RU2707688C1 - Устройство для формирования покрытия из кубического карбида вольфрама - Google Patents
Устройство для формирования покрытия из кубического карбида вольфрама Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707688C1 RU2707688C1 RU2019121795A RU2019121795A RU2707688C1 RU 2707688 C1 RU2707688 C1 RU 2707688C1 RU 2019121795 A RU2019121795 A RU 2019121795A RU 2019121795 A RU2019121795 A RU 2019121795A RU 2707688 C1 RU2707688 C1 RU 2707688C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tungsten
- accelerator
- barrel
- chamber
- cylinder
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 29
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 5
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 2
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 7
- 239000004071 soot Substances 0.000 abstract description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- MEOSMFUUJVIIKB-UHFFFAOYSA-N [W].[C] Chemical compound [W].[C] MEOSMFUUJVIIKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052774 Proactinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химическому нанесению покрытия осаждением соединения с использованием электрических разрядов и плазменных струй, и может быть использовано в двигателестроении, авиастроении и машиностроении. Устройство для формирования покрытия из кубического карбида вольфрама на металлической подложке содержит источник вольфрам- и углеродсодержащей плазмы, камеру, объем которой ограничен двумя металлическими крышками, которые прикреплены к ней болтовыми соединениями. В качестве источника вольфрам- и углеродсодержащей плазмы использован коаксиальный магнитоплазменный ускоритель, в котором цилиндрический электропроводящий ствол выполнен из двух электропроводящих цилиндров внутреннего цилиндра из графита и внешнего цилиндра из прочного немагнитного материала, центрального электрода, состоящего из графитового наконечника и хвостовика из стали. Ствол и центральный электрод соединены электрически плавкой перемычкой, выполненной из спрессованной смеси порошков вольфрама и сажи в атомном соотношении C:W от 0,30:0,70 до 0,65:0,35. Корпус упомянутого ускорителя выполнен из магнитного материала, сопряжен с внешним металлическим цилиндром и перекрывает зону размещения плавкой перемычки. К второму шинопроводу, присоединенному к хвостовику центрального электрода, последовательно присоединены ключ и конденсаторная батарея, связанная с первым шинопроводом. Свободный конец ствола ускорителя вставлен в камеру-реактор через осевое отверстие в её первой металлической боковой крышке. Обеспечивается получение покрытия из кубического карбида вольфрама толщиной 30-50 мкм и твердостью от 30,8±0,5 до 32,5±0,7 ГПа на металлической подложке. 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к химическому нанесению покрытия осаждением соединения с использованием электрических разрядов и плазменных струй, и может быть использовано в двигателестроении, авиастроении и машиностроении.
Известно устройство магнетронного распыления для получения покрытий из кубического карбида вольфрама [Fuchs K. et al. Reactive and non-reactive high rate sputter deposition of tungsten carbide //Thin Solid Films. - 1987. - Т. 151. - №. 3. - С. 383-395], содержащее вакуумную камеру, заполненную ацетиленом, в которой на расстоянии 60 мм друг от друга размещены анод с закрепленной на нем подложкой из молибдена или цементированных карбидов и катод, являющийся источником материала покрытия (вольфрам или гексагональный карбид вольфрама). Подложка совмещена с системой водяного охлаждения для регулирования температуры от 100 до 200 °C и находится под электрическим потенциалом от 0 до 1000 В.
Наличие горючего газа, необходимость использования водяного охлаждения и приложения электрического потенциала к подложке технически усложняет устройство.
Известно устройство для получения покрытия из кубического карбида вольфрама [Voevodin A. A. et al. Nanocrystalline WC and WC/a-C composite coatings produced from intersected plasma fluxes at low deposition temperatures //Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. - 1999. - Т. 17. - №. 3. - С. 986-992], принятое за прототип, содержащее камеру, к которой подключен турбомолекулярный вакуумный насос, баллон с аргоном, снабженный манометром. В камере размещены магнетрон, являющийся источником вольфрамсодержащей плазмы, графитовая мишень и подложка в виде диска из нержавеющей стали марки 440C, расположенная на расстоянии 5 см от графитовой мишени. Снаружи камеры установлен лазер, на оптической оси которого расположена система зеркал и линз, окно в камере напротив графитовой мишени. Генерируемые потоки вольфрам- и углеродсодержащей плазмы направлены на подложку
Такое устройство позволяет получать пленки толщиной до 0,5 мкм с нанокристаллическим кубическим карбидом вольфрама с размером частиц 5-10 нм в матрице из аморфного углерода, однако является технически сложным, содержащим два высокоэнергетических устройства.
Техническим результатом предложенного изобретения является разработка устройства для формирования покрытия из кубического карбида вольфрама.
Предложенное устройство для формирования покрытия из кубического карбида вольфрама, также как в прототипе, содержит камеру, к которой подключен насос, баллон с аргоном, снабженный манометром, источник вольфрамсодержащей плазмы и средство для крепления металлической подложки.
Согласно изобретению в качестве источника вольфрам- и углеродсодержащей плазмы использован коаксиальный магнитоплазменный ускоритель, в котором цилиндрический электропроводящий ствол выполнен из двух электропроводящих цилиндров: внутреннего цилиндра из графита и внешнего цилиндра из прочного немагнитного материала, центрального электрода, состоящего из графитового наконечника и хвостовика из стали. Ствол и центральный электрод соединены электрически плавкой перемычкой, выполненной из спрессованной смеси порошков вольфрама и сажи в атомном соотношении C:W от 0,30:0,70 до 0,65:0,35, помещенной поверх токопроводящего углеродного слоя, нанесенного на поверхность изолятора, отделяющего электропроводящий ствол от центрального электрода. Корпус выполнен из магнитного материала, сопряжен с внешним металлическим цилиндром и перекрывает зону размещения плавкой перемычки. Длина части, перекрывающей зону размещения плавкой перемычки, составляет 40-50 мм, а ее внешняя поверхность выполнена конусообразной. Соленоид выполнен за одно целое с фланцем и цилиндрической частью, в которой размещен корпус и укреплен резьбовой заглушкой, укреплен прочным стеклопластиковым корпусом и стянут мощными токопроводящими шпильками между фланцем и стеклопластиковым упорным кольцом. Токопроводящие шпильки электрически соединены токопроводящим кольцом. К токопроводящим шпилькам присоединен шинопровод внешней схемы электропитания. Второй шинопровод схемы электропитания присоединен к хвостовику. К второму шинопроводу последовательно присоединены ключ и конденсаторная батарея, связанная с шинопроводом. Свободный конец ствола ускорителя вставлен в камеру через осевое отверстие в её первой металлической боковой крышке и герметично зафиксирован с помощью уплотнительных колец, расположенных между фланцем и боковой крышкой, и шпилек, соединяющих кольцо, упирающееся во фланец, и первую боковую крышку. Внутри камеры предусмотрены стяжные шпильки для закрепления металлической подложки параллельно первой боковой крышке. Камера через первый вентиль соединена с форвакуумным насосом и через второй вентиль связана с баллоном, наполненным аргоном. Объем камеры ограничен двумя боковыми крышками, которые прикреплены к ней болтовыми соединениями.
В отличие от прототипа коаксиальный магнитоплазменный ускоритель с расположенной между электродами электрически плавкой перемычкой из спрессованной смеси порошков вольфрама и сажи в атомном соотношении C:W от 0,30:0,70 до 0,65:0,35 представляет собой единое устройство для генерирования сверхзвуковых струй вольфрам- и углеродсодержащей плазмы при образовании дугового разряда. Вследствие воздействия сверхзвуковой струи вольфрам- и углеродсодержащей электроразрядной плазмы расплавляется незначительный объем материала металлической подложки и происходит перемешивание материалов в приграничном слое с последующей кристаллизацией, что обеспечивает высокую прочность сцепления покрытия с подложкой. Преимуществом такой структуры является формирование покрытия с характеристиками, значительно превышающими характеристики подложки по прочностным свойствам.
Предложенное устройство позволяет получить покрытия из кубического карбида вольфрама толщиной 30-50 мкм и твердостью от 30,8±0,5 до 32,5±0,7 ГПа на металлической подложке.
На фиг. 1 показано устройство для формирования покрытия и кубического карбида вольфрама.
На фиг. 2 представлена рентгеновская дифрактограмма сформированного в результате осаждения покрытия.
На фиг. 3 приведен сканирующий микроснимок поперечного среза покрытия.
В таблице 1 представлены условия проведения формирования покрытия из кубического карбида вольфрама и параметры осажденного покрытия.
Устройство для формирования покрытия из кубического карбида вольфрама (фиг. 1) содержит коаксиальный магнитоплазменный ускоритель, в котором цилиндрический электропроводящий ствол выполнен из двух электропроводящих цилиндров: внутреннего цилиндра 1 из графита и внешнего цилиндра 2 из прочного немагнитного материала (из нержавеющей стали), центрального электрода, состоящего из графитового наконечника 3 и хвостовика 4 из стали. Ствол и центральный электрод соединены электрически плавкой перемычкой 5, выполненной из спрессованной смеси порошков вольфрама и сажи в атомном соотношении C:W от 0,30:0,70 до 0,65:0,35 со средним размером частиц не более 1 мкм, помещенной поверх токопроводящего углеродного слоя, нанесенного на поверхность изолятора 6, отделяющего электропроводящий ствол от центрального электрода. Корпус 7 выполнен из магнитного материала и сопряжен с внешним металлическим цилиндром 2, и перекрывает зону размещения плавкой перемычки 5. Длина части, перекрывающей зону размещения плавкой перемычки 5, составляет 40-50 мм, а ее внешняя поверхность выполнена конусообразной. Соленоид 8 выполнен за одно целое с фланцем 9 и цилиндрической частью 10, в которой размещен корпус 7 и укреплен резьбовой заглушкой 11. Соленоид 8 укреплен прочным стеклопластиковым корпусом 12 и стянут мощными токопроводящими шпильками 13 между фланцем 9 и стеклопластиковым упорным кольцом 14. Токопроводящие шпильки 13 электрически соединены токопроводящим кольцом 15, а к токопроводящим шпилькам 13 присоединен шинопровод 16 внешней схемы электропитания. Второй шинопровод 17 схемы электропитания присоединен к хвостовику 4. Ко второму шинопроводу 17 последовательно присоединены ключ 18 и конденсаторная батарея 19, связанная с шинопроводом 16.
Свободный конец ствола ускорителя вставлен в камеру 20 через осевое отверстие в её первой металлической боковой крышке 21 и герметично зафиксирован с помощью уплотнительных колец 22, расположенных между фланцем 9 и боковой крышкой 21, и шпилек 23, соединяющих кольцо 24, упирающееся во фланец 9, и первую боковую крышку 21. Внутри камеры 20, параллельно первой боковой крышке 21, на расстоянии 65 мм от торца свободного конца ствола ускорителя, при помощи двух стяжных шпилек 25, закреплена подложка 26 в виде металлической пластины. Камера через первый вентиль 27 соединена с форвакуумным насосом. Камера через второй вентиль 28 соединена с баллоном, наполненным аргоном, и манометром. Объем камеры 20 ограничен двумя боковыми крышками 21 и 29, которые прикреплены к ней болтовыми соединениями.
Работа устройства заключается в следующем. Между внутренним цилиндром 1 ствола ускорителя и наконечником центрального электрода 3 помещают электрически плавкую перемычку 5, выполненную из прессованной смеси порошкообразного вольфрама и сажи в атомном соотношении C:W от 0,30:0,70 до 0,65:0,35 с размерами частиц не более 1 мкм, закладываемой поверх токопроводящего углеродного слоя, предварительно нанесенного на поверхность изолятора 6 путем распыления углеродного спрея марки Graphit 33. Ускоритель плотно состыковывают с внешней стороной первой крышкой 21 с помощью кольца 24 и уплотнительных колец 22. С внутренней стороны первой крышки 21 на расстоянии 65 мм от торца свободного конца ствола параллельно фланцу 9 располагают металлическую подложку 26 и жестко фиксируют при помощи двух стяжных шпилек 25. Первую крышку 21 с зафиксированными на ней ускорителем и подложкой плотно состыковывают с помощью болтовых соединений с камерой 20. Противоположную сторону камеры 20 закрывают второй крышкой 29. После этого камеру 20 вакуумируют через первый вентиль 27, затем через второй вентиль 28 заполняют аргоном при давлении 105 Па и при комнатной температуре.
Конденсаторную батарею 19 емкостью 6 мФ заряжают до напряжения 3 кВ. Ключ 18 замыкают, после чего в контуре электропитания ускорителя начинает протекать ток от конденсаторной батареи 19 по шинопроводу 16, токопроводящему кольцу 15, шпилькам 13, фланцу 9, виткам соленоида 8, корпусу 7, внешнему металлическому цилиндру 2, внутреннему цилиндру 1, плавкой перемычки 5, наконечнику 3, хвостовику 4, второму шинопроводу 17. При этом плавкая перемычка 5 разогревается, плавится, и ее материал переходит в плазменное состояние с образованием дугового разряда. Конфигурация плазменной структуры типа Z-пинч с круговой плазменной перемычкой задается формой плавкой перемычки 5 и наличием цилиндрического канала в изоляторе 6. Далее плазма разряда сжимается магнитным полем собственного тока и аксиальным полем соленоида 8 и существует в ускорительном канале в виде удлиняющегося Z-пинча с круговой плазменной перемычкой на конце, через которую ток переходит на цилиндрическую поверхность ускорительного канала внутреннего цилиндра, в процессе ускорения плазменной перемычки под действием силы Лоренца. Плазменная струя истекает из ускорительного канала внутреннего цилиндра 1 в камеру 20, заполненную аргоном, и воздействует на поверхность подложки 26, образуя покрытие из кубического карбида вольфрама. После осаждения покрытия открывают вторую крышку 29 и снимают металлическую подложку 26 с осажденным покрытием со стяжных шпилек 27.
При зарядном напряжении 3 кВ конденсаторной батареи емкостью 6 мФ и использовании электрически плавкой перемычки 5, выполненной из спрессованной смеси порошков вольфрама и сажи в атомном соотношении C:W 0,30:0,70, был реализован импульсный режим осаждения покрытия на подложку в виде медной пластины толщиной 2 мм с линейными размерами 100х100 мм, обеспечивший следующие параметры дугового разряда: амплитуда тока дугового разряда 130 кА, мощность дугового разряда 120 МВт, длительность импульса 300 мкс.
Образовавшееся покрытие исследовали с помощью методов рентгеновской дифрактометрии и сканирующей электронной микроскопии.
Рентгеновская дифрактограмма сформированного в результате осаждения покрытия (фиг. 2) и результаты количественного рентгеноструктурного анализа (таблице 1) показали преимущественное содержание фазы кубического карбида вольфрама в структуре полученного покрытия.
Сканирующий микроснимок (фиг. 3) демонстрирует поперечный срез покрытия толщиной ~50 мкм.
Твердость полученного покрытия, определенная методом Берковича, составила 32,5±0,7 ГПа, модуль Юнга 310±5 ГПа.
Результаты формирования покрытия из кубического карбида вольфрама на подложках из меди и титана приведены в таблице 1.
Таким образом, предложенное устройство может быть использовано для получения покрытий из кубического карбида вольфрама разной толщины с характеристиками, значительно превышающими характеристики подложки по прочностным свойствам.
Таблица 1
| № примера п/п |
Атомное соотношение C:W | Материал подложки | Толщина покрытия, мкм | Амплитуда тока дугового разряда, кА |
Мощность дугового разряда, МВт | Длительность импульса, мкс | Содержание WC1-x, % |
Содержание WC, % |
Твердость, ГПа | Модуль Юнга, |
| 1 | 0,30:0,70 | Медь | 50 | 130 | 120 | 300 | 99,5 | 0,5 | 32,5±0,7 | 310±5 |
| 2 | 0,65:0,35 | Медь | 30 | 120 | 110 | 310 | 95,0 | 5,0 | 31,7±0,6 | 302±4 |
| 3 | 0,50:0,50 | Титан | 40 | 125 | 115 | 305 | 92,0 | 8,0 | 30,8±0,5 | 295±4 |
Claims (1)
- Устройство для формирования покрытия из кубического карбида вольфрама на металлической подложке, содержащее камеру, к которой подключен насос, баллон с аргоном, снабженный манометром, источник вольфрам- и углеродсодержащей плазмы и средство для крепления металлической подложки, отличающееся тем, что в качестве источника вольфрам- и углеродсодержащей плазмы использован коаксиальный магнитоплазменный ускоритель, в котором цилиндрический электропроводящий ствол выполнен из двух электропроводящих цилиндров внутреннего цилиндра из графита и внешнего цилиндра из прочного немагнитного материала и центрального электрода, состоящего из графитового наконечника и хвостовика из стали, при этом ствол и центральный электрод соединены электрически плавкой перемычкой, выполненной из спрессованной смеси порошков вольфрама и сажи в атомном соотношении C:W от 0,30:0,70 до 0,65:0,35, помещенной поверх токопроводящего углеродного слоя, нанесенного на поверхность изолятора, отделяющего электропроводящий ствол от центрального электрода, при этом корпус упомянутого ускорителя выполнен из магнитного материала, сопряжен с внешним металлическим цилиндром и перекрывает зону размещения плавкой перемычки, при этом длина части корпуса, перекрывающей зону размещения плавкой перемычки, составляет 40-50 мм, а ее внешняя поверхность выполнена конусообразной, при этом соленоид упомянутого ускорителя выполнен за одно целое с фланцем и цилиндрической частью, в которой размещен упомянутый корпус, укреплен резьбовой заглушкой и прочным стеклопластиковым корпусом и стянут мощными токопроводящими шпильками между фланцем и стеклопластиковым упорным кольцом, токопроводящие шпильки электрически соединены токопроводящим кольцом, при этом к токопроводящим шпилькам присоединен первый шинопровод внешней схемы электропитания, а второй шинопровод схемы электропитания присоединен к хвостовику, при этом к второму шинопроводу последовательно присоединены ключ и конденсаторная батарея, связанная со вторым шинопроводом, при этом свободный конец ствола ускорителя вставлен в камеру-реактор через осевое отверстие в первой металлической боковой крышке и герметично зафиксирован с помощью уплотнительных колец, расположенных между фланцем и первой боковой крышкой, и шпилек, соединяющих кольцо, упирающееся во фланец, и первую боковую крышку, при этом внутри камеры расположены стяжные шпильки для закрепления металлической подложки параллельно первой боковой крышке, при этом камера через первый вентиль соединена с форвакуумным насосом и через второй вентиль связана с баллоном, наполненным аргоном, причем объем камеры ограничен двумя боковыми крышками, которые прикреплены к ней болтовыми соединениями.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019121795A RU2707688C1 (ru) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | Устройство для формирования покрытия из кубического карбида вольфрама |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019121795A RU2707688C1 (ru) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | Устройство для формирования покрытия из кубического карбида вольфрама |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2707688C1 true RU2707688C1 (ru) | 2019-11-28 |
Family
ID=68836275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019121795A RU2707688C1 (ru) | 2019-07-11 | 2019-07-11 | Устройство для формирования покрытия из кубического карбида вольфрама |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2707688C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2503740C2 (ru) * | 2011-10-18 | 2014-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ получения композиционных покрытий методом коаксиальной лазерной оплавки |
| CN104928613A (zh) * | 2015-06-05 | 2015-09-23 | 柳州弘天科技有限公司 | 一种机械加工刀具的制备方法 |
| CN109440105A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-03-08 | 嘉兴市劼力机械科技有限公司 | 一种机械加工刀具的制备方法 |
-
2019
- 2019-07-11 RU RU2019121795A patent/RU2707688C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2503740C2 (ru) * | 2011-10-18 | 2014-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ получения композиционных покрытий методом коаксиальной лазерной оплавки |
| CN104928613A (zh) * | 2015-06-05 | 2015-09-23 | 柳州弘天科技有限公司 | 一种机械加工刀具的制备方法 |
| CN109440105A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-03-08 | 嘉兴市劼力机械科技有限公司 | 一种机械加工刀具的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Voevodin A. A. et al. Nanocrystalline WC and WC/a-C composite coatings produced from intersected plasma fluxes at low deposition temperatures, Journal of Vacuum Science and Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, 1999, т. 17, N3, с. 986-992. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5317235A (en) | Magnetically-filtered cathodic arc plasma apparatus | |
| US8036341B2 (en) | Stationary x-ray target and methods for manufacturing same | |
| TWI846716B (zh) | 電漿噴塗系統及方法 | |
| US20080138529A1 (en) | Method and apparatus for cathodic arc ion plasma deposition | |
| US7867366B1 (en) | Coaxial plasma arc vapor deposition apparatus and method | |
| US8038858B1 (en) | Coaxial plasma arc vapor deposition apparatus and method | |
| JPH0510422B2 (ru) | ||
| JPS60255973A (ja) | 真空中で材料を蒸発する方法および装置 | |
| US4565618A (en) | Apparatus for producing diamondlike carbon flakes | |
| JP4861257B2 (ja) | 同軸型真空アーク蒸着源を用いた微粒子膜の製造方法及び製造装置 | |
| RU2707673C1 (ru) | Способ формирования покрытия из кубического карбида вольфрама | |
| US20070144901A1 (en) | Pulsed cathodic arc plasma | |
| JP2935697B1 (ja) | 基体の被覆方法 | |
| Tochitsky et al. | Electrical erosion pulsed plasma accelerators for preparing diamond-like carbon coatings | |
| US5380415A (en) | Vacuum vapor deposition | |
| JP2766755B2 (ja) | 基体の被覆方法 | |
| RU2860558C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ИЗ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНОГО КАРБИДА TiZrNbHfTaC5 | |
| RU2180160C1 (ru) | Способ получения фракталоподобных структур и устройство для его осуществления | |
| JP2008095163A (ja) | ナノ金属粒子及びナノ金属薄膜の形成方法、並びにナノ金属粒子のサイズ制御方法 | |
| RU2622549C2 (ru) | Способ получения покрытия из карбида титана на внутренней поверхности медного анода генераторной лампы | |
| Bluhm et al. | Industrial applications of high voltage pulsed power techniques: developments at Forschungszentrum Karlsruhe (FZK) | |
| WO2008013469A1 (en) | Method for ion-plasma application of film coatings and a device for carrying out said method | |
| RU2463382C2 (ru) | Способ и устройство для получения многослойно-композиционных наноструктурированных покрытий и материалов | |
| RU2807261C1 (ru) | Способ получения порошкового металломатричного композита из меди и карбида кремния | |
| RU2753182C1 (ru) | Устройство для получения нанокристаллической эпсилон фазы оксида железа |