Способ нанесения покрытий в вакууме

Способ нанесения покрытий в вакууме

Реферат

 

Изобретение относится к технике нанесения покрытий в вакууме и может быть использовано в авиационной и инструментальной промышленности, а также в производствах, требующих высокой адгезионной стойкости изделий. Цель изобретения - повышение качества покрытия. Способ нанесения покрытия на детали газотурбинных двигателей и инструментальные пластины заключается в том, что изделиям сообщают определенную скорость вращения при давлении газового потока 10^-1 Па, с ускоряющим напряжением 1,0 кВ при плотности тока 3 мА/см² и скорости конденсации 20 нм/мин. При этом изделиям дополнительно сообщают вращение вокруг оси, нормальной проекции изделия на плоскость, причем за один оборот диска-держателя изделия изменяют направление вращения кратно числу . Кроме того, при напылении изделия получают дополнительный наклон за счет углового поворота оси вращающегося диска с изделиями перпендикулярно оси осаждающего потока атомов распыляемого материала мишени, что позволяет получать сетчатое покрытие с различными размерами сетки. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике нанесения покрытий в вакууме и может быть использовано в авиационной и инструментальной промышленности, а также в производствах, требующих высокой адгезионной стойкости изделий. Цель изобретения повышение качества покрытия. На фиг.1 изображена схема нанесения (напыления) покрытия на лопатки турбин (поворотный стол может быть настроен на ось потока атомов мишени; элементы катода состоят из различных по активности составов); на фиг.2 поворотный и ориентируемый стол в виде диска-держателя (сетка на лопатки наносится с различным радиусом R; напыление производится в вакуумной камере; поворотный стол имеет вращающийся узел изделия; поток атомов исходит от элементов катода). В обычных условиях осаждение материала покрытия происходит в зависимости от положения изделия относительно парового потока мишени. Зона эффективного напыления кратковременна и повторяемость ее воздействия на обрабатываемое изделие изменяется по синусоидальному закону. По предлагаемому способу на изделиях образуют сетку покрытия за счет реверса движений их относительно осаждаемых атомов мишени. Особенно эффективным напыление может быть в зоне конденсации атомов мишени. В результате возможности двухкоординатного перемещения напыляемых изделий (лопаток турбин или режущих пластин) можно получить запланированный профиль сетки с расположением окна ячейки в виде примерного ромба по касательной его большей диагонали в направлении фактического положения лопатки на турбине, причем размеры малых диагоналей ромба сетки изменяются в соотношении кратности скорости вращения лопатки турбины в сторону увеличения от большого к меньшему рабочего диаметра изделия. Изменение положения оси вращающегося диска в сторону, обращенную перпендикулярно потоку атомов, позволяет получить наиболее эффективное проникновение их в материал напыляемого изделия и обеспечить максимальную сцепляемость с поверхностью подложки. Существенным отличием от известного способа напыления является дополнение двух координат коррекции вращения деталей с реверсом их поворота и возможность изменения скоростей вращения напыляемых деталей с целью получения запланированного рисунка макрометрического слоя поверхности. Кроме того, уменьшение ячейки сетки на участках с большей линейной скоростью движения лопатки турбины и увеличении ее размера на участках с меньшей линейными скоростями приводит к различным плотностям покрытия, что обратно пропорционально распределению температуры на участках лопатки в ее рабочем режиме. Последнее позволяет считать, что создающееся при нанесении покрытия упрочненное поле поверхностного микрометрического слоя благоприятно сказывается на одинаковости теплораспределения в слое покрытия в рабочем режиме изделия. Структура покрытия в виде сетки также повышает прочностные характеристики его относительно покрытия, получаемого традиционным осаждением атомов мишени. Для напыления режущих поверхностей инструментальных пластин используется многокомпонентная мишень, причем наиболее активные вещества в виде атомов осаждаются на поверхность пластин первыми, а менее активные в порядке уменьшения активности. Это позволяет наиболее долгое время атомам высокоактивных металлов притягивать к себе ковалентные связи менее активных металлов из приповерхностного слоя без определенного разрушения границ подложки с покрытием. П р и м е р. Поворотный узел с закрепленной на нем лопаткой турбины имеет возможность вращения и фиксации положения лопатки. Сферическая поверхность основания поворотного столика позволяет установить плоскость лопатки под усредненным углом атаки частиц распыляемого материала мишени, состоящей из многокомпонентных элементов 1-4. Последовательность подключения в работу испаряемых элементов мишени происходит в последовательности убывания их химической активности, так как для обеспечения более высокого периода стойкости нанесенного покрытия, менее активные элементы мишени на изделии последовательно вступают в ковалентные связи между собой, чему дополнительно способствует высокая рабочая температура в рабочем режиме лопатки турбины. Разворот лопатки за счет поворота вращающегося столика позволяет получить сетчатое покрытие. Камера 5 вакуумной установки при давлении 10^-1 Па позволяет разместить восемь лопаток турбин ступени. Каждое изделие поворачивается в двух координатах в зоне активного осаждения компонентов материала катода, причем поворот изделия, в зоне напыления, происходит в различные стороны вокруг его условной оси поворота. Линейная скорость движения лопаток составляет 0,4 с^-1, а скорость V₂ ее вращения вокруг условной оси поворота изделия равна V₂ 1,6 c^-1, где v₁ скорость линейного перемещения лопатки турбины, с^-1; n_н количество напыляемых лопаток; f число периодов изменения вращения изделий лопаток. Параметры процесса: ускоряющее напряжение 1 кВ, плотность тока 3 мА/см², скорость V_т конденсации 20 нм/мин. После достижения толщины напыленного слоя на всех изделиях (лопатках) от элемента 1 мишени катода в работу последовательно включаются катоды 2, 3 и 4. Оптимальным по высоте считается слой напыления 6-7 мкм, а величина многослойного покрытия 24-28 мкм, для температуры рабочего режима лопатки турбины 700-800^оС. Особенность напыления заключается в образовании сетчатого профиля покрытия за счет двухкоординатных перемещений лопаток турбины по кривым второго порядка. Сравнительные стендовые испытания лопаток турбины показали их более высокую надежность в эксплуатации в пределах 35-40% за счет повышения прочности, износостойкости и эффективного теплообмена четырехкомпонентного покрытия.

Формула изобретения

1. СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ преимущественно на детали газотурбинных двигателей и инструментальные пластины, включающий создание рабочего давления 10^-1 Па в камере обработки, вращение обрабатываемых изделий на диске-держателе с угловой скоростью 0,4 с^-1 и конденсацию парового потока на изделия со скоростью 20 нм/мин при ускоряющем напряжении 1,0 кВ и плотности тока 3 мА/см², отличающийся тем, что, с целью повышения качества покрытия, изделия дополнительно вращают вокруг оси, нормальной проекции изделия на плоскость, причем за один оборот диска-держателя изделия изменяют направление вращения кратно числу . 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изделия в процессе конденсации наклоняют перпендикулярно оси парового потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 32-2000

Извещение опубликовано: 20.11.2000