RU2691166C1 - Method of applying protective coatings and device for its implementation - Google Patents
Method of applying protective coatings and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691166C1 RU2691166C1 RU2018130493A RU2018130493A RU2691166C1 RU 2691166 C1 RU2691166 C1 RU 2691166C1 RU 2018130493 A RU2018130493 A RU 2018130493A RU 2018130493 A RU2018130493 A RU 2018130493A RU 2691166 C1 RU2691166 C1 RU 2691166C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- products
- compartment
- vacuum chamber
- magnetron sputtering
- processed
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 19
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 claims description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010410 dusting Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 80
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 12
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 9
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 9
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 4
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 argon ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нанесения защитных покрытий и может найти применение для получения керамического слоя теплозащитных покрытий (ТЗП) на изделия авиационной техники типа газотурбинных двигателей (ГТД), преимущественно на рабочих и сопловых лопатках турбин ГТД из жаропрочных литейных сплавов.The invention relates to the field of applying protective coatings and can be used to obtain a ceramic layer of heat-shielding coatings (HRP) on products of aviation technology such as gas turbine engines (GTE), mainly on workers and nozzle vanes of GTE turbines from heat-resistant cast alloys.
В промышленности широко известен способ нанесения покрытий путем магнетронного распыления материала покрытия и устройство для его осуществления. Устройство содержит вакуумную камеру, вращающееся устройство для размещения изделий, две или более прямоугольные магнетронные распылительные системы (МРС), снаряженные прямоугольными металлическими мишенями, импульсные источники электропитания МРС и напряжения смещения на изделиях, снабженные системами дугогашения и синхронизации работы, систему напуска и контроля давления рабочих газов (патент РФ №2379378, опубл. 20.01.2010 г.). Недостатком данного устройства и метода является его применимость в основном для нанесения тонких пленок на электронные устройства и низкая производительность при нанесении на изделия авиационной техники.The industry is widely known method of coating by magnetron sputtering of the coating material and a device for its implementation. The device contains a vacuum chamber, a rotating device for positioning products, two or more rectangular magnetron sputtering systems (MRS) equipped with rectangular metal targets, pulsed power sources of MRS and bias voltage on products equipped with arc suppression and synchronization systems, inlet system and workers pressure monitoring gases (RF patent No. 2379378, publ. 01/20/2010). The disadvantage of this device and method is its applicability mainly for the deposition of thin films on electronic devices and low productivity when applied to aircraft products.
Аналогом предлагаемого способа нанесения керамического слоя теплозащитного покрытия - способ нанесения керамического покрытия на изделия из жаропрочных никелевых сплавов по патенту РФ №2409701, опубл. 20.01.2011 г., включающий обработку поверхности изделия, помещенного в вакуумированную и наполненную смесью аргона и кислорода камеру распыления, потоком ускоренных ионов инертного газа, совмещенную с нагревом изделия до температуры 500-1000°С, совмещая его с обработкой поверхности изделия пучком ускоренных ионов инертного газа, на второй стадии осуществляют обработку поверхности изделия пучком ускоренных ионов инертного газа, совмещенную с магнетронным распылением мишени, а после формирования керамического покрытия проводят термообработку изделия. Перед формированием керамического покрытия на поверхность изделия предпочтительно наносят слой жаростойкого никелевого сплава, содержащего алюминий, хром и редкоземельный металл.The analogue of the proposed method of applying a ceramic layer of heat-shielding coating is a method of applying a ceramic coating on products made of heat-resistant nickel alloys according to the patent of Russian Federation №2409701, publ. 01/20/2011, including the treatment of the surface of a product placed in a sputtering chamber evacuated and filled with a mixture of argon and oxygen with a stream of accelerated inert gas ions combined with heating the product to a temperature of 500–1000 ° C, combining it with a surface treatment of the product with an accelerated ion beam inert gas, in the second stage, the surface of the product is processed with a beam of accelerated ions of inert gas combined with the magnetron sputtering of the target, and after the formation of the ceramic coating, heat treatment is carried out products. Before forming a ceramic coating, a layer of a heat-resistant nickel alloy containing aluminum, chromium and rare earth metal is preferably applied to the surface of the product.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является установка вакуумного вакуумного напыления Caroline D 12 В1, описанная в статье «Нанесение толстых диэлектрических покрытий в вакууме. Технология и оборудование. Часть II» в журнале Электроника: НТБ, 2009, №3, с. 70-75 авторов Е. Берлин, Л. Сейдман. Установка Caroline D 12 В1 состоит из вакуумного блока - вакуумная камера, система откачки, газовая система, барабан для крепления изделий - и стойки питания и управления. В стойке питания и управления установкой сосредоточены блоки питания всех ее систем и управляющий компьютер, а также блок оборотного водоснабжения. Система Caroline D 12 В1 оснащена восемью магнетронными источниками напыления. Магнетроны расположены попарно друг против друга. Барабан для крепления изделий позволяет перемещать и вращать изделия вокруг своей оси. Установка Caroline D 12 В1 имеет четыре среднечастотных импульсных блока питания магнетронов мощностью 18 кВт каждый для обеспечения максимальной производительности установки (скорость нанесения покрытия на вращающийся барабан в зависимости от напыляемых металлов составляет 10-30 мкм/ч). В установке применены унифицированные импульсные СЧ ИП типа ELB-48/1000, содержащие один или два инвертора и ключ-генератор паузы для магнетронов. Источники питания - инверторы представляют собой унифицированные устройства с однотипными для всех инверторов панелями автономного управления и интерфейсами, средствами самодиагностики и формирования сигналов тревожной сигнализации.The closest analogue of the proposed device is the installation of vacuum vacuum deposition of Caroline D 12 V1, described in the article "The application of thick dielectric coatings in vacuum. Technology and equipment. Part II "in the journal Electronics: NTB, 2009, No. 3, p. 70-75 authors E. Berlin, L. Seidman. The Caroline D 12 V1 installation consists of a vacuum unit — a vacuum chamber, a pumping system, a gas system, a drum for fastening products — and a power and control rack. In the power supply and control unit of the installation are concentrated power supply units of all its systems and the control computer, as well as the water recycling unit. The Caroline D 12 V1 system is equipped with eight magnetron sputtering sources. Magnetrons are arranged in pairs against each other. The drum for fastening products allows you to move and rotate products around its axis. The Caroline D 12 V1 installation has four mid-frequency pulsed power supply units of 18 kW magnetrons for maximum installation performance (coating speed on a rotating drum, depending on the deposited metals, is 10-30 microns / hour) The unit uses unified pulsed MF SP type ELB-48/1000, containing one or two inverters and a key-generator pause for magnetrons. Power supplies - inverters are unified devices with autonomous control panels and interfaces of the same type for all inverters, means of self-diagnostics and generation of alarm signals.
Приведенные выше способ и устройство обеспечивают покрытие изделий типа рабочих и сопловых лопаток турбин, однако не позволяют получать керамический слой ТЗП с высокой равномерностью по толщине и обеспечить непрерывность процесса при нанесении большой партии изделий с высокой производительностью, из-за того что при использовании единой вакуумной камеры необходимо полностью завершать процесс нанесения для загрузки новой партии изделий. Также при использовании единой вакуумной камеры изделия всегда располагаются в зоне с работающими магнетронными источниками, что приводит к невозможности одновременной подготовки изделий (ионной очистки и нагрева) и стабилизации магнетронных источников и очистки полуфабрикатов.The above method and device provide coating products such as turbine blades and turbine blades, however, do not allow to obtain a ceramic HRC layer with high uniformity in thickness and to ensure the continuity of the process when applying a large batch of products with high performance, due to the fact that when using a single vacuum chamber it is necessary to complete the application process completely to load a new batch of products Also, when using a single vacuum chamber, the products are always located in the zone with operating magnetron sources, which makes it impossible to simultaneously prepare products (ion cleaning and heating) and stabilize magnetron sources and cleaning semi-finished products.
Технической задачей данного изобретения является повышение технологических возможностей и эффективности процесса нанесения керамического слоя теплозащитных покрытий.The technical objective of this invention is to improve the technological capabilities and efficiency of the process of applying a ceramic layer of heat-shielding coatings.
Техническим результатом предложенного изобретения является возможность нанесения на изделия типа рабочих и сопловых лопаток турбин керамического слоя ТЗП с высокой равномерностью по толщине с отклонение ±20% и повышение производительности процесса нанесения.The technical result of the proposed invention is the possibility of applying on products such as working and nozzle blades of turbines a ceramic layer of HRC with high uniformity in thickness with a deviation of ± 20% and an increase in the performance of the deposition process.
Для достижения технического результата предлагается устройство для нанесения покрытий методом магнетронного распыления, содержащее вакуумную камеру с оппозитными планарными магнетронными источниками распыления, механизм вращения и перемещения обрабатываемых изделий, систему подачи газов, систему нагрева и ионной очистки, систему откачки, систему оборотного водоохлаждения и систему электропитания с управляющим компьютером, причем вакуумная камера разделена затворами на отсек загрузки, по меньшей мере один отсек напыления и отсек выгрузки, причем отсек загрузки содержит систему нагрева, систему подачи инертного газа, систему ионной очистки обрабатываемых изделий и механизм вращения и перемещения изделий с оснасткой для крепления изделий, в отсеке напыления размещена по меньшей мере одна пара оппозитных планарных магнетронных источников распыления и система подачи инертного и реактивного газа, причем механизм вращения и перемещения изделий обеспечивает перемещение обрабатываемых изделий по упомянутым отсекам.To achieve the technical result, a device for applying coatings by magnetron sputtering is proposed, containing a vacuum chamber with opposed planar magnetron sputtering sources, a mechanism for rotating and moving the processed products, a gas supply system, a heating and ion cleaning system, an evacuation system, a circulating water-cooling system and a power supply system with control computer, and the vacuum chamber is divided by gates into the loading compartment, at least one spraying compartment and the compartment in The loading compartment contains a heating system, an inert gas supply system, an ion cleaning system for the products to be processed, and a mechanism for rotating and moving products with accessories for fixing products; there are at least one pair of opposed planar magnetron sputtering sources in the spraying compartment and reactive gas, and the mechanism of rotation and movement of products ensures the movement of the processed products in the said compartments.
Предпочтительно, отсек напыления с магнетронными источниками распыления, содержит две или три пары оппозитных планарных магнетронных источников распыления, расположенных симметрично относительно оси вращения обрабатываемых изделий.Preferably, the sputtering compartment with magnetron sputtering sources contains two or three pairs of opposed planar magnetron sputtering sources located symmetrically with respect to the axis of rotation of the processed products.
Предпочтительно каждый из отсеков вакуумной камеры снабжен автономной системой откачки.Preferably, each of the compartments of the vacuum chamber is provided with an autonomous pumping system.
Технический результат также достигается с помощью способа нанесения защитного покрытия с использованием устройства по упомянутому выше устройству, включающий размещение обрабатываемых изделий на оснастке и установку ее на механизме вращения и перемещения изделий, откачку воздуха из вакуумной камеры, ионную очистку и нагрев изделий, последовательный напуск инертного газа, а затем кислорода, магнетронное распыление полуфабриката из сплава на основе циркония или гафния с образованием керамического слоя и термообработку изделия, причем изделия размещаются на оснастке по обе стороны от оси вращения, закрепленной на механизме вращения и перемещения изделий и изделия перемещаются в отсек напыления, а затем подается кислород после стабилизации параметров магнетронного источника распыления, причем покрытие наносят на обрабатываемое изделие по следующим параметрам напряжения и расхода кислорода: напряжение разряда - 450-550 В, расход кислорода - 5-8 л/ч.The technical result is also achieved using a method of applying a protective coating using the device according to the above-mentioned device, including placing the processed products on the equipment and installing it on the mechanism of rotation and movement of products, pumping air from the vacuum chamber, ion cleaning and heating products, sequential inert gas and then oxygen, magnetron sputtering of a semi-finished product from an alloy based on zirconium or hafnium with the formation of a ceramic layer and heat treatment of the product, products are placed on the equipment on both sides of the axis of rotation, mounted on the mechanism of rotation and movement of products and products are moved to the deposition compartment, and then oxygen is supplied after stabilization of the parameters of the magnetron sputtering source, and the coating is applied to the processed product according to the following parameters of oxygen and oxygen consumption: discharge voltage - 450-550 V, oxygen consumption - 5-8 l / h.
Предпочтительно, на изделие наносится покрытие переменной толщины при вращении оснастки относительно поверхности распыляемых мишеней.Preferably, a variable thickness coating is applied to the product when the tool rotates relative to the surface of the sprayed targets.
Заявляемый технический результат достигается за счет использования в устройстве вакуумной камеры, разделенной на отсеки затворами, для того чтобы обеспечить автономную и параллельную работу каждого из отсеков и возможность последовательного нанесения нескольких партий изделий. Для повышения производительности процесса каждый отсек может иметь собственную вакуумную систему. Отсек напыления имеет по меньшей мере две зоны напыления с по меньшей мере одной парой оппозитных планарных магнетронных источников распыления, что обеспечивает нанесение керамического слоя с высокой равномерностью по толщине. При необходимости, возможно увеличение количество отсеков напыления для одновременной обработки большего количества изделий. Разделение на отсеки позволяет также проводить одновременно нагрев и ионную очистку изделий в отсеке загрузки и подачу кислорода, стабилизацию магнетронных источников и очистку полуфабрикатов в отсеке напыления до перевода изделий в зону напыления, и, следовательно, повышается производительность процесса напыления.The claimed technical result is achieved due to the use of a vacuum chamber in the device, divided into compartments by valves, in order to ensure the autonomous and parallel operation of each of the compartments and the possibility of consistently applying several batches of products. To improve the performance of the process, each compartment can have its own vacuum system. The sputtering compartment has at least two sputtering zones with at least one pair of opposed planar magnetron sputtering sources, which ensures the deposition of a ceramic layer with high uniformity in thickness. If necessary, it is possible to increase the number of spraying compartments for simultaneous processing of a larger number of products. Separation into compartments also allows simultaneous heating and ionic cleaning of products in the loading compartment and oxygen supply, stabilization of magnetron sources and cleaning of semi-finished products in the deposition compartment before transferring the products to the deposition area, and, consequently, increases the efficiency of the deposition process.
Для достижения заявляемого технического результата равномерность по толщине покрытия достигается за счет использования предлагаемой оснастки (приспособление для закрепления обрабатываемых изделий), в которую крепят изделия по обе стороны от оси вращения, устанавливают на механизм вращения и перемещения изделий и переводят в зону напыления посередине между магнетронными источниками распыления. По результатам серии экспериментальных пусков определено что основными параметрами влияющими на скорость нанесения являются напряжения разряда и расход реактивного газа (кислорода), их задают в следующих диапазонах: напряжение - 450-550 В, расход кислорода - 5-8 л/ч. При задании параметров напряжения и кислорода ниже указанных диапазонов приводит к падению производительности процесса (скорости нанесения покрытия), а при превышении данных диапазонов существует опасность возникновения аварийной ситуации (риск оплавления полуфабрикатов).To achieve the claimed technical result, uniformity over the thickness of the coating is achieved by using the proposed tooling (a fixture for fixing the products to be processed), into which products are fixed on both sides of the axis of rotation, mounted on a rotation and movement mechanism and transferred to the deposition area in the middle between magnetron sources spraying. According to the results of a series of experimental launches, it is determined that the main parameters affecting the deposition rate are discharge voltages and the flow rate of reactive gas (oxygen), they are set in the following ranges: voltage - 450-550 V, oxygen consumption - 5-8 l / h. When setting the parameters of voltage and oxygen below the specified ranges leads to a drop in the performance of the process (speed of coating), and if these ranges are exceeded, there is a danger of an emergency situation (the risk of refinishing of semi-finished products).
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства для нанесения керамического слоя.FIG. 1 shows a diagram of the proposed device for applying the ceramic layer.
На фиг. 2 изображена предлагаемая оснастка для крепления изделий.FIG. 2 shows the proposed equipment for fastening products.
Устройство, содержит вакуумную камеру разделенную затворами 9, 13 на отсеки: отсек загрузки 1, включающий в себя систему подачи 4 инертного газа (аргона), систему ионной очистки 5, механизм 6 вращения и перемещения обрабатываемых изделий, систему нагрева 7 изделий; отсек напыления 2, в который из отсека загрузки 1 перемещается механизм 6 вращения и перемещения обрабатываемых изделий, по крайней мере одна пара оппозитных планарных сбалансированных либо несбалансированных магнетронных источников распыления 11, система подачи инертного и реактивного газов (аргона и кислорода) 12; отсек выгрузки 3 обрабатываемых изделий. Вакуумная камера разделена на отсеки, каждый из которых может быть снабжен автономной системой откачки 8, отсеки соединены клапанами 10 для выравнивания давления, каждый отсек может быть оборудован вакуумными датчиками для контроля давления и пирометрами для контроля температуры (на чертеже не обозначены). Все элементы устройства объединены в систему электропитания и управления для обеспечения автоматизированной работы и задания параметров с управляющей программы, контроль параметров и управление осуществляется системой контроллеров, расположенных в стойке электропитания. Все источники питания и вакуумная система охлаждается системой оборотного водоохлаждения.The device contains a vacuum chamber divided by the
Предлагаемая оснастка 14 (показана на фиг. 2) для крепления изделий представляет собой два ряда с держателями 16 для изделий 15 по обе стороны от оси вращения 17, которую устанавливают на механизм 6 вращения и перемещения изделий. При использовании в устройстве сбалансированных магнетронов, такая конструкция оснастки позволяет получать керамическое покрытие с высокой скоростью и высокой производительностью с требуемой равномерностью толщины покрытия по сечению покрываемых изделий.The proposed tooling 14 (shown in Fig. 2) for fastening products consists of two rows with
Способ нанесения керамического покрытия магнетронным распылением полуфабрикатов из циркониевого сплава позволяет синтезировать на поверхности изделия в результате плазмохимических реакций кислорода и выбитых в результате бомбардировки мишени ионами аргона атомов металлов оксидный слой сложного состава. Нагревание поверхности изделия происходит за счет радиационного излучения близких к плавлению полуфабрикатов, а также при обработке поверхности ускоренными в магнитном поле ионами газоразрядной плазмы и ионами материала полуфабриката. Формирование керамического покрытия происходит при осаждении паров металла непосредственно на поверхности изделия.The method of applying a ceramic coating by magnetron sputtering of semi-finished products from zirconium alloy allows synthesizing an oxide layer of complex composition on the surface of the product as a result of plasma-chemical reactions of oxygen and metal atoms knocked out as a result of the bombardment of the target with argon ions of metals. The surface of the product is heated due to radiation of semi-finished products close to melting, as well as when the surface is treated with ions of a gas-discharge plasma accelerated in a magnetic field and ions of a material of a semi-finished product. The formation of a ceramic coating occurs during the deposition of metal vapors directly on the surface of the product.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Покрываемые изделия предварительно обезжиривают, промывают и сушат. На поверхность изделий из жаропрочных никелевых сплавов перед формированием керамического покрытия наносят слой жаростойкого сплава, на поверхности которого в процессе нанесения керамического покрытия образуется тонкая пленка оксида алюминия, необходимая для высокой адгезии керамического слоя ТЗП к металлической подложке. Жаростойкое покрытие может быть получено, например, ионно-плазменным методом из сплава на основе никеля (Ni) или кобальта (Со), содержащего алюминий, хром, иттрий и из сплава на основе алюминия, или другим способом.The coated products are degreased, washed and dried. Before the formation of a ceramic coating, a layer of a heat-resistant alloy is applied to the surface of products made of heat-resistant nickel alloys, on the surface of which a thin film of aluminum oxide is formed during the deposition of a ceramic coating, which is necessary for high adhesion of the ceramic layer of HRC to the metal substrate. The heat-resistant coating can be obtained, for example, by the ion-plasma method from an alloy based on nickel (Ni) or cobalt (Co) containing aluminum, chromium, yttrium and an alloy based on aluminum, or in another way.
Изделия закрепляют в оснастке и ставят на механизм 6 вращения и перемещения изделий. После размещения изделий в зоне загрузки 1 на механизме вращения и перемещения вакуумную камеру закрывают и включают систему откачки 8 до примерно 1×10-5 мм рт.ст. Затем в отсек загрузки 1 подают аргон через систему подачи 4 инертного газа, задав его расход 9-11 л/ч, и в течение 5-10 минут осуществляют ионное травление изделий, включив систему ионной очистки 5 при напряжении 190-220 В. Затем включают систему нагрева 7 изделий до достижения вакуума 8×10-5 мм. Одновременно включают систему откачки 8 до примерно 1×10-5 мм рт.ст в отсеке напыления 2 и подают аргон через систему подачи инертного и реактивного газов 12, далее включают питание магнетронных источников распыления 11, очищают полуфабрикаты, стабилизируют параметры магнетронного источника 11, затем подают кислород и перемещают изделия в отсек напыления 2. Напыление проводят в течение заданного времени по следующим параметрам: напряжение разряда - 450-550 В, рабочий ток ≤10А, мощность ≤6 кВт, расход аргона - 11-12 л/ч, расход кислорода - 5-8 л/ч. Данные параметры были определены экспериментально из серии опытных пусков, при задании параметров ниже нижнего предела не обеспечивается должная скорость и производительность напыления, при превышении верхнего предела появляется опасность оплавления полуфабриката и создания аварийной ситуации.Products are fixed in a snap and put on the
После нанесения покрытия в отсеке напыления 2 изделия переводят в отсек выгрузки 3, прекращают подачу кислорода, отключают питание на магнетронных источниках распыления, начинается охлаждение изделий в вакууме.After coating in the sputter compartment 2, the products are transferred to the unloading compartment 3, the supply of oxygen is cut off, the power to the magnetron sputtering sources is turned off, and the products are cooled in vacuum.
Пример 1.Example 1
В качестве изделий были взяты рабочие лопатки турбины высокого давления ГТД НК-32 из жаропрочного никелевого сплава в количестве 12 шт. В качестве полуфабриката использовались прямоугольные мишени из сплава состава Zr-7.5Y размером 500×100×8 мм. После предварительно обезжиривающей подготовки, промывки и сушки изделия установили с соблюдением правил вакуумной гигиены в держатели изделий 16 в оснастке 14 и затем установили на механизм 6 вращения и перемещения установки.The quality of the products were taken working blades of a high-pressure turbine GTE NK-32 from a heat-resistant nickel alloy in the amount of 12 pieces. As a semi-finished product, rectangular targets from an alloy of composition Zr-7.5Y with a size of 500 × 100 × 8 mm were used. After pre-degreasing preparation, washing and drying of the product installed in compliance with the rules of vacuum hygiene in the holders of
Вакуумную камеру закрыли, включили систему откачки 8. По достижении вакуума 1×10-5 мм рт.ст. в отсек загрузки подали аргон, задав расход равным 9 л/ч, включили систему ионной очистки 5 ив течение 10 минут осуществляли ионное травление изделий при напряжении 190 В. Затем включили систему нагрева 7 изделий и осуществляли нагрев до достижения вакуума 8×10-5 мм рт.ст.The vacuum chamber was closed, the
Далее в отсек напыления 2 подавали аргон, задав расход 11 л/ч, включали питание четырех сбалансированных магнетронных источников распыления 11, стабилизировали ток до значений 9А, затем подавали кислород, задав его расход 5 л/ч, стабилизировали напряжение разряда до значений 450 В и перемещали изделия в отсек для напыления 2. Напыление производили в течение 6 часов. Затем изделия переводили в отсек выгрузки 3, прекращают подачу кислорода, отключают питание на магнетронах, и начинали охлаждение изделий в вакууме. Через 2 часа процесс охлаждения завершили, напустили воздух в вакуумную камеру и достали лопатки. Толщину покрытия измеряли металлографическим анализом на одной из лопаток с покрытием. Толщина покрытия составила от 52 до 59 мкм.Then argon was supplied to the sputtering compartment 2, setting a flow rate of 11 l / h, turning on four balanced
Пример 2.Example 2
В качестве изделий были взяты прямоугольные пластины размером 100×30 мм. из жаропрочного никелевого сплава в количестве 18 шт. В качестве полуфабриката использовались прямоугольные листы из циркония размером 450×100×1 мм. После предварительно обезжиривающей подготовки, промывки и сушки изделия установили с соблюдением правил вакуумной гигиены в держатели изделий 16 в оснастке 14 и затем установили на механизм 6 вращения и перемещения установки.Rectangular plates measuring 100 × 30 mm in size were taken as products. 18 pcs of heat resistant nickel alloy As a semi-finished product, rectangular sheets of zirconium with a size of 450 × 100 × 1 mm were used. After pre-degreasing preparation, washing and drying of the product installed in compliance with the rules of vacuum hygiene in the holders of
Вакуумную камеру закрыли, включили систему откачки 8. По достижении вакуума 1×10-5 мм рт.ст. в отсек загрузки подали аргон, задав расход равным 11 л/ч, включили систему ионной очистки 5 и в течение 5 минут осуществляли ионное травление изделий при напряжении 220В. Затем включили систему нагрева изделий 7 и осуществляли нагрев до достижения вакуума 8×10-5 мм рт.ст.The vacuum chamber was closed, the
Далее в отсек напыления 2 подавали аргон, задав расход 12 л/ч, включали питание четырех несбалансированных магнетронных источников распыления 11, стабилизировали ток до значений 10А, затем подавали кислород, задав его расход 8 л/ч, стабилизировали напряжение разряда до значений 550 В и перемещали изделия в отсек для напыления 2. Напыление производили в течение 5 часов. Затем изделия переводили в отсек выгрузки 3, прекращают подачу кислорода, отключают питание на магнетронах, и начинали охлаждение изделий в вакууме. Через 2 часа процесс охлаждения завершили, напустили воздух в вакуумную камеру и достали лопатки. Толщину покрытия измеряли металлографическим анализом на одной из пластин с покрытием. Толщина покрытия составила от 16 до 19 мкм.Then argon was supplied to the sputtering compartment 2, setting a flow rate of 12 l / h, turning on four unbalanced
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018130493A RU2691166C1 (en) | 2018-08-22 | 2018-08-22 | Method of applying protective coatings and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018130493A RU2691166C1 (en) | 2018-08-22 | 2018-08-22 | Method of applying protective coatings and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2691166C1 true RU2691166C1 (en) | 2019-06-11 |
Family
ID=66947400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018130493A RU2691166C1 (en) | 2018-08-22 | 2018-08-22 | Method of applying protective coatings and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2691166C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2765136C1 (en) * | 2021-03-30 | 2022-01-25 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Method for continuous monitoring of the thickness of ceramics sprayed onto the blades in an electron beam vacuum installation |
| RU2769819C1 (en) * | 2021-04-23 | 2022-04-06 | Общество с ограниченной ответственностью "СИЛЬВЕР АСЕПТИКА" | Antiseptic product |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2220226C1 (en) * | 2002-04-12 | 2003-12-27 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете | Magnetron spraying system |
| RU2308538C1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма "ЭЛАН-ПРАКТИК" | Device for applying multi-layer coatings |
| US20110031116A1 (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-10 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Magnetron sputtering target assembly and coating apparatus having same |
| RU2606363C2 (en) * | 2015-05-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Carousel-type unit for multi-layered coatings magnetron sputtering and method of equal thickness nano-coating magnetron sputtering |
| US20170047205A1 (en) * | 2011-09-30 | 2017-02-16 | Teer Coatings Limited | Apparatus and a method for deposition of material to form a coating |
| EP2324139B1 (en) * | 2008-08-27 | 2017-07-19 | Teer Coatings Limited | Apparatus and method for deposition of material to form a coating |
| RU182457U1 (en) * | 2017-12-27 | 2018-08-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Накопители Энергии Супер Конденсаторы" (ООО "НЭСК") | Installation for vacuum magnetron sputtering of thin films |
-
2018
- 2018-08-22 RU RU2018130493A patent/RU2691166C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2220226C1 (en) * | 2002-04-12 | 2003-12-27 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете | Magnetron spraying system |
| RU2308538C1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма "ЭЛАН-ПРАКТИК" | Device for applying multi-layer coatings |
| EP2324139B1 (en) * | 2008-08-27 | 2017-07-19 | Teer Coatings Limited | Apparatus and method for deposition of material to form a coating |
| US20110031116A1 (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-10 | Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. | Magnetron sputtering target assembly and coating apparatus having same |
| US20170047205A1 (en) * | 2011-09-30 | 2017-02-16 | Teer Coatings Limited | Apparatus and a method for deposition of material to form a coating |
| RU2606363C2 (en) * | 2015-05-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Carousel-type unit for multi-layered coatings magnetron sputtering and method of equal thickness nano-coating magnetron sputtering |
| RU182457U1 (en) * | 2017-12-27 | 2018-08-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Накопители Энергии Супер Конденсаторы" (ООО "НЭСК") | Installation for vacuum magnetron sputtering of thin films |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2765136C1 (en) * | 2021-03-30 | 2022-01-25 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Method for continuous monitoring of the thickness of ceramics sprayed onto the blades in an electron beam vacuum installation |
| RU2769819C1 (en) * | 2021-04-23 | 2022-04-06 | Общество с ограниченной ответственностью "СИЛЬВЕР АСЕПТИКА" | Antiseptic product |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4596718A (en) | Vacuum plasma coating apparatus | |
| US6113752A (en) | Method and device for coating substrate | |
| EP2261387B1 (en) | Electron beam vapor deposition apparatus for depositing multi-layer coating | |
| RU2691166C1 (en) | Method of applying protective coatings and device for its implementation | |
| US20190214234A1 (en) | Deposition system with integrated cooling on a rotating drum | |
| RU2489514C1 (en) | METHOD FOR OBTAINING WEAR-RESISTANT COATING BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND OF Ti-Al SYSTEM | |
| US9885107B2 (en) | Method for continuously forming noble metal film and method for continuously manufacturing electronic component | |
| Boone | Physical vapour deposition processes | |
| RU2294395C2 (en) | Installation for the vacuum ionic-plasma treatment of the surfaces | |
| RU2549813C1 (en) | Fabrication of refractory nanocomposite coating of surface of refractory nickel alloys | |
| CN112501578A (en) | Coating quality control method of gradient coating machine | |
| RU2409701C2 (en) | Procedure for application of ceramic coating | |
| Volpian et al. | Ion-vacuum technology for manufacturing elements for nanogradient optics and metamaterials | |
| EP3492625B1 (en) | Nanoparticle formation mitigation in a deposition process | |
| RU2677043C1 (en) | METHOD FOR OBTAINING WEAR-RESISTANT COATING BASED ON INTERMETALLIDE OF Ti-Al SYSTEM | |
| RU2705834C1 (en) | Method of applying coatings on articles made from materials intensely oxidised in air, and plant for its implementation | |
| RU2806258C1 (en) | Method for deposition of pvd coating on multifaceted substrates | |
| CN111020522B (en) | Composite type substrate continuous coating system based on gas discharge type high-power electron gun | |
| CN221777979U (en) | Sputtering coating equipment | |
| RU2296182C2 (en) | Installation for applying coatings in vacuum | |
| RU2816980C1 (en) | Device for vacuum application of hardening coating on surface of articles | |
| RU2765966C1 (en) | Method of aluminum application on glass articles | |
| JP7390997B2 (en) | Film forming equipment | |
| RU2710809C1 (en) | Apparatus for applying ion-plasma coatings | |
| CN118109786B (en) | Device and method for preparing thermal barrier coating by oxygen dissociation assisted physical vapor deposition |