RU2037563C1

RU2037563C1 - Method for application of coatings

Info

Publication number: RU2037563C1
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Мартынов; Алексей Петрович Белокуров; Оксана Михайловна Мартынова
Original assignee: Михаил Иванович Мартынов; Алексей Петрович Белокуров; Оксана Михайловна Мартынова
Priority date: 1992-05-22
Filing date: 1992-05-22
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: manufacture of products with high wear resistance. SUBSTANCE: product is treated preliminarily with ion beam of inert substance in vacuum, then, at least, once, the treated surface is coated with layer of metal or ceramics by bombardment of the respective target with ion beam, on which layer of ceramics or metal is applied by bombardment of the respective target with ion beam. In so doing all stages of the process are carried out without impairing vacuum conditions at constant residual pressure in process volume of vacuum chamber. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к производству товаров народного потребления и может быть использовано при производстве посуды, а также других изделий, где требуется улучшенная отделка, защита от агрессивных сред, повышенных температур и повышенная износостойкость. The invention relates to the production of consumer goods and can be used in the manufacture of tableware, as well as other products that require improved finish, protection from aggressive environments, elevated temperatures and increased wear resistance.

Известны способы покрытия изделий, в том числе и посуды, заключающиеся в нанесении на поверхности изделий эмалей различного цвета [1] Однако эти процессы не обладают достаточной экологической чистотой из-за необходимости использования токсичных растворителей. Known methods for coating products, including utensils, which consist in applying enamels of various colors on the surface of products [1] However, these processes do not have sufficient environmental cleanliness due to the need to use toxic solvents.

Известен способ нанесения покрытий из нитрида титана [2] Он заключается в распылении титана в атмосфере азота и осаждении полученного соединения на поверхность изделия в вакууме. A known method of coating of titanium nitride [2] It consists in spraying titanium in a nitrogen atmosphere and depositing the resulting compound on the surface of the product in vacuum.

Однако этот способ позволяет получать покрытия только одного цвета (как правило желтого) и требует для получения покрытия высокого качества достаточно сложных и трудоемких подготовительных работ. Способ не позволяет получать многослойные покрытия и, в частности, напылять на поверхность диэлектрические материалы. However, this method allows to obtain coatings of only one color (usually yellow) and requires sufficiently complex and labor-intensive preparatory work to obtain a high-quality coating. The method does not allow to obtain multilayer coatings and, in particular, to spray on the surface of dielectric materials.

Целью изобретения является расширение цветовой гаммы покрытий и создание оригинальных цветовых эффектов. Вместе с тем предлагаемое покрытие защищает от агрессивных сред, повышенных температур и повышает износостойкость изделий. The aim of the invention is the expansion of the color gamut of coatings and the creation of original color effects. However, the proposed coating protects against aggressive environments, elevated temperatures and increases the wear resistance of products.

Для достижения цели наносимый материал распыляют и осаждают на поверхность изделия в вакууме. Отличие способа состоит в том, что поверхность изделия предварительно обрабатывают ионным пучком инертного вещества, затем по крайней мере один раз наносят на обрабатываемую поверхность, бомбардируя соответствующую мишень ионным пучком, слой металла или керамики, на который наносят, бомбардируя соответствующую мишень ионным пучком, слой соответственно керамики или металла, причем все стадии процесса проводят, не ухудшая вакуумных условий. Вакуумные условия выбирают не хуже 3^.10^-5 мм рт.ст.To achieve the goal, the applied material is sprayed and deposited on the surface of the product in vacuum. The difference of the method is that the surface of the product is pre-treated with an ion beam of an inert substance, then at least once applied to the surface to be treated by bombarding the corresponding target with an ion beam, a layer of metal or ceramic, on which is applied, bombarding the corresponding target with an ion beam, the layer, respectively ceramics or metal, and all stages of the process are carried out without compromising the vacuum conditions. Vacuum conditions are chosen no worse than 3 ^. 10 ^-5 mmHg

Нанесенный на изделие тонкий слой керамики практически прозрачен при любом ее составе, а окраска поверхностей изделия носит интерференционный характер и определяется толщиной покрытия, спектральным составом падающего света и углом, под которым рассматривается данная поверхность. A thin layer of ceramic applied to the product is practically transparent with any composition, and the color of the product’s surfaces is interference in nature and is determined by the thickness of the coating, the spectral composition of the incident light and the angle at which this surface is viewed.

Предварительная обработки поверхностей изделия ионным пучком обеспечивает их очистку не только от следов пыли, влаги и других загрязнений, а также удаляет с поверхностей адсорбированные газы, обеспечивая атомно чистые поверхности и весьма прочное сцепление покрытия с подложкой, а проведение всех стадий процесса без ухудшения вакуумных условий обеспечивает прочное сцепление каждого последующего слоя покрытия с предыдущим. Preliminary treatment of the product’s surfaces with an ion beam ensures their cleaning not only from traces of dust, moisture and other contaminants, but also removes adsorbed gases from the surfaces, providing atomically clean surfaces and very strong adhesion of the coating to the substrate, and carrying out all stages of the process without deteriorating vacuum conditions ensures strong adhesion of each subsequent coating layer with the previous one.

Для обеспечения максимального отражения света на границе керамики с изделием и увеличения яркости интерференционной окраски на поверхность изделия предварительно наносят слой металла. При ухудшении вакуумных условий структура покрытия, его стойкость, художественные качества также ухудшаются. To ensure maximum light reflection at the border of the ceramic with the product and increase the brightness of the interference coloring, a metal layer is preliminarily applied to the surface of the product. With the deterioration of vacuum conditions, the structure of the coating, its durability, artistic qualities also deteriorate.

На чертеже представлена конструктивная схема устройства для реализации предлагаемого способа. The drawing shows a structural diagram of a device for implementing the proposed method.

Устройство содержит источник 1 ионов, металлическую мишень 2, керамическую мишень 3 и изделие 4. Ионный источник 1 создает пучок 5 ионов, который направляют сначала на изделие 4 и производят его очистку. Затем ионный пучок 5 последовательно направляют на металлическую мишень 2 и керамическую 3. При этом образуются потоки распыленных атомов металла 6 и распыленных молекул керамики 7, которые последовательно осаждаются на изделии 4, образуя слои металла и керамики. The device contains an ion source 1, a metal target 2, a ceramic target 3, and an article 4. The ion source 1 creates an ion beam 5 that is first directed to the article 4 and is cleaned. Then the ion beam 5 is sequentially directed to the metal target 2 and ceramic 3. In this case, flows of atomized metal atoms 6 and atomized ceramic molecules 7 are formed, which are sequentially deposited on the product 4, forming metal and ceramic layers.

П р и м е р 1. Пучок ионов Кr с энергией 2 кВ и средней плотностью тока 5 мА/см² направляли на фарфоровое изделие в течение 5 мин. Затем ионный пучок направляли на металлическую мишень, выполненную из листового никеля. Энергию ионов повышали до 5 кВ, а среднюю плотность тока до 20 мА/см². Через 2 мин ионный пучок с этими же параметрами направляли на керамическую мишень, выполненную из спеченной окиси алюминия.PRI me R 1. A beam of Kr ions with an energy of 2 kV and an average current density of 5 mA / cm ^{2 was} sent to a porcelain product for 5 minutes Then the ion beam was directed onto a metal target made of nickel sheet. The ion energy was increased to 5 kV, and the average current density to 20 mA / cm ² . After 2 min, an ion beam with the same parameters was directed to a ceramic target made of sintered alumina.

Через 15 мин после начала распыления керамики появлялась интерференционная окраска изделия, которая плавно изменялась с ростом толщины керамической пленки от пурпурного до голубого оттенка, после чего чередование цветов в окраске повторялось, однако цвета становились менее насыщенными. Все стадии процесса проводили в вакууме не хуже 3^.10^-5 мм рт.ст.15 minutes after the start of the spraying of the ceramics, the interference coloring of the product appeared, which gradually changed with increasing thickness of the ceramic film from magenta to blue, after which the alternation of colors in the color was repeated, but the colors became less saturated. All stages of the process were carried out in vacuum no worse than 3 ^. 10 ^-5 mmHg

Так как любое изделие содержит, как правило, не плоские, а выпуклые и вогнутые поверхности, то толщина керамической пленки, а следовательно, и окраска различных частей изделия оказывается различной, зависящей к тому же от угла, под которым рассматривают изделие. Since any product contains, as a rule, not flat, but convex and concave surfaces, the thickness of the ceramic film, and therefore the color of various parts of the product, is different, depending also on the angle at which the product is viewed.

П р и м е р 2. Пучок ионов Аr с энергией 3 кВ и средней плотностью тока 10 мА/см² направляли на керамическое изделие (очистка), а затем пучок с теми же параметрами направляли на медную мишень. Через 5 мин пучок направляли на мишень из окиси алюминия. Энергию пучка поднимали до 6 кВ, а плотность тока до 30 мА/см². Через 20 мин изделие приобрело окраску, в которой преобладали золотистые и розовые тона.Example 2. A beam of Ar ions with an energy of 3 kV and an average current density of 10 mA / cm ^{2 was} directed to a ceramic product (cleaning), and then a beam with the same parameters was directed to a copper target. After 5 minutes, the beam was directed onto an alumina target. The beam energy was raised to 6 kV, and the current density was up to 30 mA / cm ² . After 20 minutes, the product acquired a color in which golden and pink tones prevailed.

П р и м е р 3. Пучок ионов Аr с энергией 0,7 кВ и плотностью тока 2 мА/см² направляли на изделие из полиамидной пластмассы в течение 3 мин, а затем на латунную мишень. Через 2 мин пучок направляли на керамическую мишень, энергию пучка поднимали до 2,5 кВ, а плотность тока до 5 мА/см². Окраска изделия золотисто-зеленоватая.EXAMPLE 3. A beam of Ar ions with an energy of 0.7 kV and a current density of 2 mA / cm ^{2 was} directed to a product made of polyamide plastic for 3 minutes, and then to a brass target. After 2 min, the beam was directed to a ceramic target, the beam energy was raised to 2.5 kV, and the current density was up to 5 mA / cm ² . The color of the product is golden green.

В пределах указанных параметров поверхность изделия можно покрыть, предварительно нанеся тонкий (0,05-3 мкм) слой металла, практически любого, различного рода керамическими материалами, толщина слоя керамики при этом составляет 0,1-10 мкм, а материалом может быть как окись алюминия, так и окислы других металлов, например кремния, циркония, а также карбиды, нитриды и комбинации из этих веществ. Within the specified parameters, the surface of the product can be covered by first applying a thin (0.05-3 μm) layer of metal of almost any kind of ceramic materials, the thickness of the ceramic layer is 0.1-10 μm, and the material can be like oxide aluminum, and oxides of other metals, such as silicon, zirconium, as well as carbides, nitrides and combinations of these substances.

П р и м е р 4. Пучок ионов Кr с энергией 4 кВ и плотностью тока 10 мА/см² направляли на полированную пластину из нержавеющей стали (12Х18Н10Т) в течение 10 мин, затем энергию пучка поднимали до 8 кВ, плотность тока до 15 мА/см² и направляли ионный пучок на мишень из окиси алюминия в течение 4 ч, после чего направляли на мишень из никеля в течение 5 мин. Полученный таким образом конденсатор сохранял работоспособность при нагреве до красного каления (примерно 700^оС). (При необходимости получения многослойного покрытия следующие слои получают при тех же параметрах процессов).Example 4. A beam of Kr ions with an energy of 4 kV and a current density of 10 mA / cm ^{2 was} directed to a polished stainless steel plate (12X18H10T) for 10 min, then the beam energy was raised to 8 kV, the current density to 15 mA / cm ² and the ion beam was directed to a target of alumina for 4 hours, after which it was directed to a target of nickel for 5 minutes. The thus obtained capacitor remains operational when heated to red heat (approximately 700 ^C). (If it is necessary to obtain a multilayer coating, the following layers are obtained with the same process parameters).

Использование предлагаемого способа обработки изделий позволяет расширить возможности их декоративного оформления, не применяя экологически недостаточно чистых процессов, а также защитить изделия от неблагоприятного воздействия внешней среды. Using the proposed method for processing products allows you to expand the possibilities of their decorative design without applying environmentally insufficiently clean processes, as well as protect the product from the adverse effects of the external environment.

Claims

METHOD OF APPLICATION OF COATING, including vacuum spraying of the material and its deposition on the product surface, characterized in that the surface of the product is cleaned and activated by a stream of inert gas ions, while cleaning, activation and deposition are maintained maintaining a constant residual pressure in the technological volume of the vacuum chamber, and the atomized material is deposited until a multilayer coating is obtained by sequential spraying of targets made of at least one metal and one of the core Amics, moreover, a ceramic target is sprayed for at least 15 minutes upon receipt of a separate layer.