UA10775A - Спосіб вакуумhо-дугового hаhесеhhя покриттів та пристрій для його здійсhеhhя - Google Patents

Abstract

Заявлена група винаходів належить до галузі техніки іонно-плазмового вакуумно-дугового нанесення захисно-декоративних і функціональних покриттів із заданими властивостями в машинобудуванні, приладобудуванні та інших галузях, де необхідна цілеспрямована зміна фізичних характеристик, і складу поверхні виробів. Спосіб включає випаровування електрично провідних матеріалів за наявності аксіально-симетричного катода, дія на торцеву робочу поверхню катода паралельного їй постійного аксіально-симетричного магнітного поля.

Description

Заявленная группа изобретений относится к области техники ионно-плазменного вакуумно-дугвого нанесения защитно-декоративньїх и функциональньх покрьїтий с заданньми свойствами в машиностроений, приборостроений и других областях, где необходимо целенаправленное изменениеє физических характеристик, и состава поверхности изделий.

Широкое промьшленное применение для указанньх целей нашли вакуумно-дуговье испарители с расходуемьм катодом, в которьїх генерация частиц, входящих в состав материала покрьітия, происходит в катодньїх пятнах на расходуемой рабочей поверхности катода.

Найиболее близким по отношению к заявленной группе изобретений по сущности и достигаемому результату и взятьім в качестве прототипа является техническое решение, описанное в Патенте Германии ОО 265 506. В зтом техническом решений для уменьшения содержания микрокапельной фракции в пленке покрьїтия создаются постояннье во времени аксиально-симметричнье магнитнье поля, воздействующие на торцевую рабочую поверхность катода параллельно ей. Магнитная система устройства, описанного в указанном патенте, состоит из двух встречно включенньх магнитньїх катушек, расположенньїх коаксиально с катодом, имеющим цилиндрическую или в виде усеченного конуса форму, и создающих постоянноеє магнитное поле, параллельное рабочей поверхности катода. Зто устройство является зффективньм при работе с катодами из нетугоплавких материалов, например, при использованиий алюминиевого катода.

Однако, защищенное Патентом Германимй 0О 265 506 техническое решение не позволяет получить вьісококачественньюе покрьития с уменьшенньм содержаниєм микрокапель при работе с катодами, состоящими из материалов, на поверхности которьїх катоднье пятна имеют малье скорости спонтанного перемещения и которье не сублимируют в вакууме, например, железо и его сплавнь!.

Заявленная группа изобретений направлена на решение задачи уменьшения числа и размеров микрокапель при вакуумно-дуговом нанесений покрьтий путем дополнительного воздействия на катод ионного потока с знергией, превьишающей катодное падение потенциала, для обеспечения вьісокого качества покрьтия посредством повьішения его плотности и однородности. В результате реализации заявленной совокупности существенньхх признаков достигнут технический результат - получение внісококачественньіх одно- и многокомпонентньїх покрьтий с заданньми функциональньми свойствами (антикоррозионньєе, злектроизоляционньюе, износостойкиєе, зкранирующие и др.) на металлах и дизлектриках, включая пластмассь, при температуре изделий ниже 450 К при использованиий катодов, вбіполненньїх из материалов с температурой плавления ниже 2000 К.

Указанньй технический результат достигается тем, что при осуществлении способа вакуумно-дугового нанесения покрьттий, которьій включаеєт испарениеє злектрически проводящих материалов при наличийи аксиально-симметричного катода, воздействие на торцевую рабочую поверхность катода параллельного ей постоянного аксиально-симметричного магнитного поля, на торцевую рабочую оповерхность катода дополнительно воздействуют ийионньм потоком с знергией, превишающей катодноє падение потенциала.

Катод вьіполняется из материала с температурой плавления ниже 2000 К. Могут использоваться катодь, вьіполненньсе из материала с температурой плавления вьіше 2000 К. Однако, зффект снижения содержания и размеров микрокапель в плазменном потоке материала покрьтия найболее сильно проявляєтся при использований катодов, віиіполненньїх из материалов с болеє низкой температурой плавления, например, из нержавеющей стали и сплавов алюминия.

Ионньй поток на торцевую рабочую поверхность катода направляют из расположенной вблизи указанной поверхности области удержания злектронов в скрещенньхх злектрическом поле разряда и внешнем магнитном поле, здесь осуществляют дополнительную ионизацию паров материала катода и обеспечивают протекание тока разряда на анод в кольцевой зоне, расположенной около упомянутой поверхности. Такая реализация найболее предпочтительна из-за своей простотьі и внутренней согласованности со структурой злектрического поля, обеспечивающего протекание тока дугового разряда. Возможнь! и другие реализации, например, направлениє ионного потока на катод от дополнительного кольцевого источника ионов или нескольких ионньх источников.

Устройство для вакуумно-дулового нанесения покрьтий овключает осесимметричньй катод из злектропроводящего материала с торцевой рабочей оповерхностью и коаксиально расположенную охватьвающую катод магнитную систему, состоящую из двух встречно включенньїх магнитньїх катушек, и снабжено вакуумной рабочей камерой, где размещеньі средства крепления и перемещения обрабатьіваемьх изделий; к камере присоединен вакуумно-дуговой источник потока плазмь! материала покрьітия с системой инициирования дугового разряда, которьій включаєт размещеннье коаксиально внутри магнитной системь охватьвающий катод зкранирующий злектрод и охватьвающий его анод, при зтом зкранирующий злектрод имеет злектрический контакт с рабочей камерой, а анод злектрического контакта с рабочей камерой не имеет; обрабатьяваеємье изделия, размещеннье в средствах крепления, расположеньі в прямой видимости вдоль оси источника потока плазмьі), проходящей перпендикулярно рабочей поверхности катода через ее центр; анод размещен так, что вьіполнено условиє пересечения боковой поверхности анода плоскостью, проходящей через рабочую поверхность катода; геометрические размерь! магнитньїх катушек магнитной системь! и протяженность анода в сторону обрабатьвваємьх изделий таковьі, что в области пространства между боковьіми поверхностями катода и анода в плоскости, проходящей через- рабочую поверхность катода, каждая силовая линия магнитного поля наклонена под уллом менее 45 градусов к указанной плоскости при условий пересечения боковой поверхности анода только один раз в зоне пересечения с указанной боковой поверхностью плоскости, проходящей через рабочую поверхность катода; в области расположения злементов крепления катода, зкранирующего злектрода и анода обеспечено непересечениє боковьіїх поверхностей злементов крепления зтих злектродов, направленньїх параллельно оси источника потока плазмьі, силовьіми линиями магнитного поля. Угол наклона силовьїх линий магнитного поля менее 45 градусов обеспечиваєт преимущественно дополнительное ускорение плазменного потока, а не ег фокусировку.

Источник потока плазмьї материала покрьїтия присоединен к рабочей камере через изолированньй от внешней атмосферь патрубок, обеспечивающий возможность изменения расстояния от катода до поверхности обрабатьіваемьх изделий в пределах 150 ... 500 мм и угла между осью источника потока плазмь! и нормалью к поверхности обрабатьвваємьх изделий в пределах 0 ... 45 градусов. Возможнь и другие варианть! присоединения источника потока плазмь! материала покриьїтия к рабочей камере.

Совокупность перечисленньїх виіше существенньїх признаков находится в причинно-следственной связи с достигнутьім техническим результатом - при реализации зтой совокупности признаков получень внісококачественнье одно- и многокомпонентнье покрьітия с -заданньми функциональньми свойствами при уменьшений числа и размеров микрокапель.

Предлагаемое техническое решение представляет собой способ вакуумно-дугового нанесения покрьїтий и устройство для его осуществления посредством вакуумно-дугового осаждения на поверхность изделий, которье размещень в вакуумной рабочей камере. Катод и анод подключеньі к источнику злектрической мощности, которьій предназначен для поддержания дугового разряда между рабочей поверхностью катода и анодом в магнитном поле, обеспечивающем протекание тока на анод поперек магнитного поля в узкой зоне, расположенной вблизи рабочей поверхности катода, удержание катодньїх пятен на рабочей поверхности катода и дополнительное ускорение плазменного потока от катода в направлений обрабатьваємьїх изделий.

Вблизи рабочей поверхности катода локализуется зона протекания тока дугового разряда на катод поперек магнитного поля, что обеспечивает расположениеє области удержания злектронов в скрещенньх злектрическом и магнитном полях на минимальном удалений от рабочей поверхности катода. В результате зта поверхность катода подвергается дополнительному воздействию интенсивного вьісокознергетичного потока ийонов, возникающих в области удержания злектронов, что сокращаєт время развития катодного пятна для того состояния, при котором происходит его перемещениєе под действием магнитного поля в соседнюю точку поверхности катода за счет развития в ней нового катодного пятна. Сокращение времени развития катодного пятна связано с изменениєем его стартовьїх условий. Позтому плотность йонного потока, которая приводит к данному явлению, должна, по крайней мере, превьиішать величину плотности ионного потока, необходимую для инициирования вакуумно-дугового разряда между катодом и анодом. Сокращение времени развития катодного пятна позволяет повьісить индукцию магнитного поля, обеспечивающего удержаниє катодньїх пятен на рабочей поверхности катода, без угрозьі перегрева катода из-за локализации катодньхх пятен вблизи его центра. Так как протекание тока на анод происходит поперек магнитного поля, то зто приводит к повьнішению напряжения дугового разряда. В результате знергия ионов в дополнительном потоке, поступлающем на катод, которая определяєтся разностью потенциалов точки рождения иона и катода, оказьіваєтся существенно вьіше катодного падения потенциала.

Сокращениє времени развития катодного пятна из-за изменения стартовьїх условий вследствиє дополнительного воздействия на катод вьісокознергетичного интенсивного потока ионов из области удержания злектронов является дополнительной по отношению к ускорению движения катодного пятна под действием магнитного поля - причиной, уленьшающей время пребьвания катодного пятна в данной точке катода. Зто оказььвается благоприятньмм фактором, снижкающим нагрев материала катода в окрестности катодного пятна. В результате уменьшаєтся вероятность разбрьзгивания о материала катода на заключительной стадиий развития катодного пятна и уменьшаются размерь и количество микрокапель, которне поступают с катода в плазменньй поток в направлений обрабатьіваемьх изделий даже при работе с катодами из материалов с низкой температурой плавления.

Кроме того, близкое расположение области удержания злектронов к рабочей поверхности катода приводит к тому, что микрокапли, покидающие катод с положительньм зарядом, заряжаются в области удержания злектронов до вьісокого отрицательного заряда и под действием злектрического поля разряда собираются вне плазменного потока в прианодном слое. В результате они не попадают в область расходящегося магнитного поля, где пройсходит дополнительное ускорениє плазменного потока, и не получают дополнительного импульса в направлений обрабатьвваємьх изделий. Зто также снижаєт долю микрокапельной фракции в покрьїтии.

Интенсивная бомбардировка катода вьі-сокознергетичньіми ионами, имеющими знергию, превишаюшую катодноеє падение потенциала, препятствует образованию на рабочей поверхности катода окисньїх или нитридньїх пленок при дуговом разряде в среде соответствующих реактивньх газов. В результате исключаєтся понижение качества покрьтия за счет внедрения в покриьтиє твердьїх фрагментов, которье могут возникать из-за растрескивания указанньх пленок.

Предлагаемая в заявляемой группе изобретений взаймосвязанная конфигурация магнитного и злектрического полей, которая обеспечиваєт протеканиє тока разряда на анод и удержание злектронов в скрещенньіїх полях в локальной области вблизи рабочей поверхности катода, приводит также к тому, что практически весь поток пара с катода, не успевая рассеяться, ионизируется и, пройдя область удержания злектронов, ускоряется от катода в направлений обрабатьіваємьх изделий в расходящемся магнитном поле.

Позтому заявляемое устройство может работать в значительно более широком диапазоне давлений остаточного газа, так как в нем исключена потеря паровой компонентьі из-за рассеяния на частицах остаточного газа по пути от катода до удаленной от него области дополнительной ионизации, как зто имеет место в известньїх технических решениях. Верхнюю границу области рабочих давлений определяет условие замагничен-ности злектронов ове/Уеп» 1, где Фве - злектронная циклотронная частота, уеп - частота упругих столкновений злектронов с нейтральньми частицами. Позтому, из-за отсутствия жестких ограничений на величину магнитного поля в области рабочей поверхности катода, верхняя граница рабочих давлений может доходить до величинь 100 Па.

Зто ограничение определяєтся только целесообразньми затратами знергий на создание магнитного поля. В результате упрощаєтся вакуумно-дуговая система при нанесений, например, антикоррозионньіх покрьтий из хромоникелевой нержавеющей стали, так как отпадаєт необходимость использовать внісоковакуумньсе средства откачки.

Вьгссокая плотность и знергия плазменного потока, ускоряемого в направлений обрабатьіваємьх изделий,

позволяют получить вьісококачественнье покрьтия при незначительном (до 450 К) нагреве изделий без дополнительного ускорения ионов за счет подачи отрицательного потенциала на изделия. Зто таюке повьишаєт зффективность процесса нанесения покрьтий в результате снижения знергозатрат на нагрев изделий и упрощения вакуумно-дуговой системь! за счет отсутствия необходимости использовать источник смещения и изолировать от рабочей камерьі! средства крепления и перемещения обрабатьіваемьх изделий.

Зто преимущество особенно имеет значениє при нанесений покрьтий при непрерьвном перемещений обрабатьіваєемьїх изделий с их загрузкой и внігрузкой через входной и вбіІХОДНОЙ ШЛЮЗЬ.

В указанном диапазоне рабочих давлений (до 100 Па) технический результат по заявленной группе изобретений достигается при изменении расстояния от катода до поверхности обрабатьіваемьх изделий в пределах 150... 500 мм. В данном диапазоне расстояний исключаєтся перегрев поверхности изделия тепловьім излучением катода и обеспечиваєтся достаточно интенсивная бомбардировка поверхности изделия ионами материала покрьїтия. При указанном расстоянии, превьниішающем 500 мм, плотность ионного тока на обрабатьвваємоеє изделие из-за расходимости плазменного потока материала покрьітия падаєт до величиньі, которая реализуеєтся в традиционньіїх вакуумно-дуговьіх системах. Как следствиє, теряется такое важное технологическое преимущество заявленного способа, как возможность получать вьісококачественнье покрьїтия при нагреве изделия до температурь! не более 450 К.

В заявляемом способе нанесение покритий осуществляется, главньім образом, за счет ионов материала покрьїтия, имеющих знергию, превьішаюшую порог распьіления. В связи с тем, что козффициент распьіления аморфньх тел и поликристаллических материалов возрастает при увеличений углла между осью потока плазмь и нормалью к обрабатьіваеємой поверхности до 70 ... 80 градусов, то для параметров ионного потока, которьій генерируєется по заявленному способу, при указанном угле, превьшающем 45 градусов, возрастающее самораспььлениє пленки покрьтия приводит к резкому снижению скорости нанесения покрьїтия. В пределах величинь! указанного угла 0 ... 45 градусов не наблюдается значительного уменьшения скорости нанесения покрьтий, однако существенно возрастаєт адгезия и плотность покрьїтия за счет зффективного распьіления и очистки поверхности изделия и частичного самораспьіления пленки покрьїтия.

Предлагаемое устройство иллюстрируется фиг. 1... 9.

Фигура 1 представляет общий вид устройства вакуумно-дугового нанесения покрьїтий в соответствий с заявляємьм способом.

Фигура 2 представляєт сечение А-А фигурь! 1.

Фигура З представляєет схематический чертеж устройства вакуумно-дугового нанесения покрьтий в соответствии с изобретениеєм с источниками питания.

Фигура 4 представляет схематический чертеж модификации устройства вакуумно-дугового нанесения покритий в соответствии с изобретением, предназначенного для поочередной обработки изделий.

Фигура 5 представляєт вид сверху фигурь 4.

Фигура 6 представляет схематический чертеж модификации устройства вакуумно-дугового нанесения покрьїтий в соответствии с изобретением, предназначенного для одновременной обработи изделий из двух источников потока плазмь! "материала покрьїтия.

Фигура 7 представляет схематический чертеж устройства вакуумно-дугового нанесения покрьтий в соответствии с изобретениєем для непрерьівной загрузки-внігрузки изделий через шлюзовье камерь.

Фигура 8 представляєт структуру силовьіх линий магнитного поля в пространстве между катодом и обрабатьвваемьм изделиєм при одинаковьїх величинах тока в магнитньх катушках.

Фигура 9 представляєт структуру силовьіх линий магнитного поля в пространстве между катодом и обрабатьвваемьм изделиеєм в случає, когда ток в магнитной катушке, расположенной между катодом и обрабатьіваемьм изделием, на 2095 превьішаеєет ток в другой магнитной катушке.

Вариант исполнения устройства по заявленной группе изобретений, которьій не исключает другие возможнье варианть! осуществления, представлен на фиг. 1.

Устройство состоит из вакуумной рабочей камерь 1, которая ограничена вакуумной оболочкой 2, фланцем-основанием 3, фланцем крьішки 4 и крьішкой 5. Вакуумная система 6 соединена с рабочей камерой 1 через фланец 7, расположенньй на фланце-оснований 3. Внутри рабочей камерь! 1 размещень средства крепления 8 обрабатьіваємьх изделий 9. При нанесений покрьїтий на изделия 9 сложной формь!ї средства крепления могут бьіть, вбьіполненьі в виде планетарного механизма. Обработжа мелких изделий может производиться в сетчатом или колокольнообразном барабане. Привод вращения 10 средств крепления 8 присоединен к фланцу-основанию 3 через вакуумньй ввод вращения 11.

Вакуумно-дуговой источник потока плазмь! материала покрьїтия 12 смонтирован на патрубке 13, которьй присоединен к фланцу 14 на боковой поверхности вакуумной оболочки 2. Источник 12 может бьть смонтирован на фланце-основаниий З или на крьішке 5.

Как следует из фиг. 2, которая представляет сечение А-А фиг. 1, источник 12 содержит фланец 15, которьій герметически соединен через кольцевоеє вакуумное уплотнение 1бсфланцем 17 патрубка 13. На фланце 15 расположен корпус 18 источника 12 с фланцем-основанием 19 корпуса 18. К фланцу 19 герметически через кольцевоє вакуумное уплотнение 20 присоединен катодньій фланец 21. Фланец 19 содержит изолирующие втулки 22 держателей 23 анода 24. Анод 24 имеет кольцевую полость 25, предназначенную для водяного охлаждения. Катодньй фланец 21 содержит изолирующие вакуумнье уплотнители 26 держателей 23 анода 24, вакуумнье уплотнители 27 держателей 28 жранирующего злектрода 29 и изолирующий вакуумньй уплотнитель 30 держателя 31 катода 32. Катод 32 имеет полость 37, предназначенную для водяного охлаждения. Зкранирующий злектрод 29 имеет злектрический контакте катодньім фланцем 21, корпусом 18, патрубком 13 и рабочей камерой 1. Торцевая рабочая поверхность 33 катода 32 направлена в сторону обрабатьіваеємьх изделий 9. На зкранирующем злектроде 29 установлен корпус 34 системьї инициирования дугового разряда между рабочей поверхностью 33 катода 32 и анодом 24.

Корпус 34 имеет злектрический контакт с зкранирующим злектродом 29. Внутри корпуса 34 помещен керамический стержень 35, покрьітьій слоем злектропроводящего материала. Стержень 35 одним торцом имеет контакт с боковой нерабочей поверхностью катода 32, а другим - с криішкой 36 корпуса 34. Крьішка 36 центрирует и прижимаеєт стержень 35 к боковой поверхности катода 32 и имеет злектрический контакт с зкранирующим злектродом 29. Зкранирующий злектрод 29 охватьівает коаксиально катод 32 с кольцевьм зазором 2 ... 2,5 мм. Торец зкранирующего злектрода 29 вьіступаєет над рабочей поверхностью 33 катода 32 не более, чем на 0,5 мм. Анод 24 охватьіваєт коаксиально катод 32 с кольцевьм зазором, превьнішающим 10 мм.

Снаружи корпуса 18 источника 12 коаксиально с анодом 24 расположена магнитная система, состоящая из двух магнитньїх катушек 38, 39. Магнитная катушка 38 расположена между плоскостью, проходящей через рабочую поверхность 33 катода 32, и фланцем 15 источника 12. Катушка 39 расположена между указанной плоскостью и фланцем-основанием 19 корпуса 18.

Протяженность анода 24 в сторону фланца 15 такова, чтобьї плоскость, проходящая через рабочую поверхность 33 катода 32 пересекала боковую поверхность анода 24. Геометрические размерь! магнитньх катушек 38, 39 таковьі, что силовье линии магнитного поля при встречном включений магнитньїх катушек 38, 39 пересекают боковую поверхность анода 24 только один раз в зоне пересечения с боковой поверхностью анода 24 плоскости, проходящей через рабочую поверхность 33 катода 32, и не пересекают боковье поверхности держателей 23, 28, 31 в области между фланцем-основанием 19 и катодом 32. При зтом в области пространства между боковьіми поверхностями катода 32 и анода 24 в плоскости, проходящей через рабочую поверхность 33 катода 32, каждая силовая линия магнитного поля наклонена под угллом менее 45 градусов к указанной плоскости.

Как видно из фиг. 3, которая представляет собой схематический чертеж устройства с источниками питания, анод 24 соединен с помощью проводника 40 с положительной клеммой источника питания дуги 41 и не имеет злектрического контакта с оболочкой 2 рабочей камерь! 1, которая заземлена через проводник 42.

Отрицательная клемма источника питания дуги 41 соединена через проводник 43 с катодом 32. С катодом 32 соединена также через проводник 44 отрицательная клемма импульсного источника питания 45 системь инициирования дугового разряда. Положительная клемма источника питания 45 соединена проводником 46 с зкранирующим злектродом 29 и заземлена Магнитнье катушки 38, -39 соединеньі проводниками 47, 48, 49, 50 с клеммами источника постоянного тока 51, которьій позволяет независимо регулировать ток в каждой магнитной катушке 38, 39. Средства крепления 8 обрабатьіваєемьх изделий 9 через вакуумньй ввод вращения 11 соединеньії проводником 52 с отрицательньми клеммами низковольтного источника смещения 53 и вьсоковольтного источника ионной очистки 54. Положительнье клеммь! источников 53,54 заземлень.

Оболочка 2 содержит клапан 55 для напуска рабочих газов (инертньїх, реактивньхх или их смесей) в рабочую камеру 1 и клапан 56 для напуска воздуха в рабочую камеру 1 перед открьіванием крьішки 5.

На фиг, 4, 5 изображена модификация устройства в соответствии с заявляемой группой изобретений для поочередного нанесения на обрабатьяваемье изделия покрьїтий одинакового или разного состава. В первом случає повьішаєтся скорость нанесения покрьіїтий, во втором - можно формировать многослойнье покрьїтия с язданньми функциональньми свойствами (например, износостойкие, антифрикционнье, теплостойкие и другие), причем на фиг. 4 представлен схематический чертеж модификации, а фиг, 5 представляет вид сверху фигурь 4.

Устройство включает рабочую камеру 101 с вакуумной оболочкой 102. Оболочка 102 присоединена к фланцу крьішки 103 с криішкой 104. Вакуумно-дуговье источники потока плазмь! материала покрьїтия 105, 106, 107, 108 присоединень к оболочке 102 через фланць 109, 110, 111, 112 и патрубки 113, 114, 115, 116.

Вакуумная система 117 соединена с рабочей камерой 101 через фланец 118. К оболочке 102 присоединен клапан 119, которьій предназначен для напуска рабочих газов или из смеси в рабочую камеру 101. Привод вращения 120 средств крепления изделий (на фиг. 4, 5 не показаньі) присоединен к фланцу-основанию 121 через вакуумньійй ввод вращения 122. Источники потока плазмьі материала покрьїтия 105, 106, 107, 108 идентичнь по своей конфигурации источнику 12, показанному на фиг. 2, З и описанному вьіше.

Для нанесения покрьтий на изделия больших размеров на фланец крьшки 103 может бьть последовательно установлено, одно, два и так далее устройств, изображенньх на фиг. 4, 5. На фиг. 6 изображен схематический чертеж модификации устройства для вакуумно-дугового нанесения покрьітий по заявляемому изобретению, предназначенного для одновременной обработки изделий из двух источников потока плазмь! материала покрьїтия. Устройство предназначено для нанесения многокомпонентньх покрьїтий с регулируемьм составом.

Устройство содержит рабочую камеру 201 с оболочкой 202. Оболочка 202 соединена с фланцем- основаниеєм 203 и фланцем крьішки 204 с крьішкой 205. К криішке 205 через вакуумньйй ввод вращения 206 присоединен привод вращения 207 средств крепления 208 обрабатьвваемьх изделий 209. К оболочке 202 присоединен клапан 217, которьій предназначен для напуска рабочих газов или их смеси в рабочую камеру 201. С оболочкой 202 через патрубок 218 соединена вакуумная система 210. Вакуумно-дуговье источники потока плазмьі материала покрьтия 211, 212 присоединеньй Кк фланцуоснованию 203 через присоединительньсе патрубки 213, 214 и угловне патрубки 215, 216. Угловне патрубки 215,216 установлень на фланце-оснований 203 так, чтобьі оси источников 211, 212 бьіли направленьї в центр обрабатьіваеємой изделия 209.

Источники потока плазмь! материала покрьїтия 211, 212 идентичньі по своей конфигурации источнику 12, показанному на фиг. 2, З и описанному вьіше. На фланце-оснований 203 могут бить установлень 2, 3, 4 и так далее таких источников. При зтом анодь (поз. 24 фиг. 2) могут бьіть как изолировань! друг от друга, так и злектрически соединеньі между собой, что облегчаєт сведениє потоков плазмь! разньїх материалов на обрабатьіваемоеє изделие 209.

На фиг. 7 представлен схематический чертеж модификации устройства по заявляемому техническому решению, которое предназначено для нанесения покрьтий на изделия при их непрерьвной загрузке - вьігрузке через шлюзовье камерь. Устройство содержит шлюзовье камерь 301, 302, которне через вакуумньійй трубопровод 303 присоединеньй к вакуумной системе 304. К шлюзовьм камерам 301, 302 присоединень! технологические модули 305, 306. Технологические модули 305, 306 через вакуумньй трубопровод 307 соединень! с вакуумной системой 308. Технологические модули 305, 306 содержат клапань 309, 310 для напуска рабочих газов и вакуумно-дуговне источники потока плазмь! материала покрьїттия 311, 312, 313, 314, 315, 316. Источники 311, 312, 313, 314, 315, 316 идентичньї по своей конструкции источнику 12, показанному на фиг. 2, З и описанному вьіше. Количество источников потока плазмь! материала покрьїтия в технологическом модуле и количество технологических модулей в устройстве определяєется размером обрабатьіваемьїхх изделий и производительностью устройства. Источники потока плазмь! могут располагаться как по одну, так и по обе стороньії от обрабатьвшаємьх изделий. Внутри шлюзовьх камер 301,302 и технологических модулей 305, 306 расположень средства перемещения изделий через устройство от шлюзовой камерь 301 к шлюзовой камере 302 (на фиг. 7 не показань).

Устройство для вакуумно-дуювого нанесения покрьтий согласно заявляемого изобретения работаєет следующим образом: В рабочую камеру 1 на средствах крепления 5 размещают обрабатьіваємье изделия 9.

С помощью вакуумной системь! откачивают камеру 1 до остаточного давления ниже 0,01 Па, когда рабочие давления меньше 1 Па, и до давления 0,5 Па при рабочих давлениях вьіше 1 Па. В первом случає используют вьісоковакуумньюе средства откачки на основе диффузионного или турбомолекулярного насоса, во втором случае откачку производят форвакуумньмм насосом. Рабочие давления ниже 1 Па применяют, когда необходимо исключить образованиє окисньїх пленок в составе покрития на обрабатьзваемьх изделиях 9.

Рабочие давления вьше 1 Па применяют при работе с катодами из трудноокисляемьх материалов, например, при нанесений антикоррозионньх покрьїтий из хромоникелевой нержавеющей стали.

Пропускают воду через держатель 31 в: полость 37 катода 32. Пропускают воду через держатели 23 в кольцевую полость 25 анода 24. В ряде случаев анод 24 может работать без водяного охлаждения. Зто целесообразно, например, при нанесений злектроизоляционньїх или слабопроводящих покрьїтий, когда необходимо предотвратить образование указанньх пленок на аноде в зоне протекания разрядного тока.

Через клапан 55 в рабочую камеру напускают рабочий инертньій или реактивньй газ или их смесь до установления рабочего давления. Через проводники 40,43 подключают анод 24 и катод 32 к источнику питания дуги 41. Через проводники 47, 48, 49, 50 соединяют магнитнье катушки 38, 39 с источником постоянного тока 51. Устанавливают в магнитньїх катушках встречно направленнье токи с величиной, при которой вьіполняеєется условие замагниченности злектронов (ве /Усп » 1). Соотношение токов в магнитньїх катушках 38, 39 устанавливают таким, чтобьї каждая силовая линия 57 магнитного поля пересекала анод 24 только один раз вблизи торцевой рабочей поверхности 33 катода 32, как зто показано на фиг. 8.

Соответствующие величинь! токов в магнитньїх катушках38,39 определяются расчетом для данной геометрий магнитньїх катушек 38, 39, катода 32, анода 24 и их взаймного расположения.

Включают привод вращения 10 средств крепления 8 обрабатьіваемьх изделий 9. Через проводники 44, 46 подключают систему инициирования дугового разряда к импульсному источнику питания 45. В результате разряда по поверхности керамического стержня 35, покрьтого слоем злектропроводящего материала, в зазоре между боковой нерабочей поверхностью катода 32 и боковой поверхностью зкранирующего злектрода 29 образуется сгусток плазмь!. Зтот сгусток плазмь! распространяется в область пространства между рабочей поверхностью 33 катода 32 и анодом 24. В результате между катодом 32 и анодом 24 возникаєт дуговой разряд, а импульсньйй источник питания 45 автоматически отключаеєтся от системьї инициирования дугового разряда. В последующем при самопроизвольном погасаний дугового разряда между катодом 32 и анодом 24 импульсньй источник питания 45 автоматически подключается к системе инициирования разряда и вьізьіваєт повторньй поджиг дугового разряда.

Если кольцевой зазор между боковьіми поверхностями катода 32 и анода 24 меньше 15 мм, то дуговой разряд между зтими злектродами инициируєтся и стационарно поддерживаєтся и без дополнительного напуска газа в рабочую камеру 1 в атмосфере остаточного воздуха при давлений 1079 Па. Устанавливать указанньій кольцевой зазор меньше 10 мм нецелесообразно, так как при зтом характеристики дугового разряда в магнитном поле с конфигурацией силовьїх линий, представленной на фиг. 8, не отличаются от параметров дугового разряда без магнитного поля.

Устанавливают необходимье ток и напряжениє дугового разряда путем регулировки вьіходного напряжения источника питания дуги 41 и величинь токов в магнитньхх катушках 38, 39, не изменяя соотношения токов в них. По мере вьработми катода изменяют соотношение токов в магнитньїх катушках 38, 39, поддерживая конфигурацию силовьїх линий 57 магнитного поля по отношению к рабочей поверхности 33 катода 32 такой, как изображено на фиг. 8, на которой представлена структура силовьіх линий магнитного поля в пространстве между катодом и обрабатьвшаємьм изделиеєм при одинаковьїх величинах тока в магнитньїх катушках 38,39. Как следует из фиг. 9 (на которой представлена структура силовьїх линий магнитного поля в пространстве между катодом и обрабатьвваемьм изделием в случає, когда ток в магнитной катушке 38, расположенной между катодом и обрабатьвваемьм изделием, на 2095 превьішаєт ток в магнитной катушке 39) при вьіработке катода 32 на 16 мм ток в магнитной катушке 38 должен на 2095 превьішать ток в магнитной катушке 39. Соотношение токов в магнитньїх катушках 38, 39 изменяют в зависимости от времени работь катода 32 по установленной зкспериментально скорости виіработи катода 32 от времени.

Включают вьісоковольтньїй источник ионной очистки 54. Если обрабатьіваемье изделия 9 изготовлень из дизлектрического материала, то источник 54 не включают. Осуществляют ионную очистку и нагрев обрабатьваемьх изделий 9 ускоренньми ионами материала катода 32 и газовой средьі. После нагрева обрабатььваемьх изделий 9 до необходимой температурьй вьіключают вьісоковольтньйй Источник 54 и включают при необходимости низковольтньій источник смещения 53. Проводят процесс нанесения покрьітий собственно материала катода 32 при работе в атмосфере остаточного воздуха или инертного газа аргона, или нитридньїх, окисньїх или карбидньїх покрьтий при работе в атмосфере соответствующего реактивного газа или смеси с инертнь/м газом.

Источник смещения 53 может бьіть не включен, когда покрьітие наносят на дизлектрические изделия или когда напряжение дугового разряда превьишаєт 50 В. В последнем случає собственная знергия ионов в потоке плазмь! материала покрьїтия достаточна для получения покрьітий с вьісокой адгезией и плотностью. .

После нанесения покрьітий заданной толщинь!ї вьиіключают источник питания дуги 41, источники 45, 51, 53 (если он бьіл включен), источник питания привода вращения 10. Напускают в рабочую камеру 1 через клапан 56 сухой воздух или азот, открьиівают крьішку 5, виігружают из рабочей камерьі 1 обработанньке изделия 9.

После следующей загрузки изделий 9 технологический процесс повторяют как зто описано вьіше. Устройство для нанесения покрьїтий по заявляемому изобретению может работать как при ручном управлениий, таки в автоматическом режиме с контролем с помощью микропроцессорной системь управления.

Нанесениє покрьтий ов оустройстве по заявляеємому техническому решению осуществляется направленньім потоком плазмь! материала, зродирующего в микропятнах катода, и плазмь! реактивного газа (если он присутствуєт в рабочей камере 1). Направленньй поток ионов материала покрьітия формируется при включений тока в магнитньїх катушках 38, 39. В отсутствие тока в магнитньїх катушках 38, 39 радиальное распределениє плотности ийонов практически изотропно. Сфокусированность потока плазма материала покрьїтия возрастаєт с увеличением индукции магнитного поля, одновременно возрастаєт примерно в 8 раз плотность ионного тока на его оси при повьішений индукции магнитного поля в средней плоскости магнитной катушки 38 от 0 до 250 Гс. При зтом, при включений токов в магнитньїх катушках 38, 39 возрастаєет знергия ионов в потоке по сравнению со случаєм отсутствия тока в магнитньїх катушках 38, 39. Возрастание знергий ионов происходит в важном для технологии покрьїтий диапазоне знергий, превьішающих 30... 50 зВ.

Заявленнье способ и устройство могут бьіть реализованьї как в виде описанньїх модификаций, так и других, которье могут отличаться составом устройства, размерами, материалом катода, анода, их вьіполнениєм, злектрическими цепями питания без изменения сущности изобретения.

Найболее предпочтительной областью промьішленного применения заявленньіїх способа и устройства вакуумно-дугового нанесения покрьітий является нанесение антикоррозионньїх покритий из нержавеющей хромоникелевой стали в атмосфере остаточного воздуха при рабочих давлениях, при которьіх используются только форвакуум-нье средства откачки. В зтом случаеє возможно создание коммерчески зффективного оборудования для двухстороннего покриітия профилей, проволоки, листов или лентьі при их непрерьівном перемещений через входной и виіходной форвакуумнье шлюзь и через цепочку технологических модулей с производительностью не менее 20 м мкм в час на один технологический модуль.

Заявленноеє устройство позволяєт также наносить злектроизоляционньюе покрьтия из окиси магния с пробивньмм напряжением, превьшающим 300 В, износостойкие опокрьтия из нитрида алюминия с козффициентом прозрачности вьше 85 90 в видимом диапазоне длин волн, а также осуществлять металлизацию пластмасс, в том числе металлизировать медью отверстия диаметром до 04 мм в дизлектрике двухсторонних печатньїх плат и наносить покрьїтия из алюминия в качестве злектромагнитньх зкранов на внутренние поверхности пластмассовьїх корпусов различньїх злектроприборов.

Заявленнье способ и устройство вакуумно-дугового нанесения покрьїтий могут бьіть использован при нанесений ориентирующих слоев и пленок оксидной у-Ва-Си-0 керамики со свойствами вьісокотемпературной сверхпроводимости. При зтом пленки могут формироваться или при последовательном прохождений подложки через три потока плазмь), поступающих из трех параллельно работающих источников потока плазмь, или при направлений трех потоков из трех источников на подложку в одну область пространства.

Устройство может бьіть использовано также и для формирования других многокомпонентньіїх покрьітий с регулируемь!м составом компонент.

Могут также наноситься вьісококачественнье покрьтия при работе с катодами из магнитньїх материалов, например, никеля, а таюке состоящими из легкоокисляємьїх материалов при нанесений покрьтий в виде окислов в среде кислорода. Заявленнье способ и устройство могут бьіть зффективно примененьі! при нанесений покрьітий на изделия, которьне либо изменяют форму, либо состоят из материалов, которье изменяют состав или структуру при нагреве до температур вьше 450 К. Устройство по заявленному техническому решению может бьіть применено для полумения вьісококачественньїх покрьїтий при работе с катодами, материал которьіх имеет температуру плавления как ниже 2000 К, так и превьішающую зту величину.