Принцип осуществления вакуумного напыления.

Одним из основных направлений решения проблемы повышения эксплуатационных характеристик материалов и изделий является усовершенствование уже имеющихся и создание новых высокоэффективных способов нанесения качественных покрытий самого различного назначения (износостойких, коррозионностойких, жаропрочных и др.). Основные требования, предъявляемые к покрытию и способу его нанесения, – это высокая прочность сцепления с основой, высокая плотность и заданный состав, возможность осаждения покрытий равномерной толщины, экономичность и технологичность процесса. Достоинствами вакуумных способов нанесения покрытий являются возможность кристаллизации вещества в широком диапазоне регулируемых скоростей осаждения, отсутствие ограничений в смешивании различных материалов в паровой фазе, возможность вводить в металлическую матрицу высокодисперсные частицы упрочняющей фазы с очень равномерным их распределением по объему матрицы, чего нельзя достичь с помощью порошковой металлургии. При наличии ионизированного потока металлического пара и впуске реактивного газа в вакуумную камеру можно получать в зависимости от парциального давления газа упрочненные покрытия из таких тугоплавких соединений, как нитриды, окислы, карбиды и т.д. в результате протекания плазмохимических реакций. Покрытия при вакуумном напылении формируются из потока частиц, находящихся в атомарном, молекулярном или ионизированном состоянии. Этот поток частиц получают распылением материала посредством воздействия на него различными энергетическими источниками. Различают распыление наносимого материала путем термического испарения, взрывного испарения-распыления и ионного распыления твердого материала. Вакуумное напыление проводят в жестких герметичных камерах при давлении 133-10-3...13,3 Па. Благодаря этому обеспечиваются необходимая длина свободного пробега напыляемых частиц и защита материала от взаимодействия с атмосферными газами. В общем случае движущей силой переноса частиц в направлении к поверхности напыления является разность парциальных давлений паровой фазы. Наиболее высокие давления пара, достигающие 133 Па и более, наблюдаются вблизи поверхности распыления (испарения). Это и обусловливает перемещение частиц в направлении напыляемого изделия, где парциальное давление паров минимально. Ионизированные частицы обладают большей энергией, что обеспечивает получение покрытий высокого качества. Способы вакуумного конденсационного напыления классифицируют по различным признакам: · по способам распыления материала и формирования потока распыленных частиц: термическим испарением материала из твердого или расплавленного состояния, взрывным (интенсифицированным) испарениемраспылением; ионным распылением твердого материала и др.; · по энергетическому состоянию напыляемых частиц: напыление нейтральными частицами (атомами, молекулами) с различным их энергетическим состоянием; напыление ионизированными частицами; напыление ионизированными ускоренными частицами. В реальных условиях в потоке присутствуют различные частицы; · по способу взаимодействия напыляемых частиц с остаточными газами камеры: напыление в инертной разреженной среде или в высоком вакууме (133-10-3Па); напыление в активной разреженной среде (13,3-10-4…133-10-4Па).

Процесс вакуумного напыления покрытий включает три стадии: 1)переход конденсированной фазы в газо- или парообразную фазу; 2)формирование потока и перенос напыляемых частиц на поверхность напыления; 3)конденсация паров на поверхности напыления – формирование покрытия.

Преимущества газодинамического напыления при восстановлении

Деталей машин.

· покрытие наносится в воздушной атмосфере при нормальном давлении, при любых значениях температуры и влажности атмосферного воздуха; · при нанесении покрытий оказывается незначительное тепловое воздействие на покрываемое изделие; · технология нанесения покрытий экологически безопасна (отсутствуют высокие температуры, опасные газы и излучения, нет химически агрессивных отходов, требующих специальной нейтрализации); · не всегда требуется подогрев покрываемого изделия; · при отсутствии на подложках пластовой ржавчины или окалины на металлическом изделии не требуется тщательной подготовки поверхности (при воздействии высокоскоростного потока частиц происходит очистка поверхности от технических загрязнений, масел, красок и активация кристаллической решетки материала изделия); · поток напыляемых частиц является узконаправленным и имеет небольшое поперечное сечение, это позволяет, в отличие от традиционных газотермических методов напыления, наносить покрытия на локальные (с четкими границами) участки поверхности изделий; · возможно нанесение многокомпонентных покрытий с переменным содержанием компонентов по толщине.

Газодинамический способ нанесения покрыти отличается тем, что покрытие формируется из частиц, ускоренных сверхзвуковым газовым потоком. Поток газа с частицами проходит через сверхзвуковое сопло, при этом нет необходимости подготавливать напыляемую поверхность, в том числе нагревать ее. Технология нанесения покрытий включает в себя нагрев сжатого газа (воздуха), подачу его в сверхзвуковое сопло и формирование в этом сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в этот поток порошкового материала, ускорение этого материала в сопле сверхзвуковым потоком воздуха и направление его на поверхность обрабатываемого изделия (рис. 4.10, 4.11).

Раздел 5