справочник (550668), страница 31
Текст из файла (страница 31)
ЗЗ.2. Покрытии, получаемые термовакуумпым напылением Термовакуумный метод нанесения покрытий 124, 32] основан иа конденсации на поверхностях деталей пленки металла или химического соединения, переведенного в парообразное состояние нагревом наносимого вещества (от нмревателя сопротивления, электронным лучом, индукционным методом, взрывом проволочки и, наконец, лазерным лучом). Энергия атомов или молекул в образующейся паровой фазе невелика, поэтому для образования качественного покрытия с хорошей адгезией к основе требуется нагревать ее до температур, обеспечивающих прохождение диффузионных процессов на границе покрытие — основа. Термовакуумные методы могут быть реализованы в высоком вакууме.
Проюводительность этих методов может быть достаточно высокой. К их недостаткам стносатся: изотропный разлет наносимых веществ при их испарении (что приводит к высоким непроюводительным потерям напыляемых материалов), невозможность нанесения недостаточно стабильных веществ, трудность нанесения сплавов заданного состава при различной упругости паров компонентов, необходимосп нагрева деталей (подложки) до высоких температур. З.З.Зг Вакуумные поппе-плазмеппые покрытии и модифицированные слои Для образования качественного покрытия при более низких температурах деталей необходимо повысить энергию конденсирующихся на них частиц. При соударении с твердой поверхностью часпщ с достаточно высокой энергией в микрообъемах создаются условия, при которых обеспечивается образование химических связей без объемного каюрова деталей (что лежит в основе всех вакуумных поило-плазменных методов нанесения покрытий).
В образовании покрытия при этих методах участвуют нейтральные и возбужденные частицы (атомы, молекулы н кластеры) с высокой энергией (превышающей в десятки н сотни раз энергию тепловых атомов и молекул) и ионы, энергию которых можно варьировать в широких пределах изменением ускоряющего напряжения. Вакуумные ионно-плазменные процессы нанесениа покрытий характеризуются следующими основными этапами: генерацией атомарного или молекулярного потока вещества, его ионизацией, ускорением, фокусировкой и конденсацией нв поверхности детали или подложки.
Длл генерации потока вещества используют разогрев потоком электронов и различные формы газовых разрядов (тлеющий, дуговой с нерасходуемым термоэмиссионным катодом, дутовой с термоавтоэмисснониым расходуемым катодом) [14, 32, 53]. Применительно к нуждам машиностроения вакуумные ионно-плазменные методы нанесения покрытий и созданиа модифицированных поверхностных слоев можно условно разделип на четыре группы: 1) полно-днффузионные, осуществляемые в тлеющем разряде; 2) катодиое распыление в разряде постоянного тока и в высокочастотном разряде; 3) ионное осаждение; 4) ионное легирование (имплантация). 164 Примером методов первой купцы является ионное аэотиромние [24, 29], которое ваэ можно прн более низких температурах и со значительно большей скоростью (табл.
3.20), чем традиционное (в результате радиационного стимулирования скорость диффузии азота многократно увеличивается). Ионно-диффузионные методы можно также применять для насыщения поверхностных слоев кремнием, углеродом и другими элементами; получения карбонитридных слоев и т. п. Таблица 3.20 Влияние режима иеииеге азетиреваиия иа толщину и тверлеегь изиесестейкеге елея Прн использовании методов второй группы покрытие образуется в результате конденсации главным образом нейтральных частиц, выбиваемых из мишени бомбардировкой ионами инертного газа (аргона, криптона) [24, 53].
Энергия частиц наносимого материала по крайней мере на порядок выше, чем энергия часпщ, образующихся при испарении в термовакуумных методах. Методы позволяют наносить самые тугоплавкие и недостаточно стабильные соединения, нанесение которых термовакуумными мегодвмн невозможно, с сохранением их стехиомстрического соспва. Находят применение системы с автономными ионными источниками. Системы распыления на постоянном токе используют для нанесения покрытий из проводящих электрический ток материалов, системы высокочастотного распыления — для покрытий из диэлектриков. Наиболее полно преимущества методов, основанных нв явлении катодного распыления, реализуются в системах магнегронного распыления [30], в которых разряд осуществляется в скрещенных электрических и магнитных полях.
Благодари этому производпельность магистронных рвспылительных систем одного порядка с производительностью установок, работающих по методу конденсации при ионной бомбардировке (КИБ) с электродуговым испарителем. Преимуществом нх является отсугствие капельной фазы, что позволяет наносить покрытия практически без искажения исходного качества поверхности. При использовании методов третьей ~руины частицы наносимого материала, переведенного тем или иным способом в газообразное или пврообразное состояние, ионизируются и ускоряются в электрическом поле [14, 53].
Адгезил и служебныс характеристики покрытий повышаются при увеличении энергии частиц, задаваемой ускоряющим напряжением. В России применяют методы конденсации при нонной бомбардировке, реакгивного электронно-плазменного напыления и др. В табл. 3.21 приведены сведения еб износостойкости покрытий, нанесенных методом КИБ [20].
Наконец, к методам чствергой группы относится ионное легнрование, или имплантация [19, 24]. Основано оно на том явлении, что при больших энергиях ноны проникают в кристаллическую решетку на большую глубину (легируя таким образом поверхностный слой детали). Этому способствует радиационно-стимулированная диффузия, благодаря которой легирустся слой, тошцинв которого во много раз превышает глубину 1б5 начального проникновения ионов. Механические свойства и износостойкость модифицированных таким способом поверхностных слоев повышаются также в результате искажений кристаллической решетки, возникающих прн «вбивании» в нее ионов легнрующего компонента. Таблица З.21.
Трабетехаачеекае характеристика иекрытай ТПЧ, каиеееааыз аа ставь РбМ5 метедем КИБ, ара тренка ее смазкой М14ВЗ ае разным материалам (линейный контакт) П р а и е ч а а а е. В часлателе — значения для покрьпия в исходном состоянии, в знаменателе— после полирования. Твердость материала коатртела. Ионные методы нанесения покрытий осуществляются с участием как физических (состав наносимого материала не изменяется), твк и химических процессов (образуются новые соединения).
Прн таких методах, именуемых реактивиымн, происходят плазмохимические реакции с ионами рабочего газа нлн специально вводимых в камеру добавок. Таким образом получают покрытиа из самых разнообразных материалов и в самых невероятных комбинациях. Освоено получение чистых металлов, карбидов, нитридов, силицидов, халькогенндов, оксидов н т.
п. Можно осаждать покрытия сложного состава (например, оксикарбиды), многослойные или переменного по толщине состава. Разработаны методы нанесения алмазоподобных пленок с очень высокой твердостью [17). Образование покрытий при использовании реактивных (плазмохимических) процессов происходит в неравновесных условиях.
Благодаря зтому в тонких слоях могут возникать химические соединениа, по составу, структуре и свойствам сильно отлнчаюшиесв от наблюдаемых для объемных материалов (получаемых в условиях, близких к равновесным). Ряд разработанных методов ионного нанесения покрытий уже находит применение в промышленности. Успешно используется ионное азотирование. Стойкость неперегачнваемого инструмента нз быстрорежущих сталей и твердых сплавов, а также штампового инструмента и оснастки повышается в несколько раз прн ионном реактивном нанесении тонких слоев (до 1О мкм) некоторых тугоплавких веществ (карбидов, ннтрндов, оксидов, оксикарбидов). Высокими антифрикцнонными свойствамн обладают покрытия из Мобз без связующего, наносимые с помощью катодиого распыления 110, 531 1бб 3.3.4.
Газотермичеекпе покрытии Часть газотермических методов — газопламенных и злектродутовой мсталлизацни — хорошо извсспв н достаточно широко применяется. Плазменное и дстонационное нанесение покрыпй являезся одним из наиболее перспективных направлений порошковой металлургии. Сопротивление износу и коррозии депшей из обычных конструкгшонных материалов может быть многократно увеличено при незначительном расходе порошковых материалов. При плазменном нанесении покрытий [6, 26, 311 материал плавится и распыляется струей луговой ннзкотемпературной плазмы, состоящей нз электронов, положительных ионов и нейтральных атомов.
Ионизированный поток газа характеризуется высокими температурами (5 000-10000 'С) и относительно невысокими скоростями (до 250-600 м/с). В качестве рабочего газа чаще всего применяют аргон. Поскольку струя плазмы захватывает воздух, напыление активных по отношению к кислороду материалов осуществляют в камерах, предварительно заполненных инертным газом. Получили развитие и другие методы нанесения покрытий, например в «динамическом» вакууме. Плазменные покрытия имеют сложную арочную структуру. Пористость покрытий колеблется в пределах 2-! 5 %.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
