance of chemicals.

Наиболее распространенные способы PVD можно разделить на три категории, такие как вакуумное испарение (VE; от англ.: vacuum evaporating), магнетронное распыление (MS; от англ.: magnetron sputtering) и катодно-дуговое ионное осаждение (AIP; от англ.: cathodic arc ion plating).The most common PVD methods can be divided into three categories, such as vacuum evaporation (VE; from the English: vacuum evaporating), magnetron sputtering (MS; from the English: magnetron sputtering) and cathodic arc ion deposition (AIP; from the English: cathodic arc ion plating).

Что касается вакуумного испарения, то скорость испарения материалов пленок и факторы влияния на нее тесно связаны с давлением их насыщенного пара. Поэтому способ вакуумного испарения зависит от характеристик материала, и испарение материалов сплава может привести к сегрегации композиции.As for vacuum evaporation, the evaporation rate of the film materials and the factors influencing it are closely related to the pressure of their saturated vapor. Therefore, the method of vacuum evaporation depends on the characteristics of the material, and the evaporation of the alloy materials can lead to segregation of the composition.

По сравнению со способом катодно-дугового ионного осаждения, магнетронное распыление имеет низкую эффективность осаждения, низкую скорость ионизации атомов и большое напряжение в полученной структуре пленки; при этом при магнетронном распылении плохими являются эксплуатационные характеристики при спиральном нанесении покрытий и сила сцепления.Compared to the cathode-arc ion deposition method, magnetron sputtering has a low deposition efficiency, a low ionization rate of atoms, and a high voltage in the resulting film structure; at the same time during magnetron sputtering, the performance characteristics of spiral coating and adhesion are poor.

Что касается катодно-дугового ионного осаждения, то некоторые металлические частицы и крупные капли, генерируемые источниками катодной дуги, легко включаются в пленки или оседают на поверхностях пленок, что, с одной стороны, может неблагоприятно влиять на уплотненность и снижать срок службы пленок, а, с другой стороны, может придавать шероховатость поверхности пленок; состав пленок является относительно простым.As for the cathode-arc ion deposition, some metal particles and large droplets generated by the sources of the cathode arc are easily incorporated into the films or deposited on the surfaces of the films, which, on the one hand, can adversely affect the compaction and reduce the service life of the films, and, on the other hand, it can roughen the surface of the films; the composition of the films is relatively simple.

Поэтому простого технического оснащения на предшествующем уровне техники недостаточно для удовлетворения различных требований из-за его плохой адаптируемости; поскольку общие эксплуатационные характеристики полученных пленок являются плохими, с использованием существующих способов невозможно получить композитные пленки из многоэлементных сплавов.Therefore, simple technical equipment in the prior art is not enough to meet various requirements due to its poor adaptability; since the general operational characteristics of the obtained films are poor, using existing methods it is impossible to obtain composite films from multi-element alloys.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Техническая проблема, которую нужно решить в настоящем изобретении, состоит в обеспечении устройства для получения композитной пленки из многоэлементного сплава, которое смогло бы значительно улучшить общие эксплуатационные характеристики режущего инструмента с покрытием из этой пленки.The technical problem that needs to be solved in the present invention is to provide a device for producing a composite film of a multi-element alloy, which could significantly improve the overall performance of a cutting tool coated with this film.

Устройство для получения композитной пленки из многоэлементного сплава, обеспеченное настоящим изобретением для решения технических проблем, включает нагревательную систему, систему подачи воздуха, систему охлаждения, вакуумную систему, вакуумную камеру, держатель, подъемный механизм, тигельный источник 23 испарения, магнетронный источник распыления, источник катодной дуги, генератор электромагнитного поля и систему электрического управления; вакуумная система соединена с вакуумной камерой; подъемный механизм соединен с держателем через трансмиссию; система подачи воздуха соединена с вакуумной камерой; система электрического управления электрически соединена с тигельным источником 23 испарения, магнетронным источником распыления, источником катодной дуги, генератором электромагнитного поля и нагревательной системой; тигельный источник 23 испарения, магнетронный источник распыления и источник катодной дуги расположены в вакуумной камере; расстояние «мишень-субстрат» источника катодной дуги лежит в диапазоне от 160 мм до 230 мм; расстояние «мишень-субстрат» магнетронного источника распыления лежит в диапазоне от 50 мм до 75 мм.A device for producing a composite film from a multielement alloy provided by the present invention to solve technical problems includes a heating system, an air supply system, a cooling system, a vacuum system, a vacuum chamber, a holder, a lifting mechanism, a crucible evaporation source 23, a magnetron sputtering source, a cathode source arcs, electromagnetic field generator and electrical control system; the vacuum system is connected to a vacuum chamber; the lifting mechanism is connected to the holder through the transmission; the air supply system is connected to a vacuum chamber; the electrical control system is electrically connected to a crucible evaporation source 23, a magnetron sputtering source, a cathode arc source, an electromagnetic field generator and a heating system; a crucible evaporation source 23, a magnetron sputtering source, and a cathode arc source are located in a vacuum chamber; the target-substrate distance of the cathode arc source lies in the range from 160 mm to 230 mm; the target-substrate distance of the magnetron sputtering source is in the range from 50 mm to 75 mm.

Кроме того, устройство содержит источник ионов в виде нити накала; этот источник ионов в виде нити накала расположен в вакуумной камере; источник ионов в виде нити накала электрически соединен с системой электрического управления.In addition, the device comprises an ion source in the form of a filament; this ion source in the form of a filament is located in a vacuum chamber; an ion source in the form of a filament is electrically connected to an electrical control system.

Кроме того, система электрического управления содержит источник питания источника ионов, источник питания плазменного поля, источник питания магнетронного источника распыления, источник питания источника катодной дуги и источник напряжения сеточного смещения; источник питания плазменного поля соединен с источником питания источника ионов и источником ионов в виде нити накала; источник питания магнетронного источника распыления соединен с магнетронным источником распыления, и источник питания источника катодной дуги соединен с источником катодной дуги.In addition, the electrical control system includes an ion source power source, a plasma field power source, a magnetron sputter power source, a cathode arc source power source and a grid bias voltage source; a plasma field power source is connected to an ion source power source and an ion source in the form of a filament; the power source of the magnetron sputtering source is connected to the magnetron sputtering source, and the power source of the cathode arc source is connected to the cathode arc source.

Кроме того, нагревательная система содержит внутреннюю систему нагрева электронным лучом, расположенную в центре вакуумной камеры, и внешнюю систему радиационного нагрева, расположенную вокруг стенки печи вакуумной камеры.In addition, the heating system comprises an internal electron beam heating system located in the center of the vacuum chamber, and an external radiation heating system located around the wall of the vacuum chamber furnace.

Кроме того, магнетронный источник распыления симметрично размещен на внутренней стенке вакуумной камеры; источник катодной дуги спирально размещен на внутренней стенке вакуумной камеры, если принять центр вращения вакуумной камеры за ось симметрии.In addition, the magnetron sputtering source is symmetrically placed on the inner wall of the vacuum chamber; the source of the cathode arc is helically placed on the inner wall of the vacuum chamber, if we take the center of rotation of the vacuum chamber as the axis of symmetry.

Кроме того, вакуумная камера содержит молекулярный насос, вакуумный насос Рутса, механический насос и насос поддержания давления; молекулярный насос соединен с вакуумной камерой; насос поддержания давления соединен с воздуховыпускным отверстием, которое соединено с молекулярным насосом; вакуумный насос Рутса соединен с воздуховыпускным отверстием молекулярного насоса, и механический насос соединен с воздуховыпускным отверстием вакуумного насоса Рутса.In addition, the vacuum chamber comprises a molecular pump, a Roots vacuum pump, a mechanical pump, and a pressure maintenance pump; a molecular pump is connected to a vacuum chamber; a pressure maintenance pump is connected to an air outlet that is connected to a molecular pump; The Roots vacuum pump is connected to the air outlet of the molecular pump, and the mechanical pump is connected to the air outlet of the Roots vacuum pump.

Кроме того, устройство также содержит защитный кожух; защитный кожух установлен на стороне источника катодной дуги, обращенной к держателю; кроме того, на стороне защитного кожуха за источником катодной дуги расположен отражатель (экранирующая перегородка).In addition, the device also includes a protective casing; a protective casing is mounted on the source side of the cathode arc facing the holder; in addition, on the side of the protective casing behind the cathode arc source there is a reflector (screening partition).

Другая техническая проблема, которую нужно решить в настоящем изобретении, состоит в обеспечении способа получения композитной пленки из многоэлементного сплава, который может значительно улучшить общие эксплуатационные характеристики режущего инструмента, покрытого такой пленкой.Another technical problem that needs to be solved in the present invention is to provide a method for producing a composite film from a multi-element alloy, which can significantly improve the overall performance of a cutting tool coated with such a film.

Способ получения композитной пленки из многоэлементного сплава, использованный в настоящем изобретении для решения указанной технической проблемы, состоит во включении монометаллических элементов с помощью магнетронного источника распыления при одновременном осаждении ионов материалов многоэлементного сплава с помощью источника катодной дуги с получением композитной пленки многоэлементного сплава.The method for producing a composite film from a multi-element alloy used in the present invention to solve this technical problem consists in turning on the monometallic elements using a magnetron sputtering source while simultaneously depositing ions of the materials of the multi-element alloy using a cathode arc source to obtain a composite film of a multi-element alloy.

Кроме того, происходит испарение металлических элементов из тигельного источника испарения и последующая имплантация других элементов из магнетронного источника распыления при одновременном осаждении металлического соединения на поверхности обрабатываемого изделия; соответственно, на поверхности обрабатываемого изделия формируется композитная пленка из многоэлементного сплава.In addition, there is the evaporation of metal elements from the crucible source of evaporation and the subsequent implantation of other elements from the magnetron source of atomization while depositing a metal compound on the surface of the workpiece; accordingly, a composite film of a multi-element alloy is formed on the surface of the workpiece.

Полезные эффекты настоящего изобретения заключаются в следующем: устройство для получения композитной пленки из многоэлементного сплава по настоящему изобретению может обеспечить получение композитной пленки из многоэлементного сплава за счет комбинированного способа катодно-дугового ионного осаждения (AIP) и магнетронного распыления (MS) и способа с двойным источником испарения, объединяющего вакуумное испарение (VE) и магнетронное распыление (MS); соответственно, можно точно регулировать внутреннюю структуру всех видов пленок за счет своевременного изменения композиции покрытия; в то же время он включает монометаллические элементы во время осаждения ионов посредством катодно-дугового осаждения (AIP), за счет чего значительно улучшаются эксплуатационные характеристики пленок, и, соответственно, получают многоэлементную пленку с выдающимися общими свойствами, такими как высокая твердость, низкое внутреннее напряжение, высокая сила сцепления, низкая шероховатость и хорошее сопротивление истиранию; кроме того, высокой является скорость осаждения во время получения пленки.The beneficial effects of the present invention are as follows: the device for producing a multi-alloy alloy composite film of the present invention can provide a multi-alloy alloy composite film by a combined method of cathodic arc ion deposition (AIP) and magnetron sputtering (MS) and a dual source method evaporation combining vacuum evaporation (VE) and magnetron sputtering (MS); accordingly, it is possible to precisely control the internal structure of all types of films due to timely changes in the coating composition; at the same time, it includes monometallic elements during ion deposition by means of cathodic arc deposition (AIP), due to which the film performance is significantly improved, and, accordingly, a multi-element film with outstanding general properties such as high hardness, low internal stress high adhesion strength, low roughness and good abrasion resistance; in addition, the deposition rate during film production is high.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHIC MATERIALS

Фиг. 1 является чертежом общего вида устройства по настоящему изобретению;FIG. 1 is a drawing of a General view of the device of the present invention;

Фиг. 2 является структурной схемой вакуумной камеры по настоящему изобретению;FIG. 2 is a structural diagram of a vacuum chamber of the present invention;

Фиг. 3 является развернутым видом сверху вакуумной камеры;FIG. 3 is an expanded plan view of a vacuum chamber;

Фиг. 4 является структурной схемой источника ионов в виде нити накала;FIG. 4 is a structural diagram of an ion source in the form of a filament;

Фиг. 5 является структурной схемой держателя;FIG. 5 is a block diagram of a holder;

Фиг. 6 является дифракционным рентгеновским (XRD; от англ.: Х-ray diffraction) спектром AlCrN пленки, полученной с использованием только катодной дуги;FIG. 6 is an X-ray diffraction (XRD; from the English: X-ray diffraction) spectrum of an AlCrN film obtained using only a cathode arc;

Фиг. 7 является дифракционным рентгеновским спектром AlCrN пленки, полученной AMS-способом с использованием устройства по настоящему изобретению;FIG. 7 is an X-ray diffraction spectrum of an AlCrN film obtained by the AMS method using the apparatus of the present invention;

Фиг. 8 является диаграммой твердости AlCrN пленки, полученной с использованием только катодной дуги;FIG. 8 is a diagram of the hardness of an AlCrN film obtained using only a cathode arc;

Фиг. 9 является диаграммой твердости AlCrN пленки, полученной AMS-способом с использованием устройства по настоящему изобретению;FIG. 9 is a diagram of the hardness of an AlCrN film obtained by the AMS method using the apparatus of the present invention;

Фиг. 10 является дифракционным рентгеновским спектром TiAlN пленки, полученной с использованием только катодной дуги;FIG. 10 is an X-ray diffraction spectrum of a TiAlN film obtained using only a cathode arc;

Фиг. 11 является дифракционным рентгеновским спектром TiAlN пленки с включенными в нее элементами и Al67Ti33N структурой, отрегулированной AMS-способом с использованием устройства по настоящему изобретению;FIG. 11 is an X-ray diffraction spectrum of a TiAlN film with incorporated elements and an Al 67 Ti 33 N structure adjusted by the AMS method using the apparatus of the present invention;

Фиг.12 является диаграммой твердости TiAlN пленки, полученной с использованием только катодной дуги;Fig is a diagram of the hardness of the TiAlN film obtained using only the cathode arc;

Фиг. 13 является диаграммой твердости TiAlN пленки с включенными в нее элементами и Al67Ti33N структурой, отрегулированной AMS-способом с использованием устройства по настоящему изобретению;FIG. 13 is a diagram of the hardness of a TiAlN film with incorporated elements and an Al 67 Ti 33 N structure adjusted by the AMS method using the apparatus of the present invention;

Фиг. 14 является диаграммой акустических сигналов из эксперимента с растрескиванием AlCrN пленок, полученных согласно предшествующему уровню техники;FIG. 14 is a diagram of acoustic signals from an AlCrN cracking experiment of films prepared according to the prior art;

Фиг. 15 является диаграммой акустических сигналов из эксперимента с растрескиванием пленки, полученной посредством имплантации моноплазматического элемента Мо при одновременном осаждении соединения AlCrN посредством AIP;FIG. 15 is a diagram of acoustic signals from a film cracking experiment obtained by implanting a monoplasmic element Mo while depositing an AlCrN compound by AIP;

Фиг. 16 является структурной схемой источника катодной дуги по настоящему изобретению;FIG. 16 is a block diagram of a cathode arc source of the present invention;

Фиг. 17 является схемой микроструктуры пленки, полученной с использованием только AIP;FIG. 17 is a diagram of a film microstructure obtained using only AIP;

Фиг. 18 является схемой микроструктуры пленки, полученной посредством имплантации элемента Me посредством MS при одновременном использовании AIP.FIG. 18 is a diagram of a film microstructure obtained by implanting an Me element by MS while using AIP.

Основные детали и соответствующие номера на графических материалах являются следующими: мотор 1 несущей тележки; несущая тележка 2; держатель 3; кронштейн 4 вакуумной камеры; подъемный винт 5; катушка 6; смотровое окно 7; источник 8 катодной дуги; магнетронный источник 9 распыления; источник 10 ионов в виде нити накала; поверхность 11 раздела газового потока; вакуумное пространство 12; высоковакуумный клапан 13; молекулярный насос 14; форвакуумный клапан 15; клапан 16 предварительной откачки; обводной (байпасный) клапан 17; насос 18 Рутса; насос 19 поддержания давления; механический насос 20; кронштейн 21 вакуумной системы; вспомогательный анод 22; тигельный источник 23 испарения; субстрат 24; защитный кожух 25; отражатель 26; обрабатываемая деталь 27; промежуточный слой 28; композиция AlCrMeN 29; композиция MeNx 30; композиция AlCrN 31.The main details and the corresponding numbers on the graphic materials are as follows: motor 1 of the carrier trolley; carrier trolley 2; holder 3; bracket 4 of the vacuum chamber; lifting screw 5; coil 6; viewing window 7; source 8 of the cathode arc; magnetron sputtering source 9; a source of 10 ions in the form of a filament; gas flow interface 11; vacuum space 12; high vacuum valve 13; molecular pump 14; fore-vacuum valve 15; pre-pump valve 16; bypass (bypass) valve 17; Roots pump 18; pressure maintenance pump 19; mechanical pump 20; bracket 21 of the vacuum system; auxiliary anode 22; crucible source 23 of evaporation; substrate 24; protective cover 25; reflector 26; workpiece 27; the intermediate layer 28; AlCrMeN 29 composition; MeNx 30 composition; AlCrN 31 composition.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS OF THE INVENTION

Далее настоящее изобретение описано в сочетании с графическими материалами следующим образом.Further, the present invention is described in combination with graphic materials as follows.

Как показано на Фиг. 1 и Фиг. 2, устройство для получения композитной пленки из многоэлементного сплава по настоящему изобретению включает нагревательную систему, систему подачи воздуха, систему охлаждения, вакуумную систему, вакуумную камеру, держатель 3, подъемный механизм, тигельный источник 23 испарения, магнетронный источник 9 распыления, источник катодной дуги (CAE-источник), генератор электромагнитного поля и систему электрического управления; вакуумная система соединена с вакуумной камерой; подъемный механизм соединен с держателем 3 через трансмиссию; система подачи воздуха соединена с вакуумной камерой; система электрического управления электрически соединена с тигельным источником 23 испарения, магнетронным источником 9 распыления, источником 8 катодной дуги, генератором электромагнитного поля и нагревательной системой; тигельный источник испарения 23, магнетронный источник 9 распыления и источник 8 катодной дуги расположены в вакуумной камере; расстояние «мишень-субстрат» источника 8 катодной дуги лежит в диапазоне от 160 мм до 230 мм; расстояние «мишень-субстрат» магнетронного источника 9 распыления лежит в диапазоне от 50 мм до 75 мм.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a device for producing a multi-alloy alloy composite film of the present invention includes a heating system, an air supply system, a cooling system, a vacuum system, a vacuum chamber, a holder 3, a lifting mechanism, an evaporation crucible source 23, a magnetron sputtering source 9, a cathode arc source ( CAE source), electromagnetic field generator and electrical control system; the vacuum system is connected to a vacuum chamber; the lifting mechanism is connected to the holder 3 through the transmission; the air supply system is connected to a vacuum chamber; the electrical control system is electrically connected to a crucible evaporation source 23, a magnetron sputtering source 9, a cathode arc source 8, an electromagnetic field generator and a heating system; a crucible evaporation source 23, a magnetron sputtering source 9, and a cathode arc source 8 are located in a vacuum chamber; the target-substrate distance of the cathode arc source 8 lies in the range from 160 mm to 230 mm; the target-substrate distance of the magnetron sputtering source 9 lies in a range from 50 mm to 75 mm.

Вакуумная система откачивает воздух из вакуумной камеры с образованием вакуумного пространства 12, так что композитную пленку из многоэлементного сплава можно получить в вакуумной среде, которая соответствует технологическому стандарту. Как показано на Фиг. 5, держатель 3 используют для фиксации режущего инструмента, на который должно быть нанесено покрытие, и обеспечения возможности перемещения режущего инструмента в двухмерной плоскости, а подъемный механизм используют для перемещения держателя 3. При этом двухмерное перемещение держателя 3 и перемещение вверх подъемного механизма можно осуществить с использованием винтовой передачи, которую широко используют в области механического машинного оборудования. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения также можно добавить мотор 1 несущей тележки и несущую тележку 2; подъемный винт 5 используют в качестве подъемного механизма; кронштейн 4 вакуумной камеры используют в качестве опоры для вакуумной камеры, и над вакуумной камерой расположена катушка 6.The vacuum system pumps air from the vacuum chamber to form a vacuum space 12, so that a composite film of a multi-element alloy can be obtained in a vacuum medium that meets the technological standard. As shown in FIG. 5, the holder 3 is used to fix the cutting tool to be coated and to allow the cutting tool to move in a two-dimensional plane, and the lifting mechanism is used to move the holder 3. In this case, the two-dimensional movement of the holder 3 and the upward movement of the lifting mechanism can be carried out with using a helical gear, which is widely used in the field of mechanical machinery. In a particular embodiment of the present invention, it is also possible to add a carrier carriage motor 1 and a carrier carriage 2; a lifting screw 5 is used as a lifting mechanism; the bracket 4 of the vacuum chamber is used as a support for the vacuum chamber, and a coil 6 is located above the vacuum chamber.

Тигельный источник 23 испарения используют для нанесения покрытия из композитов TiN, CrN и ZrN во время получения пленки и обеспечения газового ионного травления в качестве приемного анода вспомогательного источника ионизации. Кроме того, тигельный источник испарения 23 может очищать вакуумную камеру за счет испарения с низкими эксплуатационными расходами и хорошей дифракцией и обеспечивать стабильность непрерывной работы, что особенно важно при получении непроводящей пленки в течение длительного времени.An evaporation crucible source 23 is used to coat TiN, CrN, and ZrN composites during film production and to provide gas ion etching as the receiving anode of the auxiliary ionization source. In addition, the crucible source of evaporation 23 can clean the vacuum chamber by evaporation with low operating costs and good diffraction and ensure the stability of continuous operation, which is especially important when obtaining a non-conductive film for a long time.

Источник 8 катодной дуги используют в процессе, ориентированном на AIP-осаждение, во время получения композитной пленки из многоэлементного сплава и в процессе включения многих элементов из материалов многоэлементных сплавов.The cathode arc source 8 is used in an AIP-oriented process, during the preparation of a composite film from a multi-element alloy, and during the incorporation of many elements from materials of multi-element alloys.

Магнетронный источник 9 распыления используют в процессе имплантации микроэлементов во время получения композитной пленки из многоэлементного сплава.The magnetron sputtering source 9 is used in the process of implantation of microelements during the production of a composite film from a multi-element alloy.

Нагревательную систему используют для нагрева вакуумной камеры во время получения композитной пленки из многоэлементного сплава, так что в процессе получения поддерживается стабильная температура окружающей среды.A heating system is used to heat a vacuum chamber during the production of a composite film of a multi-element alloy, so that a stable ambient temperature is maintained during the production.

Систему охлаждения используют для своевременного охлаждения вакуумной камеры для удовлетворения требований процесса охлаждения во время получения композитной пленки из многоэлементного сплава.The cooling system is used for timely cooling of the vacuum chamber to meet the requirements of the cooling process during the production of a composite film of a multi-element alloy.

Систему подачи газов в основном используют для накачки газов, таких как Ar, N2, Н2 и O2, в вакуумную камеру с точным контролем их количества. В настоящем изобретении предпочтительно использовать 6-канальную систему регулирования массового расхода с максимальным расходом, лежащим в диапазоне от 300 см3/с до 1000 см3/с.The gas supply system is mainly used to pump gases, such as Ar, N 2 , H 2 and O 2 , into a vacuum chamber with precise control of their quantity. In the present invention, it is preferable to use a 6-channel mass flow control system with a maximum flow rate ranging from 300 cm 3 / s to 1000 cm 3 / s.

Генератор электромагнитного поля устройства используют для генерации переменного электрического поля, обеспечивающего не только быстрое движение активных пятен дуги по круговому кольцу, но и их движение вперед и назад вдоль радиального направления под действием переменного электромагнитного поля, так что скорость движения активных пятен дуги выше, а их размер больше; (за счет переменного электромагнитного поля скорость движения и размеры активных пятен дуги увеличиваются более чем на 30% по сравнению с активными пятнами, не приводимыми в движение переменным электромагнитным полем); кроме того, плазму, образующуюся вблизи поверхности испаряемых материалов, можно протолкнуть переменным электромагнитным полем в область покрытия (на расстояние, превышающее 300 мм), что может значительно повысить плотность плазмы в вакуумной камере, улучшить среду и условия для нанесения покрытия из участвующих в реакции ионов и за счет этого значительно повысить качество покрытия из участвующих в реакции ионов.The electromagnetic field generator of the device is used to generate an alternating electric field, providing not only the fast movement of the active spots of the arc along the circular ring, but also their movement back and forth along the radial direction under the influence of the alternating electromagnetic field, so that the speed of the active spots of the arc is higher, and their size is larger; (due to the alternating electromagnetic field, the speed and size of the active spots of the arc increase by more than 30% compared with active spots that are not driven by an alternating electromagnetic field); in addition, the plasma formed near the surface of the evaporated materials can be pushed by an alternating electromagnetic field into the coating region (by a distance exceeding 300 mm), which can significantly increase the plasma density in the vacuum chamber, improve the environment and conditions for the coating of the ions participating in the reaction and due to this, significantly improve the quality of the coating of the ions participating in the reaction.

С использованием устройства для получения композитной пленки из многоэлементного сплава по настоящему изобретению можно осуществить следующие способы нанесения покрытия для улучшения общих эксплуатационных свойств обрабатываемого изделия 27, на которое необходимо нанести покрытие.Using the device for producing a multi-alloy alloy composite film of the present invention, the following coating methods can be implemented to improve the overall performance of the workpiece 27 to be coated.

На предшествующем уровне техники обычно используют лишь одну из таких технологий, как VE, MS и AIP; или вначале используют AIP для получения нижней части пленки, а затем MS для получения верхней части пленки, то есть AIP и MS используют раздельно. При использовании указанного способа материалы отдельных пленок не сплавлены друг с другом, а покрывают поверхность обрабатываемого изделия 27 слоями с раздельными характеристиками; выдающиеся эксплуатационные свойства многих материалов невозможно использовать как единое целое, соответственно общие свойства полученной пленки остаются низкими.In the prior art, only one of such technologies as VE, MS and AIP is usually used; or first use AIP to obtain the lower part of the film, and then MS to obtain the upper part of the film, that is, AIP and MS are used separately. When using this method, the materials of the individual films are not fused with each other, but cover the surface of the workpiece with 27 layers with separate characteristics; the outstanding performance properties of many materials cannot be used as a whole; accordingly, the general properties of the resulting film remain low.

Поскольку в устройстве по настоящему изобретению источник катодной дуги и магнетронный источник 9 распыления объединены в вакуумной камере и оптимизирована схема их пространственного расположения, расстояние «мишень-субстрат» источника 8 катодной дуги лежит в диапазоне от 160 мм до 230 мм, а расстояние «мишень-субстрат» магнетронного источника 9 распыления лежит в диапазоне от 50 мм до 75 мм. При этом расстояние «мишень-субстрат» означает расстояние от источника 8 катодной дуги или магнетронного источника 9 распыления до поверхности обрабатываемого изделия 27, на которое необходимо нанести покрытие. Соответственно, с использованием устройства по настоящему изобретению можно осуществить комбинированный способ AIP и MS; за счет имплантации микроэлементов посредством MS и одновременного осаждения ионов посредством AIP можно в конечном итоге получить пленку с материалами многоэлементного сплава и монометаллическими элементами, объединенными в одном слое. Поскольку эксплуатационные характеристики пленки дополнительно улучшаются за счет включения монометаллических элементов, пленка, полученная таким способом, может иметь такие общие эксплуатационные характеристики, как высокая твердость, низкое внутреннее напряжение, высокая сила сцепления, низкая шероховатость, хорошее сопротивление истиранию и высокая скорость осаждения.Since in the device of the present invention, the cathode arc source and the magnetron sputtering source 9 are combined in a vacuum chamber and their spatial arrangement is optimized, the target-substrate distance of the cathode arc source 8 lies in the range from 160 mm to 230 mm, and the target is substrate "magnetron sputtering source 9 is in the range from 50 mm to 75 mm The distance "target substrate" means the distance from the source 8 of the cathode arc or magnetron source 9 of the spray to the surface of the workpiece 27, which must be coated. Accordingly, using the device of the present invention, a combined AIP and MS method can be implemented; due to the implantation of trace elements by means of MS and the simultaneous deposition of ions by means of AIP, it is possible to ultimately obtain a film with multi-element alloy materials and monometallic elements combined in one layer. Since the performance of the film is further improved by the inclusion of monometallic elements, the film obtained in this way can have such general performance as high hardness, low internal stress, high adhesion, low roughness, good abrasion resistance and high deposition rate.

В устройстве по настоящему изобретению в первую очередь используют AIP осаждение и материалы многоэлементного сплава для получения композитной многоэлементной пленки с помощью источника 8 катодной дуги (CAE), тогда как техническую схему MS (комбинацию AIP и MS кратко называют AMS) используют для имплантации микроэлементов, относительное содержание которых составляет менее 1%. При этом можно точно контролировать физическую структуру пленки, и можно получить физическую структуру с оптимальными механическими характеристиками. На Фиг. 17 показана структура пленки в случае, когда ток Me на мишени равен 0 А, то есть пленка получена с использованием только AIP; в нижней части рисунка показан субстрат 24, после субстрата 24 расположен промежуточный слой 28, и композиция 31 AlCrN расположена после промежуточного слоя 28. На Фиг. 18 показана структура пленки при повышении тока Me на мишени, то есть пленки, которая получена посредством MS, и в которую имплантирован элемент Me; такая структура характеризуется формой короткостолбчатой структуры. В нижней части рисунка показан субстрат 24, после субстрата 24 расположен промежуточный слой 28, и композиция 29 AlCrMeN и композиция 30 MeNx расположены после промежуточного слоя 28. Из сравнения Фиг. 7 и Фиг. 8 можно видеть, что, если ток Me на мишени равен 0 А, то покрытие нарастает в форме колончатого кристалла; если же ток Me на мишени возрастает, часть атомов Me проникает в кристалл MeNx, замещая атомы Cr для твердорастворного упрочнения покрытия; другая часть атомов Me образует мелкие зерна MeNx среди кристаллов AlCrN, ингибируя дальнейший рост кристаллов AlCrN с целью упрочнения.The device of the present invention primarily uses AIP deposition and a multi-element alloy material to produce a composite multi-element film using a cathode arc source (CAE) 8, while the MS technical scheme (the combination of AIP and MS is briefly referred to as AMS) is used for implantation of trace elements, the relative whose content is less than 1%. In this case, it is possible to precisely control the physical structure of the film, and it is possible to obtain a physical structure with optimal mechanical characteristics. In FIG. 17 shows the film structure in the case where the current Me on the target is 0 A, that is, the film was obtained using only AIP; substrate 24 is shown at the bottom of the figure, intermediate layer 28 is located after substrate 24, and AlCrN composition 31 is located after intermediate layer 28. FIG. 18 shows the film structure with increasing current Me on the target, that is, the film that is obtained by MS and into which the Me element is implanted; such a structure is characterized by the shape of a short-columned structure. A substrate 24 is shown at the bottom of the figure, an intermediate layer 28 is located after the substrate 24, and the AlCrMeN composition 29 and the MeNx composition 30 are located after the intermediate layer 28. From a comparison of FIG. 7 and FIG. 8, it can be seen that if the current Me on the target is 0 A, then the coating grows in the form of a columnar crystal; if the Me current on the target increases, a part of Me atoms penetrates into the MeNx crystal, replacing Cr atoms for solid solution hardening of the coating; the other part of Me atoms forms small MeNx grains among AlCrN crystals, inhibiting the further growth of AlCrN crystals with the aim of hardening.

Способ с двойным источником испарения, сочетающий VE и MS, можно осуществить в устройстве по настоящему изобретению, то есть металлические элементы испаряются в тигельном источнике испарения, а затем другие элементы имплантируются за счет магнетронного источника распыления во время осаждения металлических соединений на поверхности обрабатываемого изделия; таким образом на поверхности обрабатываемого изделия образуется композитная пленка из многоэлементного сплава; в конкретном варианте осуществления настоящего изобретения элемент Ti испаряется за счет источника 23 электронного пучка в газовую смесь N2 и Ar с образованием традиционной TiN пленки; затем имплантируют элемент X с помощью магнетронного источника 9 распыления во время осаждения TiN пленки, чтобы нанести слой покрытия (TiX, Me1-X)N на поверхность заготовки обрабатываемого изделия; элемент X является по меньшей мере одним или более из Al, Cr и Sr. TiN - это идеальная пленочная система, имеющая широкую основу для получения; например, такие способы, как AIP, MS и VE могут удовлетворить требования промышленного производства. TiN, как идеальный материал покрытия для низкоскоростных режущих инструментов, обладает выдающимися физическими и химическими свойствами, такими как высокая твердость, низкий коэффициент трения и благоприятная совместимость с химическими веществами. В связи со способностью снижать адгезию между режущим краем и обрабатываемым материалом и увеличивать срок службы и технологическую эффективность режущего инструмента, TiN остается одним из пленочных материалов, широко используемых в настоящее время. Однако традиционный TiN имеет низкую твердость и низкие износостойкость и термостабильность, что ограничивает возможности его более широкого использования. Усовершенствование TiN пленки в основном связано с аспектами новых сплавов на основе TiN и многоэлементных композитных слоев. Кроме того, бинарные нитриды и карбиды переходных металлов всегда являются взаиморастворимыми. Добавление определенных элементов в TiN пленку может привести к образованию композитного соединения азота, которое может фундаментально изменить эксплуатационные характеристики TiN пленки и, соответственно, повысить износостойкость и термостабильность. Многоэлементный сплав, основой которого является TiN, может изменять и регулировать физическую структуру пленки и позволить получить так называемую (TiX, Me1-X)N пленку. Элементы многоэлементного сплава включают С, Si, Cr, Al, Mo, W, V, Zr, Y и La, и т.п.The dual vaporization method combining VE and MS can be carried out in the apparatus of the present invention, that is, the metal elements are vaporized in a crucible vapor source, and then other elements are implanted by the magnetron sputtering source during the deposition of metal compounds on the surface of the workpiece; thus, a composite film made of a multi-element alloy is formed on the surface of the workpiece; in a specific embodiment of the present invention, the Ti element is vaporized by an electron beam source 23 into a gas mixture of N 2 and Ar to form a conventional TiN film; then element X is implanted using a magnetron sputtering source 9 during deposition of a TiN film to deposit a coating layer (Ti X , Me 1-X ) N on the surface of the workpiece of the workpiece; element X is at least one or more of Al, Cr and Sr. TiN is an ideal film system with a broad base for production; for example, methods such as AIP, MS, and VE can satisfy industrial requirements. TiN, as an ideal coating material for low-speed cutting tools, has outstanding physical and chemical properties such as high hardness, low friction coefficient and favorable compatibility with chemicals. Due to the ability to reduce adhesion between the cutting edge and the material being processed and to increase the service life and technological efficiency of the cutting tool, TiN remains one of the film materials widely used at present. However, traditional TiN has low hardness and low wear resistance and thermal stability, which limits its wider use. The improvement of TiN films is mainly related to aspects of new TiN-based alloys and multi-element composite layers. In addition, binary nitrides and carbides of transition metals are always mutually soluble. The addition of certain elements to a TiN film can lead to the formation of a composite nitrogen compound, which can fundamentally change the performance of a TiN film and, consequently, increase wear resistance and thermal stability. A multi-element alloy, the basis of which is TiN, can change and regulate the physical structure of the film and make it possible to obtain the so-called (Ti X , Me 1-X ) N film. Elements of a multi-element alloy include C, Si, Cr, Al, Mo, W, V, Zr, Y, and La, and the like.

С использованием устройства, ориентированного на AIP-осаждение, можно осуществить получение изолирующих оксидных пленок. AIP способствует ионизации, но скорость осаждения покрытия является высокой; если имеется избыток O2 или изменяется исходное электрическое поле, O2 с большей вероятностью будет реагировать на поверхности катодной мишени и генерировать оксиды, что приведет к прекращению катодного разряда и невозможности выхода необходимых элементов. В настоящее время оксид при PVD в основном является оксидом алюминия. Поскольку материалы на основе Al и AITi с большей вероятностью реагируют с O2, добавление некоторого количества Cr в материалы на основе Al обычно может эффективно прекратить окисление поверхности мишени. Однако оксид хрома, обладающий низкой стабильностью, изменит эксплуатационные характеристики пленок. Поэтому для предшествующего уровня техники характерно, что, несмотря на высокую скорость осаждения посредством AIP, с использованием AIP невозможно получить высококачественную изолирующую оксидную пленку. Однако переменное электромагнитное поле, которое генерируется генератором электромагнитного поля и системой управления при использовании устройства по настоящему изобретению, может вызвать смещение O2 к обрабатываемому изделию 27, на которое необходимо нанести покрытие, от объекта-мишени, что предотвращает образование оксидов за счет реакции O2 на поверхности катодной мишени. Соответственно, можно получить оксидную пленку с высокими эксплуатационными характеристиками и преодолеть недостатки технологии согласно предшествующему уровню техники, состоящие в том, что AIP невозможно использовать для получения оксидной изоляции.Using an AIP deposition oriented device, it is possible to produce insulating oxide films. AIP promotes ionization, but the deposition rate of the coating is high; if there is an excess of O 2 or the initial electric field changes, O 2 is more likely to react on the surface of the cathode target and generate oxides, which will lead to cessation of the cathode discharge and the inability to exit the necessary elements. Currently, the oxide in PVD is mainly alumina. Since Al and AITi-based materials are more likely to react with O 2 , adding some Cr to Al-based materials can usually effectively stop the oxidation of the target surface. However, chromium oxide, which has low stability, will change the operational characteristics of the films. Therefore, it is characteristic of the prior art that, despite the high deposition rate by AIP, it is not possible to obtain a high-quality insulating oxide film using AIP. However, the alternating electromagnetic field that is generated by the electromagnetic field generator and control system when using the device of the present invention can cause O 2 to shift to the workpiece 27 to be coated from the target, which prevents the formation of oxides due to the O 2 reaction on the surface of the cathode target. Accordingly, it is possible to obtain an oxide film with high performance and overcome the disadvantages of the technology according to the prior art, consisting in the fact that AIP cannot be used to obtain oxide insulation.

Как показано на Фиг. 4, устройство дополнительно содержит источник ионов в виде нити накала; этот источник ионов в виде нити накала находится в вакуумной камере; источник ионов в виде нити накала электрически соединен с электрической системой управления. Источник ионов в виде нити накала, по-новому использованный в настоящем изобретении, может значительно усилить эффект газового травления. Для покрытий режущих инструментов вакуумное травление и активация имеют большое значение. В устройстве по настоящему изобретению использована не традиционная для газового травления высокопороговая бомбардировка металла, а низкопороговое травление ионами газов, которое обеспечивает более равномерный и интегральный очищающий эффект и гарантирует цельность лезвия режущего инструмента. Кроме того, источник ионов в виде нити накала, по-новому использованный в настоящем изобретении, может дополнительно играть роль во внутреннем нагреве, повышая интенсивность ионизации и способствуя осаждению, а также повышая количество плазмы во время ионного осаждения с раздельным испарением.As shown in FIG. 4, the device further comprises an ion source in the form of a filament; this ion source in the form of a filament is in a vacuum chamber; an ion source in the form of a filament is electrically connected to an electrical control system. An ion source in the form of a filament, new used in the present invention, can significantly enhance the effect of gas etching. For coating cutting tools, vacuum etching and activation are of great importance. The device of the present invention uses not a high threshold metal bombardment conventional for gas etching, but a low threshold etching by gas ions, which provides a more uniform and integrated cleaning effect and guarantees the integrity of the cutting tool blade. In addition, the ion source in the form of a filament, newly used in the present invention, can additionally play a role in internal heating, increasing the intensity of ionization and promoting deposition, as well as increasing the amount of plasma during ion deposition with separate evaporation.

Система электрического управления включает источник питания источника ионов, источник питания плазменного поля, источник питания магнетронного источника распыления, источник питания источника катодной дуги и источник напряжения сеточного смещения; источник питания плазменного поля соединен с источником питания источника ионов и источником ионов в виде нити накала; источник питания магнетронного источника распыления соединен с магнетронным источником распыления, источник питания источника катодной дуги соединен с источником 8 катодной дуги, и источник напряжения сеточного смещения соединен с обрабатываемым изделием 27, на которое должно быть нанесено покрытие во время эксплуатации устройства. При этом источник питания источника ионов подает питание на источник ионов в виде нити накала; источник питания плазменного поля подает питание дуги на источник ионов в виде нити накала; источник питания магнетронного источника распыления подает питание на магнетронный источник 9 распыления и источник питания катодной дуги подает питание на источник 8 катодной дуги. Источник напряжения сеточного смещения обеспечивает электрическое поле для управления движением заряженных ионов. Система электрического управления преимущественно подает питание с регулируемыми параметрами к соответствующим электрическим компонентам устройства; при этом параметры напряжения и тока вышеуказанных источников питания можно регулировать с использованием уже существующих способов регулирования в соответствии с требованиями процесса; соответственно, устройство может контролировать процесс за счет регулирования параметров каждого источника питания; кроме того, параметры источников питания можно регулировать с использованием аппаратной схемы или комбинации программного обеспечения и аппаратного обеспечения.The electrical control system includes an ion source power source, a plasma field power source, a magnetron sputtering power source, a cathode arc source power source and a grid bias voltage source; a plasma field power source is connected to an ion source power source and an ion source in the form of a filament; The power supply of the magnetron atomization source is connected to the magnetron atomization source, the power source of the cathode arc source is connected to the cathode arc source 8, and the grid bias voltage source is connected to the workpiece 27 to be coated during operation of the device. The power source of the ion source supplies power to the ion source in the form of a filament; the plasma field power source supplies arc power to the ion source in the form of a filament; the power source of the magnetron sputtering source supplies power to the magnetron sputtering source 9 and the cathode arc power supply supplies power to the cathode arc source 8. The grid bias voltage source provides an electric field for controlling the movement of charged ions. The electrical control system predominantly supplies power with adjustable parameters to the corresponding electrical components of the device; the voltage and current parameters of the above power sources can be adjusted using existing control methods in accordance with the requirements of the process; accordingly, the device can control the process by adjusting the parameters of each power source; in addition, power supply parameters can be adjusted using a hardware circuit or a combination of software and hardware.

Нагревательная система содержит внутреннюю систему нагрева электронным лучом, расположенную в центре вакуумной камеры, и внешнюю систему радиационного нагрева, расположенную вокруг стенки печи вакуумной камеры. Конструкция, сочетающая внутренний нагрев и внешний нагрев, по настоящему изобретению повышает целостность нагрева и эффективно поддерживает равномерность температурного поля во время работы AMS-системы, что соответствует требованиям процесса осаждения. В конкретном варианте осуществления настоящего изобретения в устройстве использован источник ионов в виде нити накала в качестве внутреннего нагревательного блока и внешняя система радиационного нагрева на основе нагрева источника ионов в виде нити накала.The heating system comprises an internal electron beam heating system located in the center of the vacuum chamber, and an external radiation heating system located around the wall of the vacuum chamber furnace. The design, combining internal heating and external heating, according to the present invention increases the integrity of the heating and effectively maintains the uniformity of the temperature field during operation of the AMS system, which meets the requirements of the deposition process. In a specific embodiment of the present invention, the device uses an ion source in the form of a filament as an internal heating unit and an external radiation heating system based on heating an ion source in the form of a filament.

Как показано на Фиг. 3, магнетронный источник 9 распыления симметрично размещен на внутренней стенке вакуумной камеры; источник 8 катодной дуги спирально размещен на внутренней стенке вакуумной камеры, если принять центр вращения вакуумной камеры за ось симметрии. Схема спирального размещения может обеспечить полное использование пространства, соответственно, количество источников (мишеней) катодной дуги можно увеличить до 8 и более, значительно повысив способность устройства регулировать и контролировать композиции пленок, что позволяет с помощью устройства получать пленки с более сложным составом и выдающимися общими эксплуатационными характеристиками.As shown in FIG. 3, the magnetron sputtering source 9 is symmetrically placed on the inner wall of the vacuum chamber; the source 8 of the cathode arc is helically placed on the inner wall of the vacuum chamber, if we take the center of rotation of the vacuum chamber as the axis of symmetry. The spiral arrangement can ensure full use of space, respectively, the number of sources (targets) of the cathode arc can be increased to 8 or more, significantly increasing the ability of the device to regulate and control film compositions, which allows using the device to obtain films with a more complex composition and outstanding overall operational characteristics.

Вакуумная камера содержит молекулярный насос 14, вакуумный насос 18 Рутса, механический насос 20 и насос 19 поддержания давления; молекулярный насос 14 соединен с вакуумной камерой; насос 19 поддержания давления соединен с воздуховыпускным отверстием, которое соединено с молекулярным насосом 14; вакуумный насос 18 Рутса соединен с воздуховыпускным отверстием молекулярного насоса 14, и механический насос 20 соединен с воздуховыпускным отверстием вакуумного насоса 18 Рутса. Форвакуумный клапан 15, клапан 16 предварительной откачки и обводной (байпасный) клапан 17 могут быть установлены в трубопроводе вакуумной системы. При этом молекулярный насос 14 используют для задания конечного давления в вакуумной камере, рабочего давления, времени создания высокого вакуума и обеспечения стабильности давления при нанесении покрытия без откачки масла или необходимости дополнительного времени для запуска и отключения. Механический насос 20 используют для откачки воздуха из вакуумной камеры до значения давления, удовлетворяющего требованиям молекулярного насоса в отношении воздуховпускного и воздуховыпускного отверстий. Он определяет время, необходимое для создания низкого вакуума. Насос 19 поддержания давления используют для поддержания выходного давления в воздуховыпускном отверстии молекулярного насоса 14 и поддержания нормальной работы вакуумной камеры в условиях, когда открыт основной насос. Насос 19 поддержания давления может быть центробежным лопастным насосом. Вакуумная система жестко смонтирована на кронштейне 21 вакуумной системы.The vacuum chamber comprises a molecular pump 14, a Roots vacuum pump 18, a mechanical pump 20, and a pressure maintenance pump 19; a molecular pump 14 is connected to a vacuum chamber; a pressure maintenance pump 19 is connected to an air outlet that is connected to a molecular pump 14; The Roots vacuum pump 18 is connected to the air outlet of the molecular pump 14, and the mechanical pump 20 is connected to the air outlet of the Roots vacuum pump 18. The fore-vacuum valve 15, the preliminary pumping valve 16 and the bypass valve 17 can be installed in the pipeline of the vacuum system. In this case, the molecular pump 14 is used to set the final pressure in the vacuum chamber, working pressure, the time of creating a high vacuum and ensuring the stability of the pressure when applying the coating without pumping oil or the need for additional time to start and stop. A mechanical pump 20 is used to pump air from the vacuum chamber to a pressure value that meets the requirements of the molecular pump with respect to the air inlet and air outlet. It determines the time required to create a low vacuum. The pressure maintaining pump 19 is used to maintain the outlet pressure in the air outlet of the molecular pump 14 and to maintain the normal operation of the vacuum chamber under conditions when the main pump is open. The pressure maintenance pump 19 may be a centrifugal vane pump. The vacuum system is rigidly mounted on the bracket 21 of the vacuum system.

Смотровое окно 7 установлено на вакуумной камере. Расположение смотрового окна 7 может помочь операторам оценивать в реальном времени ситуацию в вакуумной камере. Поверхность 11 раздела газового потока также расположена на вакуумной камере, так что в камеру можно закачивать соответствующий газ во время работы устройства.An inspection window 7 is mounted on a vacuum chamber. The location of the viewing window 7 can help operators evaluate the situation in the vacuum chamber in real time. The gas flow separation surface 11 is also located on the vacuum chamber, so that the corresponding gas can be pumped into the chamber during operation of the device.

Как показано на Фиг. 16, устройство также содержит защитный кожух 25; этот защитный кожух 25 установлен на стороне источника 8 катодной дуги, обращенной к держателю 3; кроме того, на стороне защитного кожуха 25 за источником 8 катодной дуги расположен отражатель 26. AIP способствует ионизации, но скорость осаждения покрытия является высокой; если имеется избыток O2 или изменяется исходное электрическое поле, O2 с большей вероятностью будет реагировать на поверхности катодной мишени и генерировать оксиды, что приведет к прекращению катодного разряда и невозможности выхода необходимых элементов. В настоящее время оксид при PVD в основном является оксидом алюминия. Поскольку материалы на основе Al и AlTi с большей вероятностью реагируют с O2, добавление некоторого количества Cr в материалы на основе Al обычно может эффективно прекратить окисление поверхности мишени. Однако оксид хрома, обладающий низкой стабильностью, изменит эксплуатационные характеристики пленок. Поэтому для предшествующего уровня техники характерно, что, несмотря на высокую скорость осаждения посредством AIP, с использованием AIP невозможно получить высококачественные изолирующие оксидные пленки. В настоящем изобретении вышеуказанная структура использована для эффективной защиты поверхности мишени, предотвращения проникновения O2 в поверхность катодной мишени и может обеспечить смещение O2, который течет вокруг поверхности мишени, к обрабатываемой детали 27, на которую необходимо нанести покрытие, от поверхности мишени, что препятствует образованию оксидов из-за реакции O2 на поверхности катодной мишени. Соответственно, можно получить оксидную пленку с высокими эксплуатационными характеристиками и преодолеть недостатки технологии согласно предшествующему уровню техники, состоящие в том, что AIP невозможно использовать для получения оксидов.As shown in FIG. 16, the device also includes a protective casing 25; this protective casing 25 is mounted on the source side 8 of the cathode arc facing the holder 3; in addition, on the side of the protective casing 25, a reflector 26 is located behind the cathode source 8. AIP promotes ionization, but the coating deposition rate is high; if there is an excess of O 2 or the initial electric field changes, O 2 is more likely to react on the surface of the cathode target and generate oxides, which will lead to cessation of the cathode discharge and the inability to exit the necessary elements. Currently, the oxide in PVD is mainly alumina. Since Al and AlTi-based materials are more likely to react with O 2 , adding some Cr to Al-based materials can usually effectively stop the oxidation of the target surface. However, chromium oxide, which has low stability, will change the operational characteristics of the films. Therefore, it is characteristic of the prior art that, despite the high deposition rate by AIP, it is not possible to obtain high-quality insulating oxide films using AIP. In the present invention, the above structure is used to effectively protect the target surface, to prevent the penetration of O 2 into the surface of the cathode target and can provide a bias of O 2 that flows around the target surface to the workpiece 27 to be coated from the target surface, which prevents the formation of oxides due to the O 2 reaction on the surface of the cathode target. Accordingly, it is possible to obtain an oxide film with high performance and overcome the disadvantages of the technology according to the prior art, consisting in the fact that AIP cannot be used to obtain oxides.

Вакуумная камера оборудована блоком измерения температуры и блоком измерения вакуума. Благодаря дополнительному блоку измерения температуры и блоку измерения вакуума, можно измерять температуру и уровень вакуума в вакуумной камере, соответственно, эти два параметра можно точно регулировать в процессе нанесения покрытия.The vacuum chamber is equipped with a temperature measuring unit and a vacuum measuring unit. Thanks to the optional temperature measuring unit and the vacuum measuring unit, the temperature and vacuum level in the vacuum chamber can be measured, respectively, these two parameters can be precisely controlled during the coating process.

Система охлаждения является многоканальной системой охлаждения с циркуляцией воды. Многоканальная система охлаждения с циркуляцией воды может обеспечить приемлемый эффект охлаждения и за счет этого сэкономить ресурсы и расходы.The cooling system is a multi-channel cooling system with water circulation. A multi-channel cooling system with water circulation can provide an acceptable cooling effect and thereby save resources and costs.

Способ получения композитной пленки из многоэлементного сплава по настоящему изобретению предназначен для включения монометаллических элементов с помощью магнетронного источника 9 распыления во время осаждения ионов материалов многоэлементного сплава с помощью источника 8 катодной дуги с получением композитной пленки из многоэлементного сплава. В способе нанесения покрытия согласно предшествующему уровню техники AIP или MS используют по отдельности, поэтому невозможно объединить преимущества двух способов, и полученные пленки не могут одновременно обладать многими выдающимися эксплуатационными характеристиками. В противоположность этому, в настоящем изобретении монометаллические элементы включают с помощью магнетронного источника 9 распыления во время осаждения ионов материалов многоэлементного сплава с помощью источника 8 катодной дуги с получением композитной пленки из многоэлементного сплава. Соответственно, можно точно контролировать металлургическую структуру пленок, и эксплуатационные характеристики пленочного покрытия можно оптимизировать и отрегулировать в соответствии с потребностями; кроме того, во время получения пленки можно получить высокую скорость осаждения, так что полученная пленка имеет более высокие технические характеристики, чем пленки согласно предшествующему уровню техники.The method for producing a composite film from a multi-element alloy of the present invention is intended to include monometallic elements using a magnetron sputtering source 9 during the deposition of ions of materials of a multi-element alloy using a cathode arc source 8 to obtain a composite film from a multi-element alloy. In the prior art coating method, AIP or MS are used separately, therefore it is not possible to combine the advantages of the two methods, and the resulting films cannot simultaneously have many outstanding performance characteristics. In contrast, in the present invention, the monometallic elements are turned on using a magnetron sputtering source 9 during the deposition of ions of the materials of the multi-element alloy using the cathode arc source 8 to obtain a composite film of the multi-element alloy. Accordingly, it is possible to precisely control the metallurgical structure of the films, and the performance of the film coating can be optimized and adjusted according to needs; in addition, during the preparation of the film, a high deposition rate can be obtained, so that the resulting film has higher technical characteristics than films according to the prior art.

Способ получения композитной пленки из многоэлементного сплава с использованием устройства по настоящему изобретению является следующим:A method of producing a composite film from a multi-element alloy using the device of the present invention is as follows:

A. AIP и MSA. AIP and MS

(1) Предварительная обработка:(1) Pretreatment:

Поместить режущий инструмент в камеру для нанесения покрытия после его просушивания после очистки в стандартном слабощелочном моющем средстве и дегидратации спиртом под действием ультразвуковых волн перед нанесением покрытия;Place the cutting tool in the coating chamber after drying it after cleaning in a standard slightly alkaline detergent and dehydration with alcohol under the action of ultrasonic waves before coating;

(2) Подготовительные мероприятия перед нанесением покрытия:(2) Preparations before coating:

- Провести аэрацию вакуумной камеры и открыть дверцу печи;- Aerate the vacuum chamber and open the oven door;

- При необходимости заменить материалы мишеней источника катодной дуги и магнетронного источника распыления и заменить стекло смотрового окна;- If necessary, replace target materials of the cathode arc source and magnetron sputtering source and replace the glass of the viewing window;

- Очистить все детали корпуса печи пневматическим устройством высокого давления при давлении воздуха, равном 0,6 МПа;- Clean all parts of the furnace body with a high-pressure pneumatic device at an air pressure of 0.6 MPa;

- Выбрать соответствующий зажим для фиксации обрабатываемой детали 27 (режущего инструмента); убедиться в том, что движение зажима является правильным;- Select the appropriate clamp for fixing the workpiece 27 (cutting tool); make sure that the clamp movement is correct;

- Проверить состояние изоляции источника ионов в виде нити накала, источника 8 катодной дуги, магнетронного источника распыления, вспомогательного анода 22 и зажима 27 для обрабатываемой детали; значение сопротивления должно быть больше 100 КОм;- Check the insulation state of the ion source in the form of a filament, cathode arc source 8, magnetron sputtering source, auxiliary anode 22 and clamp 27 for the workpiece; resistance value should be more than 100 KOhm;

- Закрыть испарительную камеру и перекрыть вентиляционный клапан.- Close the evaporation chamber and close the ventilation valve.

(3) Вакуумирование (до 5×10-2 Па) и предварительный нагрев(3) Evacuation (up to 5 × 10 -2 Pa) and preheating

- Включить блок водяного охлаждения;- Turn on the water cooling unit;

- Открыть механический насос 20, вакуумный насос 18 Рутса и клапан 16 предварительной откачки;- Open the mechanical pump 20, the Roots vacuum pump 18 and the pre-pump valve 16;

- Включить составной вакуум-манометр, включить термопарный вакуумметр 1 для измерения вакуума в форвакуумной линии; давление вакуума должно быть меньше 5 Па;- Turn on the composite vacuum gauge, turn on the thermocouple vacuum gauge 1 to measure the vacuum in the foreline; vacuum pressure should be less than 5 Pa;

- Включить молекулярный насос 14;- Turn on the molecular pump 14;

- Если молекулярный насос 14 работает нормально, и давление вакуума в вакуумной камере меньше 5 Па, закрыть клапан 16 предварительной откачки и открыть форвакуумный клапан 15 и клапан 13 высокого вакуума;- If the molecular pump 14 is operating normally and the vacuum pressure in the vacuum chamber is less than 5 Pa, close the preliminary pumping valve 16 and open the fore-vacuum valve 15 and the high vacuum valve 13;

- Если значение вакуума меньше 5×10-2 Па, закачать 40-60 см3/мин Ar и включить вспомогательный нагрев (5 кВт);- If the vacuum value is less than 5 × 10 -2 Pa, pump 40-60 cm 3 / min Ar and turn on auxiliary heating (5 kW);

- Привести обрабатываемую деталь 27 во вращательное движение и отрегулировать частоту до 15 Гц;- Bring the workpiece 27 into rotational motion and adjust the frequency to 15 Hz;

- Войти в фазу смешанного нагрева через 40 мин.- Enter the mixed heating phase after 40 minutes.

(4) Нагрев электронным лучом(4) Electron beam heating

- Отрегулировать давление в вакуумной камере до 2,5×10-1 Па, а поток Ar -до 90-120 см3/мин;- Adjust the pressure in the vacuum chamber to 2.5 × 10 -1 Pa, and the flow Ar to 90-120 cm 3 / min;

- Включить источник питания источника ионов в виде нити накала и медленно увеличить ток до 170-230 А;- Turn on the power source of the ion source in the form of a filament and slowly increase the current to 170-230 A;

- Включить магнитное поле и отрегулировать ток до 12-20 А;- Turn on the magnetic field and adjust the current to 12-20 A;

- Включить источник питания плазменного поля и переключить его в положение для нагрева;- Turn on the power source of the plasma field and switch it to the position for heating;

- Зажечь дугу и постепенно увеличить ток до 180 А;- Light the arc and gradually increase the current to 180 A;

- Время смешанного нагрева: 40-70 мин.- Mixed heating time: 40-70 min.

(5) Газоплазменное травление(5) Gas plasma etching

- Поддерживать ток через нить накала на уровне 170-230 А;- Maintain current through the filament at a level of 170-230 A;

- Снизить ток источника питания плазменного поля до 100-120 А;- Reduce the current of the plasma field power source to 100-120 A;

- Снизить ток магнитного поля до 6-8 А;- Reduce the magnetic field current to 6-8 A;

- Отрегулировать давление в вакуумной камере до 2×10-1 Па, поток Ar - до 50-65 см3/мин и поток Н2 - до 12-20 см3/мин;- Adjust the pressure in the vacuum chamber to 2 × 10 -1 Pa, the flow of Ar - up to 50-65 cm 3 / min and the flow of H 2 - up to 12-20 cm 3 / min;

- Включить источник напряжения сеточного смещения и постепенно повысить напряжение до 2-200В и импульсное напряжение - до 300-500В;- Turn on the voltage source of the grid bias and gradually increase the voltage to 2-200V and the pulse voltage to 300-500V;

- Время ионного травления равно примерно 80-150 мин.- The time of ion etching is approximately 80-150 minutes

(6) Нанесение покрытия(6) Coating

- Слой Ti, Cr и Zr: поток Ar: 80-140 см3/мин; напряжение смещения: 800-1000В; включить 2 источника катодных дуг (Ti, Cr, Zr); ток мишени дуги: 70-100А; период: 180-600 с;- Layer Ti, Cr and Zr: flow Ar: 80-140 cm 3 / min; bias voltage: 800-1000V; include 2 sources of cathode arcs (Ti, Cr, Zr); arc target current: 70-100A; period: 180-600 s;

- Слой TiN, CrN и ZrN: поток Ar: 480-680 см3/мин; напряжение смещения: 150В; включить 2 источника катодной дуги (Ti, Cr, Zr); ток мишени дуги: 100-100А; период: 180-600 с;- Layer TiN, CrN and ZrN: flow Ar: 480-680 cm 3 / min; bias voltage: 150V; include 2 sources of the cathode arc (Ti, Cr, Zr); arc target current: 100-100A; period: 180-600 s;

- Слой TiAl: поток Ar: 540-900 см3/мин; напряжение смещения: 100-120В; включить 4 источника катодной дуги (TiAl); ток мишени дуги: 100-120А; период: 3600-7200 с;- TiAl layer: Ar flow: 540-900 cm 3 / min; bias voltage: 100-120V; include 4 sources of the cathode arc (TiAl); arc target current: 100-120A; period: 3600-7200 s;

- Включить 2 магнетронных источника 9 распыления; ток распыления: 1-3 А; период: 3600-7200 с; поток N2: 540-900 см3/мин; напряжение смещения: 80-100В;- Turn on 2 magnetron sputtering sources 9; spray current: 1-3 A; period: 3600-7200 s; stream N 2 : 540-900 cm 3 / min; bias voltage: 80-100V;

- Выключить 4 источника катодной дуги (TiAl); включить 2 источника катодной дуги (TiAl); ток мишени дуги: 100-120 А; период: 1800-3600 с; поток N2: 540-900 см3/мин; поток O2: 30-100 см3/мин;- Turn off 4 sources of the cathode arc (TiAl); turn on 2 sources of the cathode arc (TiAl); arc target current: 100-120 A; period: 1800-3600 s; stream N 2 : 540-900 cm 3 / min; O 2 stream: 30-100 cm 3 / min;

- Выключить источник катодной дуги, магнетронный источник распыления и источник напряжения сеточного смещения;- Turn off the source of the cathode arc, the magnetron sputtering source and the voltage source of the grid bias;

- Выключить источник нагрева, источники N2 и O2; отключить молекулярный насос 14; включить насос 19 поддержания давления и закачать 80-120 см3/мин N2;- Turn off the heat source, sources N 2 and O 2 ; turn off the molecular pump 14; turn on the pressure maintenance pump 19 and pump 80-120 cm 3 / min N 2 ;

- Закачать Ar до 30 Па.- Download Ar to 30 Pa.

(7) Охлаждение: длительность процесса: 60-120 мин.(7) Cooling: process time: 60-120 min.

В. VE и MSB. VE and MS

(1) Предварительная обработка:(1) Pretreatment:

Поместить режущий инструмент из высокоскоростной стали или твердого сплава (специальной полировальной обработки не требуется) в камеру для нанесения покрытия после очистки в стандартном слабощелочном моющем средстве и дегидратации спиртом под действием ультразвуковых волн перед нанесением покрытия;.Place the cutting tool made of high-speed steel or hard alloy (no special polishing is required) in the coating chamber after cleaning in a standard weakly alkaline detergent and dehydration with alcohol under the action of ultrasonic waves before coating ;.

(2) Инспекция устройства:(2) Inspection device:

- Провести аэрацию камеры и открыть дверцу печи;- Carry out aeration of the chamber and open the oven door;

- При необходимости заменить материалы мишени магнетронного источника распыления и заменить стекло смотрового окна;- If necessary, replace the target materials of the magnetron sputtering source and replace the glass of the viewing window;

- Вернуть на место источник испарения и добавить новые испаряющиеся материалы в количестве 20-30 г (Ti);- Replace the source of evaporation and add new evaporating materials in an amount of 20-30 g (Ti);

- Очистить все детали корпуса печи пневматическим устройством высокого давления при давлении воздуха, равном 0,6 МПа;- Clean all parts of the furnace body with a high-pressure pneumatic device at an air pressure of 0.6 MPa;

- Выбрать соответствующий зажим для фиксации обрабатываемой детали 27 (режущего инструмента); убедиться в том, что движение зажима является правильным;- Select the appropriate clamp for fixing the workpiece 27 (cutting tool); make sure that the clamp movement is correct;

- Проверить состояние изоляции электронной пушки, источника испарения 23, магнетронного источника распыления, вспомогательного анода 22 и зажима 27 для обрабатываемой детали; значение сопротивления должно быть больше 100 КОм;- Check the insulation state of the electron gun, evaporation source 23, magnetron sputtering source, auxiliary anode 22 and clamp 27 for the workpiece; resistance value should be more than 100 KOhm;

- Поднять опорную плиту, закрыть испарительную камеру и перекрыть вентиляционный клапан.- Lift the base plate, close the evaporation chamber and close the ventilation valve.

(3) Вакуумирование и предварительный нагрев(3) Evacuation and preheating

- Включить блок водяного охлаждения;- Turn on the water cooling unit;

- Открыть механический насос 20, вакуумный насос 18 Рутса и клапан 16 предварительной откачки;- Open the mechanical pump 20, the Roots vacuum pump 18 and the pre-pump valve 16;

Включить композитный вакуум-манометр, включить термопарный вакуумметр 1 для измерения вакуума в форвакуумной линии; давление вакуума должно быть меньше 5 Па;Turn on the composite vacuum gauge, turn on the thermocouple vacuum gauge 1 to measure the vacuum in the foreline; vacuum pressure should be less than 5 Pa;

- Включить молекулярный насос 14;- Turn on the molecular pump 14;

- Если молекулярный насос 14 работает нормально, и давление вакуума в вакуумной камере меньше 5 Па, закрыть клапан 16 предварительной откачки и открыть форвакуумный клапан 15 и клапан 13 высокого вакуума;- If the molecular pump 14 is operating normally and the vacuum pressure in the vacuum chamber is less than 5 Pa, close the preliminary pumping valve 16 and open the fore-vacuum valve 15 and the high vacuum valve 13;

- Если значение вакуума меньше 1×10-2 Па, закачать 40-60 см3/мин Ar и включить вспомогательный нагрев (5 кВт);- If the vacuum value is less than 1 × 10 -2 Pa, pump 40-60 cm 3 / min Ar and turn on auxiliary heating (5 kW);

- Привести обрабатываемую деталь 27 во вращательное движение и отрегулировать частоту до 20 Гц;- Bring the workpiece 27 into rotational motion and adjust the frequency to 20 Hz;

- Войти в фазу смешанного нагрева через 40 мин.- Enter the mixed heating phase after 40 minutes.

(4) Нагрев электронным лучом(4) Electron beam heating

- Отрегулировать давление в вакуумной камере до 2,5×10-1 Па, а поток Ar - до 90-110 см3/мин;- Adjust the pressure in the vacuum chamber to 2.5 × 10 -1 Pa, and the flow of Ar to 90-110 cm 3 / min;

- Включить источник питания источника ионов в виде нити накала и медленно увеличить ток до 170-230 А;- Turn on the power source of the ion source in the form of a filament and slowly increase the current to 170-230 A;

- Включить магнитное поле и отрегулировать ток до 12-20 А;- Turn on the magnetic field and adjust the current to 12-20 A;

- Включить источник питания плазменного поля и переключить его в положение для нагрева;- Turn on the power source of the plasma field and switch it to the position for heating;

- Зажечь дугу и постепенно увеличить ток до 180 А;- Light the arc and gradually increase the current to 180 A;

- Время смешанного нагрева: 40-100 мин.- Mixed heating time: 40-100 min.

(5) Газоплазменное травление(5) Gas plasma etching

- Поддерживать ток источника ионов в виде нити накала на уровне 170-230 А;- Maintain the current of the ion source in the form of a filament at a level of 170-230 A;

- Снизить ток источника питания плазменного поля до 100-120 А;- Reduce the current of the plasma field power source to 100-120 A;

- Снизить ток магнитного поля до 6-8 А;- Reduce the magnetic field current to 6-8 A;

- Отрегулировать давление в вакуумной камере до 2×10-1 Па и поток Ar - до 50-65 см3/мин;- Adjust the pressure in the vacuum chamber to 2 × 10 -1 Pa and the flow of Ar - up to 50-65 cm 3 / min;

- Включить источник напряжения сеточного смещения и постепенно повысить напряжение до 2-200В и импульсное напряжение - до 300-500В;- Turn on the voltage source of the grid bias and gradually increase the voltage to 2-200V and the pulse voltage to 300-500V;

- Время ионного травления равно примерно 50-90 мин.- The time of ion etching is approximately 50-90 minutes.

(6) Нанесение покрытия(6) Coating

- Поддерживать ток источника ионов в виде нити накала на уровне 170-230 А;- Maintain the current of the ion source in the form of a filament at a level of 170-230 A;

- Отрегулировать поток Ar до 23-35 см3/мин;- Adjust the flow of Ar to 23-35 cm 3 / min;

- Отрегулировать ток поля до 25-35 А;- Adjust the field current to 25-35 A;

- Отрегулировать напряжение смешения до 0-200 В и импульсное напряжение - до 300-500В;- Adjust the mixing voltage to 0-200 V and the pulse voltage to 300-500V;

- Повысить ток источника плазменного поля до 200 А (5 мин);- Increase the plasma source current to 200 A (5 min);

- Нанести переходный слой металлического Ti в течение 5-20 мин;- Apply a transition layer of metallic Ti for 5-20 minutes;

- Закачать N2 со скоростью 80-120 см3/мин;- Download N 2 at a speed of 80-120 cm 3 / min;

- Отрегулировать напряжение смещения до 180В (10 мин);- Adjust the bias voltage to 180V (10 min);

- Включить источник питания мишени магнетронного источника распыления; 1,0-2,0 A (AlTiCr, С, Cr, Zr и Si, и т.п.);- Turn on the power source of the target magnetron sputtering source; 1.0-2.0 A (AlTiCr, C, Cr, Zr and Si, etc.);

- Отрегулировать напряжение смещения до 100-150В (10 мин);- Adjust the bias voltage to 100-150V (10 min);

- Время нанесения покрытия: 20-50 мин;- Coating time: 20-50 min;

- Выключить источник питания мишени магнетронного источника распыления, источник питания нити накала, источник питания магнитного поля, источник нагрева и источник N2; отключить молекулярный насос 14 и включить насос 19 поддержания давления;- Turn off the power source of the target magnetron sputtering source, the power source of the filament, the power source of the magnetic field, the heating source and the source of N 2 ; turn off the molecular pump 14 and turn on the pressure maintenance pump 19;

- Закачать Ar до 30 Па.- Download Ar to 30 Pa.

(7) Охлаждение: длительность процесса: 60-120 мин.(7) Cooling: process time: 60-120 min.

Сравнение результатов испытаний:Comparison of test results:

Что касается сравнения AlCrN покрытия, полученного только посредством AIP, и AlCrN покрытия, полученного посредством AMS с использованием устройства по настоящему изобретению, то, как показано на Фиг. 6 и Фиг. 7, два покрытия имеют разницу в дифракционных пиках (111) и (200); добавление микроэлемента Мо увеличивает интенсивность дифракции AlCrN (200). Как показано на Фиг. 8 и Фиг. 9, твердость пленки AlCrN покрытия, полученного посредством AMS с использованием устройства по настоящему изобретению, увеличилась на 10% при добавлении Мо.With regard to comparing AlCrN coatings obtained only by AIP and AlCrN coatings obtained by AMS using the device of the present invention, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the two coatings have a difference in diffraction peaks (111) and (200); the addition of the trace element Mo increases the diffraction intensity of AlCrN (200). As shown in FIG. 8 and FIG. 9, the hardness of the AlCrN coating film obtained by AMS using the device of the present invention increased by 10% with the addition of Mo.

Как показано на Фиг. 10 и Фиг. 12, в случае TiAlN покрытия, полученного посредством только AIP, интенсивность дифракции TiN (200) выше, интенсивность дифракции TiAlN (200) ниже, и твердость пленки лежит в диапазоне от примерно 2400 до 3000 HV (твердость по Викерсу).As shown in FIG. 10 and FIG. 12, in the case of a TiAlN coating prepared by only AIP, the TiN (200) diffraction intensity is higher, the TiAlN (200) diffraction intensity is lower, and the film hardness is in the range of about 2400 to 3000 HV (Vickers hardness).

Как показано на Фиг. 11 и Фиг. 13, в случае TiAlN покрытия, полученного посредством AMS с использованием устройства по настоящему изобретению, после добавления элементов и установления структуры Al67Ti33N, интенсивность дифракции TiAlN (200) значимо изменилась, и твердость пленки повысилась до примерно 3500-4000 HV.As shown in FIG. 11 and FIG. 13, in the case of a TiAlN coating obtained by AMS using the device of the present invention, after adding the elements and establishing the Al 67 Ti 33 N structure, the diffraction intensity of TiAlN (200) significantly changed, and the film hardness increased to about 3500-4000 HV.

Фиг. 14 и Фиг. 15 являются диаграммами акустических сигналов, обнаруженных по акустической энергии в процессе образования трещин, вызванных в экспериментах с растрескиванием, проведенных на пленках, полученных способом согласно предшествующему уровню техники, и пленках, полученных способом по настоящему изобретению посредством имплантации монометаллических элементов во время AIP осаждения ионов. Из графических материалов можно видеть, что акустическая энергия в процессе образования трещин, вызванных в пленках, полученных по настоящему изобретению, значимо ниже по сравнению с пленками, полученными согласно предшествующему уровню техники, что свидетельствует о том, что твердость пленки, полученной по настоящему изобретению, значимо выше по сравнению с пленкой, полученной согласно предшествующему уровню техники.FIG. 14 and FIG. 15 are diagrams of acoustic signals detected by acoustic energy during cracking caused by cracking experiments performed on films obtained by the prior art method and films obtained by the method of the present invention by implanting monometallic elements during AIP ion deposition. From graphical materials it can be seen that the acoustic energy during the formation of cracks caused in the films obtained according to the present invention is significantly lower compared to the films obtained according to the prior art, which indicates that the hardness of the film obtained according to the present invention significantly higher than the film obtained according to the prior art.

Claims (5)

1. Устройство для получения композитной пленки из многоэлементного сплава, содержащее нагревательную систему, систему подачи воздуха, систему охлаждения, вакуумную систему, вакуумную камеру, держатель (3) обрабатываемой детали, подъемный механизм, тигельный источник (23) испарения, магнетронный источник (9) распыления, источник (8) катодной дуги, защитный кожух (25), генератор электромагнитного поля и систему электрического управления, при этом вакуумная система соединена с вакуумной камерой, подъемный механизм соединен с держателем (3) обрабатываемой детали через трансмиссию, система подачи воздуха соединена с вакуумной камерой, система электрического управления электрически соединена с тигельным источником (23) испарения, магнетронным источником (9) распыления, источником (8) катодной дуги, генератором электромагнитного поля и нагревательной системой, при этом тигельный источник (23) испарения, магнетронный источник (9) распыления и источник (8) катодной дуги расположены в вакуумной камере, а расстояние от источника (8) катодной дуги до поверхности обрабатываемого изделия (27) от 160 мм до 230 мм, расстояние от магнетронного источника (9) распыления до поверхности обрабатываемого изделия (27) от 50 мм до 75 мм, причем защитный кожух (25) установлен на стороне источника (8) катодной дуги, обращенной к держателю (3) обрабатываемой детали, а на стороне защитного кожуха за источником (8) катодной дуги расположен отражатель (26).1. A device for producing a composite film of a multi-element alloy containing a heating system, an air supply system, a cooling system, a vacuum system, a vacuum chamber, a workpiece holder (3), a lifting mechanism, an evaporation crucible source (23), a magnetron source (9) spraying, the source (8) of the cathode arc, a protective casing (25), an electromagnetic field generator and an electrical control system, while the vacuum system is connected to the vacuum chamber, the lifting mechanism is connected to the holder (3) of the processing of the workpiece through the transmission, the air supply system is connected to the vacuum chamber, the electrical control system is electrically connected to the crucible source (23) of evaporation, the magnetron source (9) of atomization, the source (8) of the cathode arc, the electromagnetic field generator and the heating system, while the crucible the evaporation source (23), the magnetron sputtering source (9) and the cathode arc source (8) are located in the vacuum chamber, and the distance from the cathode arc source (8) to the surface of the workpiece (27) is from 1 60 mm to 230 mm, the distance from the magnetron source (9) of sputtering to the surface of the workpiece (27) is from 50 mm to 75 mm, and the protective casing (25) is installed on the source side (8) of the cathode arc facing the holder (3) the workpiece, and on the side of the protective casing behind the source (8) of the cathode arc is a reflector (26). 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит источник (10) ионов в виде нити накала, который расположен в вакуумной камере и электрически соединен с системой электрического управления.2. The device according to p. 1, characterized in that it further comprises a source (10) of ions in the form of a filament, which is located in a vacuum chamber and is electrically connected to the electrical control system. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что система электрического управления содержит источник питания источника ионов, источник питания плазменного поля, источник питания магнетронного источника распыления, источник питания источника катодной дуги и источник напряжения сеточного смещения, причем источник питания плазменного поля соединен с источником питания источника ионов и источником (10) ионов в виде нити накала, источник питания магнетронного источника распыления соединен с магнетронным источником (9) распыления и источник питания источника катодной дуги соединен с источником (8) катодной дуги.3. The device according to claim 2, characterized in that the electric control system comprises an ion source power source, a plasma field power source, a magnetron sputter power source, a cathode arc source power source and a grid bias voltage source, the plasma field power source being connected to the ion source power source and the ion source (10) in the form of a filament, the power supply of the magnetron sputtering source is connected to the magnetron sputtering source (9) and the power source I cathodic arc source connected to a source (8) cathodic arc. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагревательная система содержит внутреннюю систему нагрева электронным лучом, расположенную в центре вакуумной камеры, и внешнюю систему радиационного нагрева, расположенную вокруг стенки печи вакуумной камеры.4. The device according to claim 1, characterized in that the heating system comprises an internal electron beam heating system located in the center of the vacuum chamber, and an external radiation heating system located around the wall of the vacuum chamber furnace. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вакуумная камера содержит молекулярный насос (14), вакуумный насос Рутса (18), механический насос (20) и насос (19) поддержания давления, при этом молекулярный насос (14) соединен с вакуумной камерой, насос (19) поддержания давления соединен с воздуховыпускным отверстием, которое соединено с молекулярным насосом (14), вакуумный насос (18) Рутса соединен с воздуховыпускным отверстием молекулярного насоса (14), а механический насос (20) соединен с воздуховыпускным отверстием вакуумного насоса (18) Рутса.5. The device according to claim 1, characterized in that the vacuum chamber contains a molecular pump (14), a Roots vacuum pump (18), a mechanical pump (20) and a pressure maintaining pump (19), wherein the molecular pump (14) is connected to a vacuum chamber, a pressure maintaining pump (19) is connected to an air outlet that is connected to a molecular pump (14), a Roots vacuum pump (18) is connected to an air outlet of a molecular pump (14), and a mechanical pump (20) is connected to a vacuum outlet Roots pump (18).
RU2017133149A 2017-05-03 2017-09-22 Device for producing a composite film of multi-element alloy RU2678492C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710305293.8 2017-05-03
CN201710305293.8A CN107130213B (en) 2017-05-03 2017-05-03 Multicomponent alloy laminated film Preparation equipment and preparation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2678492C1 true RU2678492C1 (en) 2019-01-30

Family

ID=59715237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017133149A RU2678492C1 (en) 2017-05-03 2017-09-22 Device for producing a composite film of multi-element alloy

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN107130213B (en)
RU (1) RU2678492C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113604789A (en) * 2021-07-16 2021-11-05 山东宏旺实业有限公司 Stainless steel band vacuum coating device
CN114481017A (en) * 2022-02-11 2022-05-13 松山湖材料实验室 Film coating device and cleaning process
CN114481071A (en) * 2022-02-11 2022-05-13 松山湖材料实验室 Film coating device and DLC film coating process
RU2802044C1 (en) * 2022-07-04 2023-08-22 Александр Васильевич Вахрушев Device for making electrically conductive coating in the form of metal-carbon or metallic film by magnetron spraying with mechanical substrate vibration

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108330452A (en) * 2018-01-12 2018-07-27 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 The preparation method of MAX phase coatings
CN108359937B (en) * 2018-02-27 2023-08-22 温州驰诚真空机械有限公司 Conversion type physical vapor deposition particle source
CN108441828B (en) * 2018-05-03 2020-10-09 宁波正元铜合金有限公司 Plating equipment and plating method for copper-lead self-lubricating film on dynamic sealing element
CN110804725A (en) * 2019-11-19 2020-02-18 成都四盛科技有限公司 Sublimation magnetron sputtering coating all-in-one
CN114164405B (en) * 2021-12-07 2023-12-29 四川真锐晶甲科技有限公司 Tool thick film nitride coating and preparation method thereof
CN116590662B (en) * 2023-05-09 2024-01-23 东莞市普拉提纳米科技有限公司 Boron-containing high-entropy alloy cutter coating for cutting titanium alloy and preparation process thereof

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2087585C1 (en) * 1995-07-20 1997-08-20 Республиканский инженерно-технический центр порошковой металлургии с Научно-исследовательским институтом проблем порошковой технологии и покрытий и опытным производством Apparatus for applying multilayer vacuum-plasma coatings
RU2265078C1 (en) * 2003-09-23 2005-11-27 Гба С.А. Plant for cathode-ray application of coats
RU2379378C2 (en) * 2006-07-26 2010-01-20 Дмитрий Давидович Спиваков Method of ion-plasma spraying coating of multicomponent film coatings and installation for its implementation
RU2425173C2 (en) * 2009-01-11 2011-07-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Installation for combined ion-plasma treatment
RU118311U1 (en) * 2011-12-01 2012-07-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический Центр "ТАТА" - ООО НТЦ "ТАТА" MAGNETRONIC INSTALLATION FOR THE PRODUCTION OF CATHODE COATED TAPES FOR LITHIUM-ION CURRENT SOURCES
RU2472869C2 (en) * 2007-05-25 2013-01-20 Эрликон Трейдинг Аг,Трюббах Vacuum treatment plant and method of vacuum treatment
EA023891B1 (en) * 2008-12-15 2016-07-29 Гюринг Кг Device and method for treating and/or coating surface of substrate components by vacuum deposition
RU2606363C2 (en) * 2015-05-27 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Carousel-type unit for multi-layered coatings magnetron sputtering and method of equal thickness nano-coating magnetron sputtering

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5234561A (en) * 1988-08-25 1993-08-10 Hauzer Industries Bv Physical vapor deposition dual coating process
CN2910965Y (en) * 2006-05-29 2007-06-13 赵海波 Nanometer multi-layered, titanium-silicon-nitrogen superhard thin film worker mould coating apparatus
CN102787297B (en) * 2012-07-20 2014-06-11 大连理工大学 Steel and zinc based alloy vacuum ion chromium plating technology capable of substituting current chromium electroplating technologies
CN103774096B (en) * 2013-11-18 2015-12-30 四川大学 A kind of preparation method of anti-oxidant rigid composite coating
CN103695858B (en) * 2013-12-26 2015-11-18 广东工业大学 A kind of multi-functional full-automatic ion film coating machine for cutter coat deposition and using method thereof

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2087585C1 (en) * 1995-07-20 1997-08-20 Республиканский инженерно-технический центр порошковой металлургии с Научно-исследовательским институтом проблем порошковой технологии и покрытий и опытным производством Apparatus for applying multilayer vacuum-plasma coatings
RU2265078C1 (en) * 2003-09-23 2005-11-27 Гба С.А. Plant for cathode-ray application of coats
RU2379378C2 (en) * 2006-07-26 2010-01-20 Дмитрий Давидович Спиваков Method of ion-plasma spraying coating of multicomponent film coatings and installation for its implementation
RU2472869C2 (en) * 2007-05-25 2013-01-20 Эрликон Трейдинг Аг,Трюббах Vacuum treatment plant and method of vacuum treatment
EA023891B1 (en) * 2008-12-15 2016-07-29 Гюринг Кг Device and method for treating and/or coating surface of substrate components by vacuum deposition
RU2425173C2 (en) * 2009-01-11 2011-07-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Installation for combined ion-plasma treatment
RU118311U1 (en) * 2011-12-01 2012-07-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический Центр "ТАТА" - ООО НТЦ "ТАТА" MAGNETRONIC INSTALLATION FOR THE PRODUCTION OF CATHODE COATED TAPES FOR LITHIUM-ION CURRENT SOURCES
RU2606363C2 (en) * 2015-05-27 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Carousel-type unit for multi-layered coatings magnetron sputtering and method of equal thickness nano-coating magnetron sputtering

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113604789A (en) * 2021-07-16 2021-11-05 山东宏旺实业有限公司 Stainless steel band vacuum coating device
CN114481017A (en) * 2022-02-11 2022-05-13 松山湖材料实验室 Film coating device and cleaning process
CN114481071A (en) * 2022-02-11 2022-05-13 松山湖材料实验室 Film coating device and DLC film coating process
CN114481071B (en) * 2022-02-11 2023-10-27 松山湖材料实验室 Coating device and DLC coating process
CN114481017B (en) * 2022-02-11 2023-10-27 松山湖材料实验室 Coating device and cleaning process
RU2802044C1 (en) * 2022-07-04 2023-08-22 Александр Васильевич Вахрушев Device for making electrically conductive coating in the form of metal-carbon or metallic film by magnetron spraying with mechanical substrate vibration

Also Published As

Publication number Publication date
CN107130213B (en) 2019-04-09
CN107130213A (en) 2017-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2678492C1 (en) Device for producing a composite film of multi-element alloy
CN103668095B (en) A kind of high power pulse plasma enhancing combined magnetic-controlled sputter deposition apparatus and using method thereof
CN101698362B (en) Self-lubricating hard nanocomposite laminated coating and preparation method thereof
Matthews Titanium nitride PVD coating technology
CN102653855B (en) Preparation method of abrasion-resistant and oxidation-resisting TiAlSiN nanometer composite superhard coating
CN101435071B (en) Preparation of wear resistant and oxidation resistant TiAlSiCN film
CN103726012B (en) A kind of preparation method of corrosion-resistant hard protection coatings
CN108220880A (en) A kind of high rigidity high corrosion-resistant high-entropy alloy nitride coatings and preparation method thereof
CN103952671B (en) A kind of FM electromagnetic coil that adopts prepares multi-arc ion coating hard coat and method
CN102912298B (en) Cr-doped DLC (diamond-like carbon) coating with anticorrosion and antifriction properties and preparation method
CN106480417A (en) A kind of TiAlSiN-AlTiN composite coating and preparation technology
CN101457359B (en) Method for preparing Ti-Si-N nanocrystalline-amorphous composite superhard coating
JP2016502591A (en) Component having coating and method for manufacturing the same
CN102756514B (en) Super-thick super-hard coating and preparation method thereof
CN104480443A (en) Hard and tough nano composite ZrAlCuN coating and preparation method thereof
CN107190233A (en) A kind of preparation technology of the Si dopen Nano composite coatings with ultrahigh hardness
CN101294284A (en) Ablation-resistant fatigue-resistant plasma surface recombination reinforcing method
CN108977775A (en) A kind of TiAlSiN coated cutting tool preparation process
CN110408903A (en) Tool surface multi-component multi-layer coating production
CN102943240A (en) Multifunctional plasma enhanced coating system
CN106868450A (en) A kind of utilization modulates the method that high-power impulse magnetron sputtering prepares AlTiN hard coats
JP5720996B2 (en) Coated member with excellent film adhesion and method for producing the same
Hovsepian et al. CrAlYCN/CrCN nanoscale multilayer PVD coatings deposited by the combined high power impulse magnetron sputtering/unbalanced magnetron sputtering (HIPIMS/UBM) technology
CN106282936A (en) A kind of preparation method of chromium nitride coating
CN104532189A (en) Fine Sn phase AlSn20Cu coating for bearing bush and preparation method thereof