RU2762426C1 - Installation of surface modification of blanks for cutting inserts - Google Patents

Installation of surface modification of blanks for cutting inserts Download PDF

Info

Publication number
RU2762426C1
RU2762426C1 RU2021126107A RU2021126107A RU2762426C1 RU 2762426 C1 RU2762426 C1 RU 2762426C1 RU 2021126107 A RU2021126107 A RU 2021126107A RU 2021126107 A RU2021126107 A RU 2021126107A RU 2762426 C1 RU2762426 C1 RU 2762426C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
installation
ion
working chamber
plasma
control unit
Prior art date
Application number
RU2021126107A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Игоревич Румянцев
Алесь Сергеевич Буяков
Александр Геннадьевич Бурлаченко
Юрий Александрович Мировой
Сергей Николаевич Кульков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" (ООО "Вириал")
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 Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" (ООО "Вириал") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" (ООО "Вириал")
Priority to RU2021126107A priority Critical patent/RU2762426C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2762426C1 publication Critical patent/RU2762426C1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—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
    • C23C14/246—Replenishment of source 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
    • C23C14/50—Substrate holders
    • C23C14/505—Substrate holders for rotation of the substrates
    • 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
    • C23C14/568—Transferring the substrates through a series of coating stations

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

FIELD: coating techniques.
SUBSTANCE: invention relates to a coating technique, in particular to ion-plasma installations, which can be used as a means of technological equipment in the production of metal-cutting multifaceted carbide plates. The ion-plasma installation for modifying the surface of blanks for cutting plates includes a working chamber equipped with a system for evacuation, supply and regulation of gas flow rate, power and plasma sources, substrate holders and an adaptive control unit. On the side walls of the working chamber, there are six cathode assemblies, which include evaporators and sources of ion radiation. On the holders of the cathode assemblies, screens are fixed that prevent the burning of an arc discharge on the lateral surface of the cathodes and act as an igniter. The working chamber is equipped with a workpiece rotation system, consisting of a cover, to which a spindle is attached on one side, and a geared motor on the other side. The rotation system is made with a planetary mechanism to ensure the positioning of the workpieces in relation to the evaporators and sources of ion radiation and rotation of the workpieces around the spindle axis and around its own axis.
EFFECT: obtaining on blanks for cutting inserts the specified performance characteristics of the modified coating, which include the thickness of the applied coating, the hardness of the applied coating and the size of the micro-droplet phase generated in the plasma flow of the sprayed substance.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике нанесения покрытий, а именно к ионно-плазменным установкам, которые могут быть использованы в качестве средства технологического оснащения при производстве металлорежущих многогранных твердосплавных пластин.The invention relates to a coating technique, namely to ion-plasma installations, which can be used as a means of technological equipment in the production of metal-cutting multifaceted carbide plates.

Известна установка для вакуумного ионно -плазменного нанесения покрытий из патента РФ №2287610, C23C 14/34, C23C 14/56, опубл. 20.11.2006 [1].Known installation for vacuum ion-plasma coating from RF patent No. 2287610, C23C 14/34, C23C 14/56, publ. 20.11.2006 [1].

Изобретение относится к вакуумной ионно-плазменной обработке поверхностей, в частности, к установке для вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытий, и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для нанесения покрытий на изделия из металлов и сплавов, диэлектриков и других материалов и для модифицирования поверхности конструкционных материалов и инструмента. Установка содержит вакуумную камеру, источники плазмы, системы вакуумирования, подачи и регулирования расхода газа, источники питания и блок управления. Каркас камеры имеет отверстия. В них установлены крышки с возможностью ограниченного вращения вокруг своей оси относительно вакуумной камеры и герметичного соединения с ее каркасом. На крышках установлены источники плазмы. Каркас камеры снабжен поворотными рамами с направляющими, в которых с возможностью ограниченного вращения шарнирно закреплены с возможностью фиксации на каркасе камеры крышки, выполненные в виде круговых фланцев. Установка обеспечивает обработку сложных пространственных деталей или большого количества деталей, расположенных в вакуумной камере с высоким качеством покрытий.The invention relates to vacuum ion-plasma surface treatment, in particular, to an installation for vacuum ion-plasma coating, and can be used in instrumentation and mechanical engineering for coating products made of metals and alloys, dielectrics and other materials and for modifying the surface of structural materials and tools. The installation contains a vacuum chamber, plasma sources, evacuation systems, gas supply and regulation, power supplies and a control unit. The camera frame has holes. They have covers with the possibility of limited rotation around their axis relative to the vacuum chamber and a hermetic connection with its frame. Plasma sources are installed on the covers. The frame of the chamber is equipped with pivot frames with guides, in which, with the possibility of limited rotation, the covers are hinged for fixation on the frame of the chamber, made in the form of circular flanges. The installation provides processing of complex spatial parts or a large number of parts located in a vacuum chamber with high quality coatings.

Недостатком известной установки является сложность его конструкции, низкая производительность из-за необходимости в процессе обработки производить смену различных источников напыления. и других технологических модулей, предусмотренных конструкцией установки.The disadvantage of the known installation is the complexity of its design, low productivity due to the need to change the various sources of spraying during processing. and other technological modules provided for by the plant design.

Известна установка для вакуумной ионно-плазменной обработки поверхностей из патента РФ №2294395, C23C 14/34, C23C 14/56, опубл. 27.02.2007 [2].Known installation for vacuum ion-plasma surface treatment from RF patent No. 2294395, C23C 14/34, C23C 14/56, publ. February 27, 2007 [2].

Изобретение относится к технике покрытий деталей машин и материалов, более конкретно к вакуумной ионно-плазменной обработке поверхностей, и может быть использовано в оборудовании для нанесения покрытий на изделиях из металла и сплавов, диэлектриков и других материалов. Установка для вакуумной ионно-плазменной обработки поверхностей включает вакуумную камеру, источники плазмы, системы вакуумирования, подачи и регулирования расхода газа, источники питания и блок управления. Камера имеет проемы с крышками, несущими источники плазмы и герметично соединяемыми с камерой. Источники плазмы выполнены в виде технологических модулей, включающих технологические блоки, набор и компоновка которых обеспечивает выполнение заданного технологического цикла. Крышки выполнены в виде фланцев, установленных на поворотных рамах, шарнирно закрепленных и фиксируемых на корпусе камеры. Такая конструкции установки обеспечивает обработку сложных пространственных деталей или большого количества деталей, расположенных в вакуумной камере с высоким качеством покрытий.The invention relates to the technique of coating machine parts and materials, more specifically to vacuum ion-plasma surface treatment, and can be used in equipment for coating products made of metal and alloys, dielectrics and other materials. The installation for vacuum ion-plasma surface treatment includes a vacuum chamber, plasma sources, systems for evacuation, gas supply and regulation, power supplies and a control unit. The chamber has openings with covers that carry plasma sources and are hermetically connected to the chamber. Plasma sources are made in the form of technological modules, including technological blocks, the set and layout of which ensures the implementation of a given technological cycle. The covers are made in the form of flanges mounted on swivel frames, hinged and fixed on the camera body. Such a design of the installation ensures the processing of complex spatial parts or a large number of parts located in a vacuum chamber with high quality coatings.

Недостатком известной установки также является сложность его конструкции, низкая производительность из-за необходимости в процессе обработки производить смену различных источников напыления. и других технологических модулей, предусмотренных конструкцией установки.The disadvantage of the known installation is also the complexity of its design, low productivity due to the need to change various sources of spraying during processing. and other technological modules provided for by the plant design.

Известна установка для ионно -плазменного модифицирования и нанесения покрытий на моноколеса с лопатками из патента РФ №2661162, C23C 14/56, C23C 14/50, C23C 14/16, опубл. 12.07.2018 [3].Known installation for ion-plasma modification and coating on mono-wheels with blades from RF patent No. 2661162, C23C 14/56, C23C 14/50, C23C 14/16, publ. 07/12/2018 [3].

Изобретение относится к технике для нанесения покрытий на детали машин, а именно к вакуумной ионно-плазменной обработке поверхностей, и может быть использовано для нанесения функциональных покрытий на моноколеса турбомашин. Установка для вакуумной ионно-плазменной обработки поверхности моноколеса с лопатками содержит вакуумную камеру, снабженную системой вакуумирования, подачи и регулирования расхода газа, источниками питания и блоком управления, с расположенными в вакуумной камере держателем изделий и источниками плазмы. В вакуумной камере установлены электродуговые испарители, а держатель изделий расположен в центральной части вакуумной камеры и выполнен с возможностью осуществления колебательных движений и вращения относительно продольной оси установленного на нем моноколеса. Источники плазмы и электродуговые испарители расположены по обеим сторонам моноколеса. Два электродуговых испарителя с катодами из титана расположены по разные стороны от моноколеса, и два электродуговых испарителя с катодами из ванадия расположены по разные стороны от моноколеса. Электродуговые испарители из титана расположены напротив находящихся по другую сторону от моноколеса электродуговых испарителей из ванадия. Обеспечивается расширение функциональных возможностей установки, повышение производительности и качества обработки моноколеса с лопатками турбомашин.The invention relates to a technique for applying coatings to machine parts, namely to vacuum ion-plasma treatment of surfaces, and can be used for applying functional coatings to monowheels of turbomachines. An installation for vacuum ion-plasma treatment of the surface of a monowheel with blades contains a vacuum chamber equipped with a system for evacuation, supply and regulation of gas flow rate, power supplies and a control unit, with a product holder and plasma sources located in the vacuum chamber. Electric arc evaporators are installed in the vacuum chamber, and the product holder is located in the central part of the vacuum chamber and is configured to oscillate and rotate about the longitudinal axis of the monowheel mounted on it. Plasma sources and electric arc evaporators are located on both sides of the monowheel. Two electric arc evaporators with titanium cathodes are located on opposite sides of the monowheel, and two electric arc evaporators with vanadium cathodes are located on opposite sides of the monowheel. The titanium electric arc evaporators are located opposite the vanadium electric arc evaporators on the other side of the monowheel. EFFECT: expanded functionality of the installation, increased productivity and quality of processing of a monowheel with blades of turbomachines.

Конструкция известной установки для вакуумной ионно-плазменной обработки поверхностей не позволяет получать необходимые характеристики покрытий на заготовках для режущих пластин, такие как на предлагаемой установке.The design of the known installation for vacuum ion-plasma surface treatment does not allow obtaining the required characteristics of coatings on blanks for cutting plates, such as in the proposed installation.

Технической задачей изобретения является разработка установки модифицирования поверхности заготовок для режущих пластин с расширенными функциональными возможностями установки, повышение производительности и качества наносимого покрытия.The technical objective of the invention is to develop a device for modifying the surface of blanks for cutting inserts with expanded functionality of the installation, increasing the productivity and quality of the applied coating.

Техническим результатом изобретения также является получение на предгагаемой установке заданных эксплуатационных характеристик модифицированного покрытия на заготовках для режущих пластин, к которым относятся относятся толщина наносимого покрытия, твердость наносимого покрытия и размер микрокапельной фазы, генерируемой в плазменном потоке напыляемого вещества.The technical result of the invention is also to obtain, on a pre-planned installation, the specified performance characteristics of the modified coating on blanks for cutting inserts, which include the thickness of the applied coating, the hardness of the applied coating and the size of the micro-droplet phase generated in the plasma flow of the sprayed substance.

Указанный технический результат достигается тем, что установка модифицирования поверхности заготовок для режущих пластин включает рабочую камеру, снабженную системой вакуумирования, подачи и регулирования расхода газа. источники питания и плазмы, подложкодержатели, блок управления. На боковых стенках рабочей камеры установки расположены шесть катодных узлов, включающих в себя испарители и источники ионного излучения, причем на державках катодных узлов закреплены экраны, которые препятствуют горению дугового разряда на боковой поверхности катодов и выполняют функцию поджигающего устройства. При этом рабочая камера оснащена системой вращения заготовок, состоящей из крышки, к которой с одной стороны крепится шпиндель, а с другой стороны мотор-редуктор и выполнена система вращения по планетарному принципу, обеспечивающей позиционирование заготовок по отношению к испарителям и источникам ионного излучения, и вращение заготовок вокруг оси шпинделя и вокруг собственной оси.The specified technical result is achieved by the fact that the installation for modifying the surface of blanks for cutting plates includes a working chamber equipped with a system for evacuation, supply and regulation of the gas flow rate. power supplies and plasma, substrate holders, control unit. On the side walls of the working chamber of the installation, there are six cathode assemblies, which include evaporators and sources of ion radiation, and screens are fixed on the cathode assemblies' holders, which prevent the arc discharge from burning on the lateral surface of the cathodes and act as an igniter. At the same time, the working chamber is equipped with a workpiece rotation system, consisting of a cover, to which a spindle is attached on one side, and on the other side a geared motor and a planetary rotation system is made, which ensures the positioning of the workpieces in relation to evaporators and ion radiation sources, and rotation workpieces around the spindle axis and around its own axis.

Вакуумная система выполнена в отдельном корпусе, и включает в себя вакуумную магистраль, два форвакуумных насоса для предварительной вакуумизации рабочей камеры, турбомолекулярный насос для выхода установки модификации поверхности на рабочий режим глубокого вакуума.The vacuum system is made in a separate housing, and includes a vacuum line, two backing pumps for preliminary evacuation of the working chamber, a turbomolecular pump for bringing the surface modification unit to the high vacuum operating mode.

Блок адаптивного управления включает в себя: пульт управления, блок управления нагревателями, блок управления системой дегазации, источник электропитания магнетрона, выпрямителя ионной бомбардировки, и управляющий компьютер.The adaptive control unit includes: a control panel, a heater control unit, a degassing system control unit, a magnetron power supply, an ion bombardment rectifier, and a control computer.

Раскрытие сущности изобретения.Disclosure of the essence of the invention.

Общий вид установки представлен на фигуре.The general view of the installation is shown in the figure.

Основными узлами установки являются: рабочая камера (1); вакуумная система (2); блок адаптивного управления (3) и блок охлаждения (4).The main units of the installation are: working chamber (1); vacuum system (2); adaptive control unit (3) and cooling unit (4).

Рабочая камера (1) установки предназначена для нанесения упрочняющего покрытия за счет конденсации потока плазмы материала эродирующего катода на поверхность заготовок для режущих пластин с одновременной ионной гомогенизацией. Ось камеры расположена вертикально. На камере расположены патрубки с фланцами (1/1), к которым крепятся: ввод датчика пирометра (1/2), смотровое окно (1/3), источники плазмы с анодом (1/4). Все фланцы одинаковы, что дает возможность устанавливать на них ввод датчика пирометра, окно смотровое, устройство поворотное и источники плазмы с анодами на любой из них так, как это нужно и удобно для ведения технологического процесса. Окно смотровое служит для визуального наблюдения за процессом нанесения покрытия на поверхность заготовок. К корпусу рабочей камеры и крышкам припаяны медные трубки (1/5), по которым протекает вода (горячая в режиме прогрева и холодная в режиме нанесения покрытия). Камера соединяется с насосом затвором (1/6).The working chamber (1) of the installation is intended for applying a hardening coating due to the condensation of the plasma flow of the material of the eroding cathode on the surface of blanks for cutting plates with simultaneous ionic homogenization. The camera axis is vertical. On the chamber there are branch pipes with flanges (1/1), to which are attached: a pyrometer sensor input (1/2), a viewing window (1/3), plasma sources with an anode (1/4). All flanges are the same, which makes it possible to install a pyrometer sensor input, a viewing window, a rotating device and plasma sources with anodes on any of them on them as it is necessary and convenient for conducting the technological process. The viewing window is used for visual observation of the coating process on the surface of the workpieces. Copper tubes (1/5) are soldered to the body of the working chamber and the lids, through which water flows (hot in the heating mode and cold in the coating mode). The chamber is connected to the pump with a shutter (1/6).

Источник плазмы включает в себя катод, элементы водяного охлаждения, вакуумного уплотнения, и токоподводы (на фиг не показано). На державках катодных узлов закреплены экраны (на фиг не показано), которые препятствуют горению дугового разряда на боковой поверхности катодов и являются одним из электродов поджигающего устройства.The plasma source includes a cathode, water cooling elements, vacuum seals, and current leads (not shown in the figure). On the holders of the cathode assemblies, screens are fixed (not shown in the figure), which prevent the burning of the arc discharge on the side surface of the cathodes and are one of the electrodes of the ignitor.

Рабочая камера (1) оснащена системой вращения заготовок, выполненная по планетарному принципу, которая обеспечивает необходимое позиционирование заготовок по отношению к испарителям и источникам ионного излучения. Нижняя и верхняя часть системы представлены подложкодержателями с заготовками. Таким образом, при модификации поверхности заготовки совершают два вида движения: вращательное вокруг оси шпинделя; вращательное вокруг собственной оси. Для обеспечения и поддержания требуемой температуры заготовок в процессе модификации поверхности установлены нагревательные элементы. Система вращения заготовок состоит из крышки, к которой с одной стороны крепится шпиндель, а с другой стороны мотор-редуктор. Между крышкой и мотором-редуктором установлено диэлектрическое кольцо. Крышка изолирована от камеры диэлектрическим изолятором и втулками. Вакуумное уплотнение между крышкой и камерой осуществляется двумя резиновыми уплотнителями. Система вращения заготовок закрыта диэлектрическим кожухом, т.к. к ней при нанесении покрытий на заготовки подводится высокое напряжение (на фиг не показано).The working chamber (1) is equipped with a workpiece rotation system, made according to the planetary principle, which provides the necessary positioning of the workpieces in relation to the evaporators and ion radiation sources. The lower and upper parts of the system are represented by substrate holders with blanks. Thus, when modifying the surface of the workpiece, two types of movement are performed: rotational around the spindle axis; rotational around its own axis. Heating elements are installed to ensure and maintain the required temperature of the workpieces during surface modification. The workpiece rotation system consists of a cover, to which a spindle is attached on one side, and a geared motor on the other side. A dielectric ring is installed between the cover and the geared motor. The cover is insulated from the chamber with a dielectric insulator and bushings. The vacuum seal between the cover and the chamber is carried out by two rubber seals. The workpiece rotation system is covered with a dielectric casing, because a high voltage is applied to it when coating the workpieces (not shown in Fig.).

Вакуумная система (2) обеспечивает распределение потоков газа в процессе вакуумизации рабочей камеры в режиме низкого и высокого вакуума. Вакуумная система установки расположена в отдельном корпусе (2/1), и включает в себя вакуумную магистраль (2/2), два форвакуумных насоса (на фиг не показано) для предварительной вакуумизации рабочей камеры, диффузионный насос (2/3) для выхода установки модификации поверхности на рабочий режим глубокого вакуума. Вакуумная магистраль представляет собой трубопровод, соединяющий рабочую камеру с форвакуумными насосами и диффузионным насосом, и обеспечивает дегазацию камеры в режиме низкого и высокого вакуума.The vacuum system (2) ensures the distribution of gas flows during the vacuumization of the working chamber in the low and high vacuum modes. The vacuum system of the installation is located in a separate housing (2/1), and includes a vacuum line (2/2), two backing pumps (not shown in the figure) for preliminary evacuation of the working chamber, a diffusion pump (2/3) for the outlet of the installation modification of the surface to the working mode of high vacuum. The vacuum main is a pipeline that connects the working chamber with the foreline pumps and the diffusion pump, and provides degassing of the chamber in low and high vacuum modes.

Управление установкой модификации поверхности осуществляется блоком адаптивного управления (3), включающего в себя пульт управления, блок управления нагревателями, блок управления системой дегазации, источник электропитания магнетрона, выпрямитель ионной бомбардировки, и управляющий компьютер, что позволяет управлять процессами модификации поверхности в автоматическом и в ручном режиме. Компоновка всех контрольных индикаторов реализована на едином экране блока адаптивного управления (3/1).The surface modification unit is controlled by an adaptive control unit (3), which includes a control panel, a heater control unit, a degassing system control unit, a magnetron power supply, an ion bombardment rectifier, and a control computer, which makes it possible to control the surface modification processes in automatic and manual mode. The layout of all control indicators is implemented on a single screen of the adaptive control unit (3/1).

Система подачи рабочих газов состоит из газовых баллонов высокого давления с техническими газами азот (N2) и аргон (Ar), редукторов, газовой магистрали и клапана натекателя (на фиг не показано).The working gas supply system consists of high-pressure gas cylinders with industrial gases nitrogen (N 2 ) and argon (Ar), reducers, a gas line and a leak valve (not shown in the figure).

Блок охлаждения установки (4) обеспечивает охлаждение и циркуляцию рабочей охлаждающей жидкости установки. В рабочем режиме установки блок охлаждения обеспечивает отвод тепла от стенок рабочей камеры и установленного в ней оборудования в процессе модификации поверхности посредством циркуляции охлаждающей жидкости по замкнутому контуру «рабочая камера - блок охлаждения».The unit cooling block (4) provides cooling and circulation of the unit working coolant. In the operating mode of the installation, the cooling unit provides heat removal from the walls of the working chamber and the equipment installed in it in the process of surface modification by circulating the cooling liquid in a closed loop "working chamber - cooling unit".

Преимущества установки модификации поверхности заготовок для режущих пластин.Advantages of installing surface modification of blanks for cutting inserts.

Установка обязана обеспечивает высокое качество модификации поверхности заготовок для режущих пластин и заданные характеристики покрытия: толщину, микротвердость и размер капель.The installation is obliged to provide high quality modification of the surface of blanks for cutting inserts and the specified characteristics of the coating: thickness, microhardness and droplet size.

Обеспечение заданной толщины покрытия заготовок осуществляется за счет расположения шести катодных узлов на стенках камеры, включающих в себя испарители и источники ионного излучения, сконцентрированные в направлении подложкодержателя заготовок режущих инструментов планетарного механизма системы вращения. Система вращения исключает возможность неравномерного нанесения покрытия на заготовки в процессе модификации поверхности за счет комбинированного вращения заготовок: вокруг оси шпинделя и вокруг собственной оси.The provision of a predetermined thickness of the coating of the blanks is carried out due to the arrangement of six cathode units on the walls of the chamber, including evaporators and sources of ion radiation, concentrated in the direction of the substrate holder of blanks for cutting tools of the planetary mechanism of the rotation system. The rotation system eliminates the possibility of uneven coating of the blanks during surface modification due to the combined rotation of the blanks: around the spindle axis and around its own axis.

Высокая микротвердость достигается за счет конденсации потока плазмы материала эродирующего катода на поверхности образцов заготовок для режущих пластин с одновременной ионной гомогенизацией. позволяющей формировать структурно плотное, без внедрения атомов газа и пор, покрытие. Ионная гомогенизация, заключающаяся в непрерывной бомбардировке формируемого покрытия низкоэнергетическими ионами рабочего газа, удаляет с поверхности заготовки адсорбированный газ и снижает размер структурных элементов растущего покрытия, что увеличивает его прочность.High microhardness is achieved due to the condensation of the plasma flow of the material of the eroding cathode on the surface of samples of blanks for cutting inserts with simultaneous ionic homogenization. allowing the formation of a structurally dense coating without the introduction of gas atoms and pores. Ionic homogenization, which consists in continuous bombardment of the formed coating with low-energy ions of the working gas, removes the adsorbed gas from the surface of the workpiece and reduces the size of the structural elements of the growing coating, which increases its strength.

Обеспечение чистоты процессов, выполняемых в ходе модификации поверхности заготовок, осуществляется благодаря вакуумной системе, выполненной в отдельном корпусе и заключающей в себе агрегаты низкого вакуума и высоковакуумный турбомолекулярный насос. Вакуумная система установки обеспечивает чистоту среды рабочей камеры установки за счет поддержания остаточного давления высокого вакуума, размещения внутри корпуса, камеры элементов, относящихся к вакуумной системе, использования коротких вакуумных магистралей, минимизирующих возможное натекание воздуха и разгерметизацию рабочей камеры установки при выполнении операций по модификации поверхности заготовок. Стабильность работы вакуумной системы обеспечивается блоком управления системой дегазации. Защита турбомолекулярного насоса и других компонентов изделия от возникающих в процессе работы форвакуумных насосов вибраций реализуется использованием опоры вакуумных агрегатов.Ensuring the purity of the processes carried out during the modification of the surface of the workpieces is carried out thanks to a vacuum system made in a separate housing and containing low vacuum units and a high-vacuum turbomolecular pump. The vacuum system of the installation ensures the cleanliness of the environment of the working chamber of the installation by maintaining the residual pressure of a high vacuum, placing elements related to the vacuum system inside the housing, the chamber, using short vacuum lines that minimize possible air leakage and depressurization of the working chamber of the installation when performing operations to modify the surface of workpieces ... The stability of the vacuum system is ensured by the degassing system control unit. The protection of the turbomolecular pump and other components of the product from vibrations arising during the operation of the foreline pumps is realized by using the support of the vacuum units.

Контролируемый размер микрокапельной фазы генерируемой в плазменном потоке напыляемого вещества, осуществляется посредством блока адаптивного управления, позволяющий в автоматическом и ручном режиме управлять рабочим давлением и током генерации ионов в процессе модификации поверхности заготовок. Управление УМП осуществляется с помощью графического интерфейса, проецируемого на экран управляющего компьютера, программное обеспечение которого реализовано согласно современным принципам и подходам обеспечения максимального удобства и простоты использования. Управление источником питания магнетрона осуществляется локально через жидкокристаллический дисплей. Основными задачами, выполняемыми блоком адаптивного управления, являются: контроль и корректировка параметров эксплуатационных режимов модификации поверхности заготовокThe controlled size of the microdroplet phase generated in the plasma flow of the sprayed substance is carried out by means of an adaptive control unit, which allows automatic and manual control of the working pressure and ion generation current during the modification of the surface of the workpieces. The UMP is controlled using a graphical interface projected onto the screen of the control computer, the software of which is implemented in accordance with modern principles and approaches to ensure maximum convenience and ease of use. The magnetron power supply is controlled locally via the liquid crystal display. The main tasks performed by the adaptive control unit are: monitoring and adjusting the parameters of operating modes for modifying the surface of the workpieces

Результатом выполнения операций модифицирования с применением предлагаемой установки являются заготовки со следующими характеристиками нанесенного покрытия:The result of the modification operations using the proposed installation are blanks with the following characteristics of the applied coating:

- толщина покрытия 2,0-6,0 мкм;- coating thickness 2.0-6.0 microns;

- микротвердость, не менее 3000 HV;- microhardness, not less than 3000 HV;

- размер капель 0,5-9,0 мкм.- droplet size 0.5-9.0 microns.

Толщина покрытия измерялась с помощью микрометра ГОСТ 6507-90, микротвердость с помощью твердомера по Виккерсу ГОСТ 2999-75, а размер капель с помощью растрового электронного микроскопаThe thickness of the coating was measured using a micrometer GOST 6507-90, microhardness using a Vickers hardness tester GOST 2999-75, and the droplet size using a scanning electron microscope

Установка работает следующим образом.The installation works as follows.

Подключаем установку к внешнему напряжению. На блоке адаптивного управления (3), вакуумной системе (2), блоке охлаждения (4) должна загореться соответствующая сигнализация. Необходимо контролировать сигнализацию блокировок и положения вентилей вакуумной системы. Включаем автоматический выключатель источников питания электродуговых испарителей и выпрямителя ионной бомбардировки. Устанавливаем переключатель режима управления источников питания электродуговых испарителей и выпрямителя ионной бомбардировки в положение дистанционного управления. Включаем систему охлаждения установки (4).We connect the installation to external voltage. The corresponding alarm should light up on the adaptive control unit (3), vacuum system (2), cooling unit (4). It is necessary to control the signaling of interlocks and the position of the valves of the vacuum system. We turn on the circuit breaker for the power supplies of the electric arc evaporators and the ion bombardment rectifier. We set the control mode switch for the power sources of electric arc evaporators and the ion bombardment rectifier to the remote control position. We turn on the cooling system of the installation (4).

Включаем форвакуумные насосы. Заполняем рабочую камеру (1) установки воздухом до атмосферного давления. Открываем крышку (1/1) рабочей камеры. Подложкодержатель с заготовками устанавливаем в системе вращения рабочей камеры установки.We turn on the foreline pumps. We fill the working chamber (1) of the installation with air to atmospheric pressure. Open the lid (1/1) of the working chamber. The underlay holder with blanks is installed in the system of rotation of the working chamber of the installation.

Закрываем крышку рабочей камеры и откачиваем камеру установки до остаточного давления не ниже 1⋅10-4 Па.We close the lid of the working chamber and pump out the installation chamber to a residual pressure of at least 1⋅10 -4 Pa.

Включаем систему охлаждения (4) рабочей камеры установки, ионного источника, магнетронного блока, выбрав в рабочем меню команду «Охлаждение рабочей камеры».We turn on the cooling system (4) of the working chamber of the installation, the ion source, the magnetron unit, by selecting the command "Cooling the working chamber" in the working menu.

Подаем инертный газ в рабочую камеру установки. Проверяем, что давление рабочего газа в вакуумной системе установилось.We supply inert gas to the working chamber of the installation. We check that the pressure of the working gas in the vacuum system is established.

Проводим ионную очистку поверхности заготовок. Выбираем в управляющей программе режим «Чистка мишеней» и осуществляем ионную чистку мишеней AlTi/AlCr.We carry out ionic cleaning of the surface of the workpieces. Select the "Target cleaning" mode in the control program and carry out ionic cleaning of AlTi / AlCr targets.

Устанавливаем требуемые рабочие режимы магнетронного распыления. Проводим нанесение покрытия на поверхность заготовок.We establish the required operating modes of magnetron sputtering. We carry out coating on the surface of the workpieces.

По окончании процесса модификации поверхности заготовок отключаем источники питания электродуговых испарителей устройства магнетронного распыления, отключаем выпрямитель ионной бомбардировки, отключаем систему вращения, отключаем внешнее напряжение.At the end of the process of modifying the surface of the workpieces, we turn off the power sources of the electric arc evaporators of the magnetron sputtering device, turn off the ion bombardment rectifier, turn off the rotation system, turn off the external voltage.

После охлаждения заготовок, заполняем рабочую камеру воздухом до атмосферного давления, предварительно перекрыв клапаны форвакуумной магистрали.After the blanks have cooled, we fill the working chamber with air to atmospheric pressure, having previously closed the valves of the foreline line.

Для полного отключения установки проводим следующие операции: закрываем крышку рабочей камеры (1/1); откачиваем воздух с вакуумной камеры установки с помощью форвакуумного насоса; выключаем последовательно высоковакуумный и форвакуумный насосы; выключаем систему охлаждения (4) рабочей камеры установки, выключаем пульт блока адаптивного управления (3) установки.To completely turn off the installation, carry out the following operations: close the lid of the working chamber (1/1); evacuate air from the vacuum chamber of the installation using a foreline pump; turn off the high-vacuum and fore-vacuum pumps in sequence; turn off the cooling system (4) of the working chamber of the installation, turn off the control unit of the adaptive control unit (3) of the installation.

Claims (3)

1. Ионно-плазменная установка модифицирования поверхности заготовок для режущих пластин, включающая рабочую камеру, снабженную системой вакуумирования, подачи и регулирования расхода газа, источники питания и плазмы, подложкодержатели и блок адаптивного управления, отличающаяся тем, что на боковых стенках рабочей камеры расположены шесть катодных узлов, включающих испарители и источники ионного излучения, причем на державках катодных узлов закреплены экраны, которые препятствуют горению дугового разряда на боковой поверхности катодов и выполняют функцию поджигающего устройства, при этом рабочая камера оснащена системой вращения заготовок, состоящей из крышки, к которой с одной стороны прикреплен шпиндель, а с другой стороны - мотор-редуктор, при этом система вращения выполнена с планетарным механизмом с обеспечением позиционирования заготовок по отношению к испарителям и источникам ионного излучения и вращения заготовок вокруг оси шпинделя и вокруг собственной оси.1. Ion-plasma installation for modifying the surface of workpieces for cutting plates, including a working chamber equipped with a system of evacuation, supply and regulation of gas flow, power and plasma sources, substrate holders and an adaptive control unit, characterized in that six cathode nodes, including evaporators and ion radiation sources, and on the holders of the cathode assemblies, screens are fixed that prevent the burning of an arc discharge on the side surface of the cathodes and perform the function of an igniter, while the working chamber is equipped with a workpiece rotation system, consisting of a cover, to which on one side a spindle is attached, and on the other hand - a gear motor, while the rotation system is made with a planetary mechanism to ensure positioning of the workpieces in relation to the evaporators and ion radiation sources and rotation of the workpieces around the spindle axis and around its own axis. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что система вакуумирования выполнена в отдельном корпусе и включает вакуумную магистраль, два форвакуумных насоса для предварительной вакуумизации рабочей камеры и турбомолекулярный насос для выхода установки модификации поверхности на рабочий режим глубокого вакуума.2. Installation according to claim 1, characterized in that the evacuation system is made in a separate housing and includes a vacuum line, two backing pumps for preliminary evacuation of the working chamber and a turbomolecular pump for the surface modification installation to enter the working high vacuum mode. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок адаптивного управления включает пульт управления, блок управления нагревателями, блок управления системой дегазации, источник электропитания магнетрона, выпрямитель ионной бомбардировки и управляющий компьютер.3. Installation according to claim 1, characterized in that the adaptive control unit includes a control panel, a heater control unit, a degassing system control unit, a magnetron power supply, an ion bombardment rectifier and a control computer.
RU2021126107A 2021-09-06 2021-09-06 Installation of surface modification of blanks for cutting inserts RU2762426C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021126107A RU2762426C1 (en) 2021-09-06 2021-09-06 Installation of surface modification of blanks for cutting inserts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021126107A RU2762426C1 (en) 2021-09-06 2021-09-06 Installation of surface modification of blanks for cutting inserts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2762426C1 true RU2762426C1 (en) 2021-12-21

Family

ID=80039060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021126107A RU2762426C1 (en) 2021-09-06 2021-09-06 Installation of surface modification of blanks for cutting inserts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2762426C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6372303B1 (en) * 1997-06-16 2002-04-16 Robert Bosch Gmbh Method and device for vacuum-coating a substrate
RU2187576C2 (en) * 2000-09-14 2002-08-20 Государственное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Protective coat applying apparatus
DE102013005868A1 (en) * 2013-04-05 2014-10-09 Leybold Optics Gmbh Apparatus for vacuum treatment of substrates
RU2625698C1 (en) * 2016-08-29 2017-07-18 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of application of protective coatings and device for its implementation
RU2661162C1 (en) * 2017-08-18 2018-07-12 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Installation for ion-plasma modification and coating the mono-wheels with blades

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6372303B1 (en) * 1997-06-16 2002-04-16 Robert Bosch Gmbh Method and device for vacuum-coating a substrate
RU2187576C2 (en) * 2000-09-14 2002-08-20 Государственное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Protective coat applying apparatus
DE102013005868A1 (en) * 2013-04-05 2014-10-09 Leybold Optics Gmbh Apparatus for vacuum treatment of substrates
RU2625698C1 (en) * 2016-08-29 2017-07-18 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of application of protective coatings and device for its implementation
RU2661162C1 (en) * 2017-08-18 2018-07-12 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Installation for ion-plasma modification and coating the mono-wheels with blades

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109314078B (en) Holding device
RU2425173C2 (en) Installation for combined ion-plasma treatment
KR100538661B1 (en) Heated and cooled vacuum chamber shield
CA1118714A (en) Vacuum treating apparatus
US6641702B2 (en) Sputtering device
RU2294395C2 (en) Installation for the vacuum ionic-plasma treatment of the surfaces
RU2625698C1 (en) Method of application of protective coatings and device for its implementation
US20190194798A1 (en) Cathode Unit for Sputtering Apparatus
KR20140117478A (en) In-vacuum rotational device
CN114875358B (en) Composite vacuum coating equipment and application method thereof
KR20110104363A (en) Apparatus to sputter
US5427671A (en) Ion vapor deposition apparatus and method
RU2496913C2 (en) Unit for ion-ray and plasma processing
JP2009531545A (en) Coating equipment
RU2762426C1 (en) Installation of surface modification of blanks for cutting inserts
KR100608957B1 (en) Film deposition system and film deposition method using the same
CN114717522A (en) Multi-arc ion plating device
RU2287610C2 (en) Plant for ion-plasma deposition of coatings in vacuum
RU2693229C1 (en) Apparatus for applying ion-plasma coatings on blisk blades
TWI454587B (en) Sputter apparatus
RU2661162C1 (en) Installation for ion-plasma modification and coating the mono-wheels with blades
CN112501578A (en) Coating quality control method of gradient coating machine
WO2020136964A1 (en) Vacuum processing apparatus
JP2005240182A (en) System and method for continuous arc vapor deposition by a plurality of usable targets
US20230304143A1 (en) Surface treatment apparatus and surface treatment method