WO2021215953A1 - Способ ионно-плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов - Google Patents

Способ ионно-плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов Download PDF

Info

Publication number
WO2021215953A1
WO2021215953A1 PCT/RU2020/000204 RU2020000204W WO2021215953A1 WO 2021215953 A1 WO2021215953 A1 WO 2021215953A1 RU 2020000204 W RU2020000204 W RU 2020000204W WO 2021215953 A1 WO2021215953 A1 WO 2021215953A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coating
products
articles
ion
magnetrons
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000204
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владислав Константинович ОРЛОВ
Александр Олегович ТИТОВ
Михаил Юрьевич КОРНИЕНКО
Николай Николаевич КРАСНОБАЕВ
Александр Александрович МАСЛОВ
Владимир Владимирович НОВИКОВ
Денис Сергеевич САЕНКО
Original Assignee
Акционерное Общество "Твэл"
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 Акционерное Общество "Твэл" filed Critical Акционерное Общество "Твэл"
Priority to CN202080039272.6A priority Critical patent/CN113906154B/zh
Priority to EP20932662.8A priority patent/EP3960896B1/en
Priority to PCT/RU2020/000204 priority patent/WO2021215953A1/ru
Priority to FIEP20932662.8T priority patent/FI3960896T3/fi
Priority to HUE20932662A priority patent/HUE065388T2/hu
Priority to US17/614,471 priority patent/US20230032964A1/en
Publication of WO2021215953A1 publication Critical patent/WO2021215953A1/ru
Priority to ZA2021/09640A priority patent/ZA202109640B/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/352—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/06—Alloys based on chromium
    • 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
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/021—Cleaning or etching treatments
    • C23C14/022—Cleaning or etching treatments by means of bombardment with energetic particles or radiation
    • 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
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3435—Applying energy to the substrate during sputtering
    • C23C14/345—Applying energy to the substrate during sputtering using substrate bias
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/354—Introduction of auxiliary energy into the plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/46—Sputtering by ion beam produced by an external ion source
    • 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
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/541—Heating or cooling of the substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32403—Treating multiple sides of workpieces, e.g. 3D workpieces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32733—Means for moving the material to be treated
    • H01J37/32752—Means for moving the material to be treated for moving the material across the discharge
    • H01J37/32761—Continuous moving
    • H01J37/32779—Continuous moving of batches of workpieces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • H01J37/3408—Planar magnetron sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3414—Targets
    • H01J37/3417—Arrangements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to methods for forming various coatings by ion-plasma magnetron sputtering, in which materials in the atomic or ionic form from the vapor phase are deposited on the surface of the substrate under the influence of an electric discharge.
  • the invention can be used in electronic, electrical, nuclear, optical and other industries.
  • the method of magnetron ion-plasma sputtering is one of the most efficient processes for the deposition of thin coatings. This method makes it possible, at relatively low cost, to obtain a variety of homogeneous films that have strong adhesion to the substrate and are associated with it at the molecular level. This technology is now widely used in research and development to create a new generation of corrosion-resistant, more durable products.
  • the disadvantage is that when applying coatings of a complex composition, including materials with very different spraying coefficients, the known method and installation for its implementation do not allow for high productivity of the process when applying coatings of relatively large thickness. This is due to the difficulty of providing in the known process a high discharge power density (above 40 W / cm) of the magnetron due to a decrease in the plasma concentration near the cathode with an unbalanced magnetic field.
  • the known method can not always be effectively used when applying coatings of complex composition and relatively large thickness.
  • it is not possible to ensure sufficient surface activation, since in this case, it is necessary to bombard the surface with an independent ion beam or apply a high-frequency alternating potential to the substrate.
  • the disadvantages of this method are: the impossibility of achieving uniform heating of products along the entire length, which can lead to damage to the coating; high temperatures of the process, which lead to overheating of products and adversely affect the quality of the resulting film coating.
  • the problem to be solved by the present invention is to develop a method for applying corrosion-resistant film coatings on long thin-walled articles made of zirconium alloys and to increase the efficiency of the film coating process.
  • the technical result consists in obtaining corrosion-resistant film coatings of uniform thickness on the outer surface of articles made of zirconium alloys and improving the quality of the applied coatings due to uniform heating of the entire surface of the articles, as well as increasing productivity by increasing the power density of the discharge of magnetrons.
  • the technical result is achieved in the method of ion-plasma deposition of corrosion-resistant film coatings on products made of zirconium alloys, which includes the installation of products in a planetary carousel mechanism, their heating, ion etching and activation of the surface of products using water-cooled unbalanced magnetrons, additional activation of the surface of products using an ion source generating gas ions at an accelerating voltage of up to 5000 V, when applying a bias voltage to the products, applying a coating using the simultaneous use of unbalanced magnetrons and balanced magnetrons with a residual magnetic field induction of 0.03 T is up to 0.1 T, and the coating is carried out on the products installed vertically in the planetary carousel mechanism, and they are heated during the coating process to a temperature of 150 ° - 600 ° C, while the heaters are placed along the entire length of the products.
  • the discharge power density of each unbalanced magnetron is 5 to 80 W / cm.
  • the discharge power density of each balanced magnetron is between 40 and 600 W / cm.
  • Chromium plating is carried out.
  • Coating is carried out from a chromium alloy containing Cr: 0 - 75%, A1: 0 - 2.1%, Fe: 0 - 22%, Ni: 0 - 2.5%.
  • the vertical arrangement of products in the planetary carousel mechanism during coating allows obtaining a high-quality coating by eliminating deformation (curvature) of the products, as well as damage (cracking, peeling from the product) of the coating.
  • Heating to a temperature of 150 ° - 600 ° C during the coating process allows obtaining a high-quality coating by providing the necessary thermal effect on the product and the formed coating, which excludes their damage during the application process.
  • heaters along the entire length of the products allows them to be heated more evenly, which in turn improves the quality of the applied coating (coating adhesion, uniform thickness over the outer surface of the product, high density), and increases its corrosion resistance. If the coating process is carried out at tempera! When the heating of products is below 150 ° C, then the efficiency of coating and the strength of their adhesive adhesion to the product decreases.
  • the coating process is carried out at a heating temperature of products above 600 ° C, then overheating of products and damage to products and the formed coating is possible, and this also leads to additional energy consumption.
  • the coating process is carried out at a discharge power density of each unbalanced magnetron of more than 80 W / cm, then this leads to overheating of products and damage to products and coatings.
  • FIG. 1 - a structural diagram of a vacuum installation is shown, where 1, 2 are unbalanced magnetrons with sputtered water-cooled targets; 3 - vacuum chamber; 4 - planetary carousel mechanism, 5 - products from zirconium alloys; 6, 7 - balanced magnetrons; 8 - equipment for fastening products; 9 - ion source, 10 - sputtered target.
  • Figure 2 shows the layout of the heaters, where 1 is a rotary-type planetary mechanism; 5 - products from zirconium alloys; 11 - heaters.
  • FIG. 3 shows a comparative diagram of the change in weight gain versus the time of testing in a superheated vapor of samples from a zirconium alloy without coating and with a coating applied by the ion-plasma method
  • FIG. 4 is a photograph of a microstructure in a cross-section of a transverse fracture of a product made of zirconium alloy, where 12 is a chromium coating layer, 5 is a product made of zirconium alloy;
  • the method of ion-plasma deposition of corrosion-resistant film coatings on products made of zirconium alloys consists in the fact that products 5, which are seamless cold-rolled pipes made of E110 zirconium alloy with an outer diameter of 6 to 15 mm, length up to 5 m, are fixed in the positions of rotation of the planetary carousel mechanism 4, the vacuum chamber 3 is pumped out to a pressure of (4-5) x10 Pa, the rotation of the planetary carousel mechanism 4 is switched on, and the articles 5 are heated with the help of the heater 11 to a temperature of 150-600 ° C.
  • ion etching and activation of the surface of products using water-cooled unbalanced magnetrons 1, 2 additional activation of the surface of products using an ion source 9, generating gas ions, at an accelerating voltage of up to 5000 V are used.
  • 5 alloys with argon ions are carried out at a discharge current of 6-10 A and a bias voltage of 100-200 V on products 5.
  • targets 10 are sputtered by the ion-plasma method using the simultaneous use of unbalanced magnetrons 1,2 and balanced magnetrons
  • a chromium coating is applied to products made of zirconium alloys 5, which are seamless cold-rolled pipes from an E110 zirconium alloy with a surface as delivered with an outer diameter of 9.1 and 9.5 mm, length up to 4 m.
  • Chromium targets 10 are used in the magnetron sputtering system. First, products made of zirconium alloys 5 are fixed in the positions of rotation of the planetary carousel 4, the vacuum chamber 3 is pumped out to a pressure of 4x10 3 Pa, the rotation of the planetary carousel 4 is switched on, and the products 5 are heated with a heater 11 to a temperature of 250 ° C.
  • ion etching and activation of the product surface using water-cooled unbalanced magnetrons 1, 2 are used, additional activation of the product surface using an ion source 9 generating gas ions at an accelerating voltage of 3000 V, activation of the product surface 5 argon ions are carried out at a discharge current in the range of 1.5 A and a bias voltage of 100 V on products 5.
  • the target 10 of chromium is sputtered by the ion-plasma method using the simultaneous use of unbalanced magnetrons 1,2 and balanced magnetrons 6,7 with a residual magnetic field induction of about 0.05 T using a complex based on a vacuum installation (Fig. 1).
  • the coating 12 of chromium with a thickness of 7 and 15 microns is applied for 2 and 4 hours, respectively, at an operating pressure of 2X10 1 Pa.
  • products 5 are cooled in a vacuum chamber 3 at a residual pressure of 4x10 3 Pa for 1.5-2 hours, and then air is puffed into the vacuum chamber 3, after which the products 5 are removed from the vacuum chamber 3 and inspected for absence defects.
  • the structure and morphology of the corrosion-resistant chromium coating 12 was investigated by scanning electron microscopy in cross-sections of the transverse fracture of the chromium coating on an article made of zirconium alloy 5 (Fig. 4).
  • the plane of the fracture is fairly flat and uniform. There are no pores, discontinuities or delamination.
  • the coating is uniform in thickness, with a coating thickness of 8.748 ⁇ m.
  • the chromium coating layer adheres tightly to the E 110 alloy substrate.
  • Comparative corrosion studies of samples made of alloy E110 by the method of ion-plasma coating are carried out with the following parameters: medium - steam, pressure - atmospheric, test type - bilateral oxidation, test temperature - 1000-1200 ° C, steam consumption - 25-90 g / h ( ⁇ 1.5-5.5 mg / cm / s), the heating rate is about 50 °, the cooling rate is at least 20 ° per second, the sample length is 30 mm, the test duration is 4000 s.
  • Fig. 3 shows a comparative diagram of the change in the weight gain of samples from the time of testing in a superheated vapor of samples from a zirconium alloy without coating and with a chromium-based coating applied by the ion-plasma method.
  • the weight gain of samples is a characteristic of the corrosion properties of coatings under conditions simulating a beyond design basis loss of coolant accident (LOCA).
  • LOCA design basis loss of coolant accident
  • the research data indicate that the characteristics of the chromium coating provide high corrosion resistance of products from zirconium alloys in superheated steam.
  • a chromium alloy coating is applied to products made of zirconium alloys 5, which are seamless cold-rolled pipes from an E110 zirconium alloy with a surface as delivered with an outer diameter of 9, 1 and 9.5 mm, length up to 4 m.
  • targets 10 are used made of a chromium alloy containing Cr: 0 - 75%, A1: 0 - 2.1%, Fe: 0 - 22%, Ni: 0 - 2.5%.
  • the products 5 are fixed in the positions of rotation of the planetary carousel 4, the vacuum chamber 3 is pumped out to a pressure of 4x10 3 Pa, the rotation of the planetary carousel 4 is switched on, and the products 5 are heated with a heater 11 to a temperature of 150 ° C.
  • a heater 11 For additional cleaning of the surface of products made of zirconium splices use ion etching and activation of the surface of products using water-cooled unbalanced magnetrons 1,2, additional activation of the surface of products using an ion source 9 generating gas ions at an accelerating voltage of 2000 V, activation of the surface of products 5 with argon ions is carried out at a discharge current in the interval 1, 2 A and a bias voltage of 150 V on products 5.
  • the target 10 of chromium alloy is sputtered by the ion-plasma method using the simultaneous use of unbalanced magnetrons 1,2 and balanced magnetrons 6,7 with a residual magnetic field induction of about 0.05 T using a complex based on a vacuum installation (Fig. 1).
  • a chromium alloy coating with a thickness of 7 and 15 microns is applied for 2.5 and 4.5 hours, respectively, at an operating pressure of 2 ⁇ 10 1 Pa.
  • products from zirconium alloys 5 are cooled in a vacuum chamber 3 at a residual pressure of 4x10 Pa for 1.5-2 hours, and then air is puffed into the vacuum chamber 3, after which the products 5 are removed from the vacuum chamber 3 and inspected for the absence of defects.
  • the fracture structure of a corrosion-resistant coating made of a chromium-based alloy containing Cr: 0 - 75%, A1: 0 - 2.1%, Fe: 0 - 22%, Ni: 0 - 2.5% in the cross section of the coating on a zirconium product alloy 5 is smooth, homogeneous. There are no pores or detachments.
  • the coating is uniform in thickness, the thickness of the coating is 8.5 microns, it adheres tightly to the E110 alloy substrate.
  • Corrosion studies are carried out with the following parameters: medium - steam, pressure - atmospheric, test type - bilateral oxidation, test temperature - 1000-1200 ° C, steam consumption - 25-90 g / h ( ⁇ 1.5-5.5 mg / cm2 / s), heating rate about 50 °, the cooling rate is not less than 20 ° per second, the sample length - 30 mm, test duration - 4000.
  • the weight gain from the time of testing in a superheated vapor of samples from a zirconium alloy without a coating and with a coating of a chromium-based alloy applied by the ion-plasma method is 24 mg / dm3 and 11 mg / dm after 30 days, respectively, and ZOMg / dm3 and 14 mg / dm after 60 days, respectively.
  • Sample gain is a measure of the corrosion properties of coatings under conditions simulating a beyond design basis loss of coolant accident (LOCA).
  • the research data indicate that the characteristics of the chromium-based alloy coating provide high corrosion resistance of zirconium alloy products in superheated steam.
  • the proposed invention makes it possible to obtain corrosion-resistant film coatings of uniform thickness on the outer surface of articles made of zirconium alloys, to improve the quality of the applied coatings due to uniform heating of the entire surface of the articles, and also to increase the productivity of the coating process by increasing the power density of the discharge of magnetrons.

Landscapes

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

Abstract

Способ ионно - плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов включает установку изделий в планетарном карусельном механизме, нагрев изделий, ионное травление и активацию поверхности изделий с помощью водоохлаждаемых несбалансированных магнетронов. Дополнительно активируют поверхность изделий с помощью ионного источника, генерирующего ионы газов, при ускоряющем напряжении до 5000 В при подаче напряжения смещения на изделия. Наносят покрытие с помощью одновременного использования несбалансированных и сбалансированных магнетронов при остаточной индукции магнитного поля от 0,03 Тл до 0, 1 Тл. Нанесение покрытия осуществляют на изделия из циркониевых сплавов, установленные вертикально в планетарном карусельном механизме. Изделия нагревают в процессе нанесения покрытия до температуры 150 - 600°С, при этом нагреватели размещают по всей длине изделий. Обеспечивается получение коррозионностойких пленочных покрытий равномерной толщины по наружной поверхности изделий из циркониевых сплавов, повышение качества наносимых покрытий и повышение производительности за счет увеличения плотности мощности разряда магнетронов.

Description

Способ ионно - плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ Изобретение относится к способам формирования различных покрытий методом ионно-плазменного магнетронного распыления, при которых материалы в атомарном или ионном виде из паровой фазы осаждают на поверхности подложки под воздействием электрического разряда. Изобретение может быть использовано в электронной, электротехнической, атомной, оптической и других отраслях промышленности.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Метод магнетронного ионно-плазменного распыления является одним из наиболее эффективных процессов нанесения тонких покрытий. Этот метод позволяет при относительно невысоких затратах получить разнообразные однородные пленки, имеющие прочное сцепление с подложкой и связанные с ней на молекулярном уровне. В настоящее время эта технология широко применяется для научных исследований и промышленных разработок для создания нового поколения коррозионностойких, более долговечных изделий.
Известен способ ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленок с использованием закрытого магнитного поля и устройство для его осуществления, которое создано фирмой Teer Coatings LTD (Patent US Ns 5556519, опубл. 1996 г.). Этот способ основан на использовании магнетронов, выполненных в виде наружного и внутреннего полюсов, которые ориентированы в противоположных направлениях, по крайней мере, один из магнетронов является несбалансированным, соседние магнетроны установлены преимущественно с противоположной полярностью наружных полюсов так, что зона осаждения, в которой размещена подложка, окружена преимущественно замкнутыми лини ми магнитного поля, сформированного наружными полюсами соседних магнетронов, при этом подложка электрически смещена и сформирована как катод с целью притяжения ионов с положительным зарядом.
Недостатком является то, что при нанесении покрытий сложного состава, включающих материалы с сильно различающимися коэффициентами распыления, известный способ и установка для его реализации не позволяют обеспечить высокую производительность процесса при нанесении покрытий относительно большой толщины. Это объясняется сложностью обеспечения в известном процессе высокой л плотности мощности разряда (выше 40 Вт/см ) магнетрона из-за снижения концентрации плазмы вблизи катода с разбалансированным магнитным полем.
При относительно невысоких удельных мощностях разряда возникают описанные выше технологические ограничения, которые снижают функциональные возможности технологии по изготовлению изделий различного назначения. Поэтому известный способ не всегда может быть эффективно использован при нанесении покрытий сложного состава и относительно большой толщины. В известной установке не удается обеспечить достаточную активацию поверхности, т.к. в этом случае необходима бомбардировка поверхности независимым ионным пучком или подача на подложку высокочастотного переменного потенциала.
Наиболее близким является способ (патент RU 2379378, МПК С23С 14/35, опубл. 2010 г.), в соответствии с которым для нанесения покрытия проводят следующие операции: подготовку несбалансированных магнетронов с гомогенными мишенями, подготовку сбалансированных магнетронов, установку изделий в планетарном карусельном механизме, подготовку установки к работе, ионное травление и активацию изделий с помощью несбалансированных магнетронов при плотности мощности разряда от 5 до 40 Вт/см , дополнительную активацию изделий с помощью ионного источника, генерирующего ионы газов, например аргона, при ускоряющем напряжении до 5000 В, нагрев изделий с помощью нагревателя до температуры от 250 до 1200°С, нанесение основного слоя покрытия с помощью одновременного использования несбалансированных магнетронов при плотности мощности разряда от 5 до 40 Вт/см и сбалансированных магнетронов при плотности мощности разряда от 40 до 500 Вт/см и остаточной индукции магнитного поля от 0,03 Тл до 0,1 Тл.
Недостатками данного способа являются: невозможность достижения равномерного прогрева изделий по всей длине, что может приводить к повреждению покрытия; высокие температуры осуществления процесса, которые приводят к перегреву изделий и отрицательно сказываются на качестве получаемого пленочного покрытия.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на длинномерные тонкостенные изделия из циркониевых сплавов и повышение эффективности процесса нанесения пленочных покрытий.
Технический результат заключается в получении коррозионностойких пленочных покрытий равномерной толщины по наружной поверхности изделий из циркониевых сплавов и повышении качества наносимых покрытий за счет равномерного нагрева всей поверхности изделий, а также повышении производительности за счет увеличения плотности мощности разряда магнетронов.
Технический результат достигается в способе ионно - плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов, который включает в себя установку изделий в планетарном карусельном механизме, их нагрев, ионное травление и активацию поверхности изделий с помощью водоохлаждаемых несбалансированных магнетронов, дополнительную активацию поверхности изделий с помощью ионного источника, генерирующего ионы газов, при ускоряющем напряжении до 5000 В, при подаче напряжения смещения на изделия, нанесение покрытия с помощью одновременного использования несбалансированных магнетронов и сбалансированных магнетронов при остаточной индукции магнитного поля от 0,03 Тл до 0,1 Тл, причем нанесение покрытия проводят на изделия, установленные вертикально в планетарном карусельном механизме, и нагревают их в процессе нанесения покрытия до температуры 150° - 600°С, при этом нагреватели размещают по всей длине изделий.
Плотность мощности разряда каждого несбалансированного магнетрона составляет от 5 до 80 Вт/см .
Плотность мощности разряда каждого сбалансированного магнетрона составляет от 40 до 600 Вт/см .
Проводят нанесение покрытия из хрома.
Проводят нанесение покрытия из сплава хрома, содержащего Сг: 0 - 75%, А1: 0 - 2,1%, Fe: 0 - 22%, Ni: 0 - 2,5%.
Вертикальное расположение изделий в планетарном карусельном механизме при нанесении покрытия позволяет получать качественное покрытие за счет исключения деформирования (искривления) изделий, а также повреждения (растрескивания, отслаивания от изделия) покрытия.
Нагрев до температуры 150° - 600°С в процессе нанесения покрытия позволяет получать качественное покрытие за счет обеспечения необходимого теплового воздействия на изделие и формируемое покрытие, что исключает их повреждение в процессе нанесения.
Размещение нагревателей по всей длине изделий позволяет осуществить их более равномерный нагрев, что в свою очередь повышает качество наносимого покрытия (адгезию покрытия, равномерную толщину по наружной поверхности изделия, высокую плотность), и повышает его коррозионную стойкость. Если процесс нанесения покрытий осуществляется при темпера! у ре нагрева изделий ниже 150°С, то понижается эффективность нанесения покрытий и сила их адгезионного сцепления с изделием.
Если процесс нанесения покрытий осуществляется при температуре нагрева изделий выше 600°С, то возможен перегрев изделий и повреждение изделий и формируемого покрытия, а также это приводит к дополнительным энергозатратам.
Если процесс нанесения покрытий осуществляется при плотности мощности разряда каждого несбалансированного магнетрона менее 5 Вт/см , то это приводит к снижению эффективности нанесения покрытий и ухудшению их качества (равномерной толщины по наружной поверхности изделия и ухудшению адгезии покрытия).
Если процесс нанесения покрытий осуществляется при плотности мощности разряда каждого несбалансированного магнетрона более 80 Вт/см , то это приводит к перегреву изделий и повреждению изделий и покрытия.
Если процесс нанесения покрытий осуществляется при плотности мощности разряда каждого сбалансированного магнетрона менее 40
Вт/см , то это приводит к снижению эффективности нанесения покрытий и ухудшению их качества (однородности, равномерности по толщине и понижению силы адгезионного сцепления).
Если процесс нанесения покрытий осуществляется при плотности мощности разряда каждого сбалансированного магнетрона более 600
Вт/см , то это приводит к перегреву изделий и повреждению изделий и покрытия.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими фигурами:
На фиг. 1 - показана конструктивная схема вакуумной установки, где 1, 2 - несбалансированные магнетроны с распыляемыми водоохлаждаемыми мишенями; 3 - вакуумная камера; 4 - планетарный механизм карусельного типа, 5 - изделия из циркониевых сплавов; 6, 7 - сбалансированные магнетроны; 8 - оснастка для крепления изделий; 9 - ионный источник, 10 - распыляемая мишень.
На фиг.2 - показана схема размещения нагревателей, где 1 - планетарный механизм поворотного типа; 5 - изделия из циркониевых сплавов; 11 - нагреватели.
На фиг. 3 - показана сравнительная диаграмма изменения привеса от времени испытания в перегретом паре образцов из циркониевого сплава без покрытия и с покрытием, нанесенным ионно-плазменным методом;
На фиг. 4 - фотография микроструктуры в сечении поперечного излома изделия из циркониевого сплава, где 12- слой покрытия из хрома, 5-изделия из циркониевого сплава;
Способ ионно - плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов заключается в том, что изделия 5, которые представляют собой трубы бесшовные холоднокатаные из сплава циркония Э110 наружным диаметром от 6 до 15 мм, длина до 5 м, закрепляют в позициях вращения планетарного карусельного механизма 4, вакуумную камеру 3 откачивают до давления (4- 5)х10 Па, включают вращение планетарного карусельного механизма 4 и проводят нагрев изделий 5 с помощью нагревателя 11 до температуры 150 - 600°С. Для дополнительной очистки поверхности изделий из циркониевых сплавов используют ионное травление и активацию поверхности изделий с помощью водоохлаждаемых несбалансированных магнетронов 1, 2, дополнительную активацию поверхности изделий с помощью ионного источника 9, генерирующего ионы газов, при ускоряющем напряжении до 5000 В, Активацию поверхности изделий из циркониевых сплавов 5 ионами аргона проводят при токе разряда 6-10 А и напряжении смещения 100 - 200 В на изделиях 5. Затем проводят распыление мишеней 10 ионно- плазменным методом с помощью одновременного использования несбалансированных магнетронов 1,2 и сбалансированных магнетронов
6,7, в которых применяются мишени из хрома или его сплавов с Сг: 0 - 75%, Al: 0 - 2,1%, Fe: 0 - 22%, Ni: 0 - 2,5%, при остаточной индукции магнитного поля от 0,03 Тл до 0,1 Тл с использованием комплекса на базе вакуумной установки (фиг.1). Покрытие 12 (фиг. 4) из хрома или его сплавов толщиной 5 - 25 мкм наносят в течение 2-5 часов при рабочем давлении (1- 3)xl0_1 Па. Затем изделия из циркониевых сплавов 5 охлаждают вместе с вакуумной камерой 3, проводят напуск в вакуумную камеру 3 воздуха, после чего изделия 5 извлекают из вакуумной камеры 3.
Используют следующие режимы нанесения покрытия на основе хрома или его сплавов: предварительный вакуум <103 Па; рабочий вакуум Р= 0,01- 0,05 Па; напряжение старта U = 600-800 В; рабочее напряжение U = 350- 700В; плотность мощности разряда 5-600 Вт/см .
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1.
В частном варианте наносят покрытие из хрома на изделия из циркониевых сплавов 5, представляющие собой трубы бесшовные холоднокатаные из сплава циркония Э110 с поверхностью в состоянии поставки наружным диаметром 9,1 и 9,5 мм, длина до 4 м.
В магнетронной распылительной системе применяют мишени 10 из хрома. Сначала изделия из циркониевых сплавов 5 закрепляют в позициях вращения планетарного карусельного механизма 4, вакуумную камеру 3 откачивают до давления 4x103 Па, включают вращение планетарного карусельного механизма 4 и проводят нагрев изделий 5 с помощью нагревателя 11 до температуры 250°С. Для дополнительной очистки поверхности изделий используют ионное травление и активапию поверхности изделий с помощью водоохлаждаемых несбалансированных магнетронов 1,2, дополнительную активацию поверхности изделий с помощью ионного источника 9, генерирующего ионы газов, при ускоряющем напряжении 3000 В, активацию поверхности изделий 5 ионами аргона проводят при токе разряда в интервале 1,5 А и напряжении смещения 100 В на изделиях 5.
Затем проводят распыление мишени 10 из хрома ионно-плазменным методом с помощью одновременного использования несбалансированных магнетронов 1,2 и сбалансированных магнетронов 6,7 при остаточной индукции магнитного поля около 0,05 Тл с использованием комплекса на базе вакуумной установки (фиг.1). Покрытие 12 из хрома толщиной 7 и 15 мкм наносят в течение 2 и 4 часов, соответственно, при рабочем давлении 2Х101 Па.
После чего проводят охлаждение изделий 5 в вакуумной камере 3 при остаточном давлении 4х103 Па в течение 1,5-2 часов, а затем проводят напуск в вакуумную камеру 3 воздуха, после чего изделия 5 извлекают из вакуумной камеры 3 и проводят их осмотр на отсутствие дефектов.
Структуру и морфологию коррозионностойкого покрытия 12 из хрома исследовали методом сканирующей электронной микроскопии в сечениях поперечного излома покрытия из хрома на изделии из циркониевого сплава 5 (Фиг. 4). Плоскость излома довольно ровная, однородная. Поры, несплошности и отслоения отсутствуют. Покрытие равномерно по толщине, толщина покрытия составляет 8,748 мкм. Слой покрытия из хрома плотно прилегает к подложке из сплава Э 110.
Для проверки коррозионных характеристик покрытий проведаны сравнительные высокотемпературные коррозионные испытания образцов с покрытием из хрома и без покрытия.
Сравнительные коррозионные исследования образцов, изготовленных из сплава Э110 методом ионно-плазменного нанесения покрытий, проводят при параметрах: среда - пар, давление - атмосферное, тип испытаний - двустороннее окисление, температура испытаний - 1000-1200°С, расход пара - 25-90 г/ч (~ 1,5-5, 5 мг/см /с), скорость нагрева около 50°, скорость охлаждения не менее 20° в секунду, длина образца - 30 мм, продолжительность испытаний - 4000 с. На фиг.З показана сравнительная диаграмма изменения привеса образцов от времени испытания в перегретом паре образцов из циркониевого сплава без покрытия и с покрытием на основе хрома, нанесенным ионно- плазменным методом. Привес образцов является характеристикой коррозионных свойств покрытий в условиях, имитирующих запроектную аварию с потерей теплоносителя (LOCA).
При окислении в паре исходного образца из сплава Э110 без покрытия после 770°С наблюдается образование отслаивающейся оксидной пленки.
Окисление образцов из сплава Э110 с нанесенным покрытием на основе хрома проходило с более низкой скоростью по сравнению с исходным образцом из сплава Э110.
Сравнительные высокотемпературные испытания в паре 1000-1200°С показали, что скорость окисления образцов с покрытием из хрома в 5 раз ниже, чем образцов без покрытия в исходном состоянии.
Данные исследования свидетельствуют о том, что характеристики покрытия из хрома обеспечивают высокую коррозионную стойкость изделий из циркониевых сплавов в перегретом паре.
Пример 2.
В другом частном варианте наносят покрытие из сплава хрома на изделия из циркониевых сплавов 5, представляющие собой трубы бесшовные холоднокатаные из сплава циркония Э110 с поверхностью в состоянии поставки наружным диаметром 9, 1 и 9,5 мм, длина до 4 м.
В магнетронной распылительной системе применяют мишени 10 из сплава хрома, содержащего Сг: 0 - 75%, А1: 0 - 2,1%, Fe: 0 - 22%, Ni: 0 - 2,5%.
Сначала изделия 5 закрепляют в позициях вращения планетарного карусельного механизма 4, вакуумную камеру 3 откачивают до давления 4x103 Па, включают вращение планетарного карусельного механизма 4 и проводят нагрев изделий 5 с помощью нагревателя 11 до температуры 150°С. Для дополнительной очистки поверхности изделий из циркониевых сплггов используют ионное травление и активацию поверхности изделий с помощью водоохлаждаемых несбалансированных магнетронов 1,2, дополнительную активацию поверхности изделий с помощью ионного источника 9, генерирующего ионы газов, при ускоряющем напряжении 2000 В, активацию поверхности изделий 5 ионами аргона проводят при токе разряда в интервале 1,2 А и напряжении смещения 150 В на изделиях 5.
Затем проводят распыление мишени 10 из сплава хрома ионно- плазменным методом с помощью одновременного использования несбалансированных магнетронов 1,2 и сбалансированных магнетронов 6,7 при остаточной индукции магнитного поля около 0,05 Тл с использованием комплекса на базе вакуумной установки (фиг.1). Покрытие из сплава хрома толщиной 7 и 15 мкм наносят в течение 2,5 и 4,5 часов, соответственно, при рабочем давлении 2х 10 1 Па.
После чего проводят охлаждение изделий из циркониевых сплавов 5 в вакуумной камере 3 при остаточном давлении 4x10 Па в течение 1,5-2 часов, а затем проводят напуск в вакуумную камеру 3 воздуха, после чего изделия 5 извлекают из вакуумной камеры 3 и проводят их осмотр на отсутствие дефектов.
Структура излома коррозионностойкого покрытия из сплава на основе хрома, содержащего Сг: 0 - 75%, А1: 0 - 2,1%, Fe: 0 - 22%, Ni: 0 - 2,5% в поперечном сечении покрытия на изделии из циркониевого сплава 5 ровная, однородная. Поры и отслоения отсутствуют. Покрытие равномерно по толщине, толщина покрытия составляет 8,5 мкм, плотно прилегает к подложке из сплава Э110.
Для проверки коррозионных характеристик покрытия проведены сравнительные высокотемпературные коррозионные испытания образце^ с покрытием из сплава на основе хрома и без покрытия.
Коррозионные исследования проводят при параметрах: среда - пар, давление - атмосферное, тип испытаний - двустороннее окисление, температура испытаний - 1000-1200°С, расход пара - 25-90 г/ч (~ 1,5-5, 5 мг/см2/с), скорость нагрева около 50°, скорость охлаждения не менее 20° в секунду, длина образца - 30 мм, продолжительность испытаний - 4000 с.
Привес от времени испытания в перегретом паре образцов из циркониевого сплава без покрытия и с покрытием из сплава на основе хрома, нанесенным ионно-плазменным методом составляет 24 мг/дм и 11 мг/дм после 30 дней, соответственно и ЗОмг/дм и 14 мг/дм после 60 дней, соответственно. Привес образцов является характеристикой коррозионных свойств покрытий в условиях, имитирующих запроектную аварию с потерей теплоносителя (LOCA).
При окислении в паре исходного образца из сплава Э110 без покрытия после 770°С наблюдается образование отслаивающейся оксидной пленки.
Окисление образцов из сплава Э110 с нанесенным покрытием из сплава на основе хрома проходило с более низкой скоростью по сравнению с исходным образцом из сплава Э 110.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Сравнительные высокотемпературные испытания в паре 1000-1200°С показали, что скорость окисления образцов с покрытием из сплава на основе хрома в 5 раза ниже, чем образцов без покрытия в исходном состоянии.
Данные исследования свидетельствуют о том, что характеристики покрытия из сплава на основе хрома обеспечивают высокую коррозионную стойкость изделий из циркониевых сплавов в перегретом паре.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получать коррозионностойкие пленочные покрытия равномерной толщины по наружной поверхности изделий из циркониевых сплавов, повысить качество наносимых покрытий за счет равномерного нагрева всей поверхности изделий, а также повысить производительность процесса нанесения покрытий за счет увеличения плотности мощности разряда магнетронов.

Claims

Формула изобретения
1. Способ ионно - плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов включает установку изделий в планетарном карусельном механизме, нагрев изделий, ионное травление и активацию поверхности изделий с помощью водоохлаждаемых несбалансированных магнетронов, дополнительную активацию их поверхности с помощью ионного источника, генерирующего ионы газов, при ускоряющем напряжении до 5000 В, при подаче напряжения смещения на изделия, нанесение покрытия с помощью одновременного использования несбалансированных магнетронов и сбалансированных магнетронов при остаточной индукции магнитного поля от 0,03 Тл до 0,1 Тл, отличающийся тем, что нанесение покрытия проводят на изделия, установленные вертикально в планетарном карусельном механизме, и нагревают их в процессе нанесения покрытия до температуры 150° - 600°С, при этом нагреватели размещают по всей длине изделий.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плотность мощности разряда каждого несбалансированного магнетрона составляет от 5 до 80 вт/см2.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плотность мощности разряда каждого сбалансированного магнетрона составляет от 40 до 600 вт/см2.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят нанесение покрытия из хрома.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят нанесение покрытия из сплава хрома, содержащего Сг:0 - 75%, А1:0 - 2,1%, Fe:0 - 22%, Ni:0 - 2,5%.
PCT/RU2020/000204 2020-04-20 2020-04-20 Способ ионно-плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов WO2021215953A1 (ru)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202080039272.6A CN113906154B (zh) 2020-04-20 2020-04-20 锆合金产品上溅射耐锈蚀薄膜保护层的离子等离子体方法
EP20932662.8A EP3960896B1 (en) 2020-04-20 2020-04-20 Method of ion-plasma application of corrosion-resistant film coatings on articles made from zirconium alloys
PCT/RU2020/000204 WO2021215953A1 (ru) 2020-04-20 2020-04-20 Способ ионно-плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов
FIEP20932662.8T FI3960896T3 (fi) 2020-04-20 2020-04-20 Ioni-plasmaruiskutusmenetelmä, jolla korroosionkestävät kalvopinnoitteet ruiskutetaan zirkoniumseoksesta tehdyille tuotteille
HUE20932662A HUE065388T2 (hu) 2020-04-20 2020-04-20 Eljárás ionplazma alkalmazására korrózióálló filmbevonatoknak cirkónium ötvözetekbõl készült tárgyakra való felviteléhez
US17/614,471 US20230032964A1 (en) 2020-04-20 2020-04-20 Method of ion-plasma application of corrosion-resistant film coatings on articles made from zirconium alloys
ZA2021/09640A ZA202109640B (en) 2020-04-20 2021-11-26 Method of ion-plasma application of corrosion-resistant film coatings on articles made from zirconium alloys

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2020/000204 WO2021215953A1 (ru) 2020-04-20 2020-04-20 Способ ионно-плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021215953A1 true WO2021215953A1 (ru) 2021-10-28

Family

ID=78269709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000204 WO2021215953A1 (ru) 2020-04-20 2020-04-20 Способ ионно-плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230032964A1 (ru)
EP (1) EP3960896B1 (ru)
CN (1) CN113906154B (ru)
FI (1) FI3960896T3 (ru)
HU (1) HUE065388T2 (ru)
WO (1) WO2021215953A1 (ru)
ZA (1) ZA202109640B (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114134456A (zh) * 2021-11-04 2022-03-04 苏州热工研究院有限公司 锆合金包壳Cr涂层磁控溅射制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5556519A (en) 1990-03-17 1996-09-17 Teer; Dennis G. Magnetron sputter ion plating
RU2199607C2 (ru) * 2000-07-07 2003-02-27 Государственное унитарное дочернее предприятие "Свердловский филиал научно-исследовательского и конструкторского института электротехники" Способ обработки циркониевых сплавов
RU2379378C2 (ru) 2006-07-26 2010-01-20 Дмитрий Давидович Спиваков Способ ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленочных покрытий и установка для его осуществления
RU2465372C1 (ru) * 2011-05-12 2012-10-27 Билал Аругович Билалов Устройство для получения тонких пленок нитридных соединений
CN203065570U (zh) * 2013-03-04 2013-07-17 电子科技大学 一种直列多靶磁控溅射镀膜装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3503398A1 (de) * 1985-02-01 1986-08-07 W.C. Heraeus Gmbh, 6450 Hanau Sputteranlage zum reaktiven beschichten eines substrates mit hartstoffen
CZ281073B6 (cs) * 1993-09-03 1996-06-12 Fyzikální ústav AVČR Způsob rozprašování materiálu katody
ES2378327T3 (es) * 2006-07-26 2012-04-11 Naco Technologies, Sia Procedimiento para la aplicación mediante plasma iónico de revestimientos de película y dispositivo para llevar a cabo el procedimiento
FR2905707B1 (fr) * 2006-09-08 2009-01-23 Centre Nat Rech Scient Procede pour deposer sur un substrat une couche mince d'alliage metallique et alliage metallique sous forme de couche mince.
JP5448232B2 (ja) * 2008-04-28 2014-03-19 コムコン・アーゲー 物体を前処理及びコーテイングするための装置及び方法
CN201400714Y (zh) * 2009-05-06 2010-02-10 佛山市华南精密制造技术研究开发院 一种多功能镀膜设备
CN103998643B (zh) * 2011-12-15 2016-12-07 科学与工业研究委员会 具有高热稳定性的改进的太阳能选择性涂层及其制备方法
CN103212729B (zh) * 2013-04-17 2016-04-13 重庆市硅酸盐研究所 一种具有CrAlTiN超晶格涂层的数控刀具及其制备方法
FR3025929B1 (fr) * 2014-09-17 2016-10-21 Commissariat Energie Atomique Gaines de combustible nucleaire, procedes de fabrication et utilisation contre l'oxydation.
KR102452148B1 (ko) * 2016-10-03 2022-10-06 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨 핵 연료 봉에 대한 사고-내성 이중 코팅
CN108486537B (zh) * 2018-03-09 2020-05-12 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种用于锆合金的非晶防护涂层及其制备方法和应用
CN108315706A (zh) * 2018-04-02 2018-07-24 上海应用技术大学 一种对刀具进行pvd涂层的真空镀膜装置
CN109852943B (zh) * 2019-03-15 2020-06-09 成都理工大学 核用锆合金表面CrN涂层的制备方法及产品

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5556519A (en) 1990-03-17 1996-09-17 Teer; Dennis G. Magnetron sputter ion plating
RU2199607C2 (ru) * 2000-07-07 2003-02-27 Государственное унитарное дочернее предприятие "Свердловский филиал научно-исследовательского и конструкторского института электротехники" Способ обработки циркониевых сплавов
RU2379378C2 (ru) 2006-07-26 2010-01-20 Дмитрий Давидович Спиваков Способ ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленочных покрытий и установка для его осуществления
RU2465372C1 (ru) * 2011-05-12 2012-10-27 Билал Аругович Билалов Устройство для получения тонких пленок нитридных соединений
CN203065570U (zh) * 2013-03-04 2013-07-17 电子科技大学 一种直列多靶磁控溅射镀膜装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3960896A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114134456A (zh) * 2021-11-04 2022-03-04 苏州热工研究院有限公司 锆合金包壳Cr涂层磁控溅射制备方法
CN114134456B (zh) * 2021-11-04 2023-12-22 苏州热工研究院有限公司 锆合金包壳Cr涂层磁控溅射制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
FI3960896T3 (fi) 2024-02-20
US20230032964A1 (en) 2023-02-02
CN113906154A (zh) 2022-01-07
CN113906154B (zh) 2024-02-20
EP3960896A1 (en) 2022-03-02
EP3960896B1 (en) 2023-12-06
EP3960896A4 (en) 2023-01-11
HUE065388T2 (hu) 2024-05-28
ZA202109640B (en) 2022-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109943824B (zh) 一种高硬度导电的碳基薄膜的制备方法
CN108796454A (zh) 一种核反应堆用锆包壳表面金属涂层pvd制备工艺
CN103114267B (zh) 一种钢基体表面氧化铝涂层的制备方法
WO2021215953A1 (ru) Способ ионно-плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов
CN114351110B (zh) 一种强化处理的类金刚石薄膜及其制备方法
CN100395371C (zh) 微波等离子体增强弧辉渗镀涂层的装置及工艺
KR20130074647A (ko) 도금강판 및 이의 제조방법
RU2816323C1 (ru) Способ ионно-плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов
CN115029669B (zh) 一种采用液态金属高功率脉冲磁控溅射提高沉积效率的方法
EA043273B1 (ru) Способ ионно-плазменного нанесения коррозионностойких пленочных покрытий на изделия из циркониевых сплавов
CN113278931A (zh) 复合材料表面磁控溅射镀层增厚方法
CN104451569A (zh) 一种离子注入提高大尺寸磁控溅射膜质量的方法
Beilis et al. Metallic film deposition using a vacuum arc plasma source with a refractory anode
WO2008013469A1 (fr) Procédé d&#39;application à plasma d&#39;ions de revêtements de film à composants multiples et installation correspondante
KR101695590B1 (ko) 티타늄금속기판 위에 다이아몬드 코팅층이 형성된 수처리용 구조재 및 그 제조 방법
RU2566232C1 (ru) Способ комбинированной ионно-плазменной обработки изделий из алюминиевых сплавов
KR20130074646A (ko) 도금 강판 및 이의 제조방법
CN110512208A (zh) 一种在钛合金表面制备强附着力钼层的方法
Burton et al. Progress with Nb HiPIMS films on 1.3 GHz Cu cavities
CN210358580U (zh) 一种带有镜面硬质涂层的镶嵌式气缸套筒挤出模具
EP0365687A1 (en) Steel sheet having dense ceramic coating with excellent adhesion,smoothness and corrosion resistance and process for its production
KR20130074648A (ko) 도금 강판 및 이의 제조방법
JPS62211373A (ja) スパツタリング装置
JP2000064027A (ja) 画像表示装置用金属隔壁およびその製造方法
CN105695946A (zh) 透光基板的镀膜方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20932662

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020932662

Country of ref document: EP

Effective date: 20211126

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 521430980

Country of ref document: SA