Принцип и применение ионного покрытия

Принцип и применение ионного покрытия

В современной авиационной промышленности используется много видов покрытий, таких как гальванизация, распыление, химическое покрытие, диффузия, прокатка и нанесение покрытий. Многие из этих процессов были освоены и сыграли значительную роль в производстве. Тем не менее, существующая технология нанесения покрытия не может идти в ногу с быстрым развитием продуктов, так что люди изучают новые технологии нанесения покрытий. «Ионное покрытие» - это новая технология вакуумного покрытия, разработанная в последние годы.

1. Введение

Ионное покрытие, ионное покрытие) ионное покрытие в условиях вакуума с использованием газового разряда делают ионизацию газа или испарение материала частью, а ион газа или испарение материала при бомбардировке ионами, испарение материала или способ осаждения реагента на подложку , К ним относятся магнетронное ионное покрытие, реактивное ионное покрытие, ионное покрытие с полым катодным разрядом (метод испарения с полым катодом), многодуговое ионное покрытие (ионное катодное ионное покрытие) и т. Д.

2. Важность

В авиационной и аэрокосмической промышленности компоненты различных самолетов, ракет, спутников и дирижаблей часто работают в сложных и вредных условиях. Самолеты, например крылья, обшивка фюзеляжа и шасси, а также другие внешние части, непосредственно подвержены влиянию атмосферы, влаги, пыли и продуктов сгорания топлива, содержащихся в химической активности газовой коррозии. Внешние части гидросамолета, особенно планер и буй, часто разрушаются морской водой, озерной или речной водой. Камеры сгорания, детали турбины и детали поршневых цилиндров авиационных двигателей также часто окисляются высокотемпературными газовыми потоками, содержащими кислоты и другие активные вещества. Существуют также компоненты инструмента, такие как аэродинамические подшипники, устройства микропередачи, прецизионное оборудование, потенциометры и т. Д., Которые часто подвергаются различным степеням трения и износа. Чтобы сделать вышеупомянутые различные части могут адаптироваться к температуре, коррозии, износу и другим жестким требованиям, просто от частей конструкции или материала, чтобы думать, часто недостаточно. Как сделать? Одним из наиболее широко используемых методов является использование метода покрытия поверхности для защиты частей матрицы для удовлетворения вышеуказанных требований. Это так же, как люди в соответствии с различными условиями окружающей среды надевают разную одежду, в зависимости от потребности в деталях теплостойкого, коррозионного или износостойкого покрытия.

3. Разработка

Существует много видов методов нанесения покрытий, используемых в современной авиационной промышленности, таких как гальваника, распыление, химическое покрытие, диффузия, прокатка, нанесение покрытий и так далее. Многие из этих процессов были освоены и сыграли значительную роль в производстве. Тем не менее, существующая технология нанесения покрытия не может идти в ногу с быстрым развитием продуктов, так что люди изучают новые технологии нанесения покрытий. «Ионное покрытие» - это новая технология вакуумного покрытия, разработанная в последние годы.

4. Принцип и процесс

Ионное покрытие - это новая разработка технологии вакуумного покрытия. Обычное вакуумное покрытие (также известное как вакуумное испарение), заготовка, зажатая в вакуумной крышке, при высокотемпературном электрическом нагреве источника испарения, способствуют покрытию материала - испарение испарения материала. Из-за повышения температуры частицы испарителя приобретают некоторую кинетическую энергию, затем медленно поднимаются вдоль линии обзора и, наконец, прилипают к поверхности заготовки, накопленной в пленку. Слой покрытия, который образуется при таком типе ремесла, не имеет прочного химического соединения с поверхностью детали, не имеет диффузионного соединения, адгезионные характеристики очень плохие, пыль, которая падает, как на столе, иногда такая же, прикосновение рукой можно стереть. Тем не менее, процесс ионного осаждения отличается, хотя и в вакуумной крышке, но тогда процесс покрытия в форме передачи заряда для достижения. Другими словами, частицы испарителя в виде высокоэнергетических ионов с положительным зарядом притягиваются катодом высокого давления (т.е. заготовкой) и впрыскиваются в поверхность заготовки с высокой скоростью. Эквивалент высокоскоростной пули, выпущенной из ствола, он может глубоко проникать в цель, образуя твердое диффузионное покрытие на заготовке.

Процесс ионного осаждения заключается в следующем: источник испарения соединен с анодом, а заготовка соединена с катодом. Тлеющий разряд генерируется между источником испарения и заготовкой после подачи постоянного тока высокого напряжения от трех до пяти тысяч вольт. Когда инертный газ аргон заполняется в вакуумной крышке, часть газа аргона ионизируется под действием электрического поля разряда, образуя темную область плазмы вокруг заготовки катода. Положительные ионы аргона, привлеченные отрицательным высоким давлением катода, сильно бомбардируют поверхность заготовки, вызывая выплескивание частиц и грязи на поверхность заготовки, так что поверхность обрабатываемой детали была тщательно очищен ионной бомбардировкой. Частицы испарителя плавятся и испаряются, попадают в зону тлеющего разряда и ионизируются. Положительно заряженные ионы испарителя, привлеченные катодом, ринулись на заготовку вместе с ионами аргона. Когда количество ионов испарителя на поверхности заготовки превышало количество разбрызгиваемых ионов, они постепенно накапливались, образуя слой покрытия, который прочно прилипал к поверхности заготовки. Это простой процесс ионного покрытия.

5. Характеристики

Покрытие обладает хорошей адгезией

При обычном вакуумном покрытии частицы испарителя имеют энергию только около одного вольта электронов на поверхности заготовки, на поверхности заготовки и между покрытиями, глубина диффузии на границе раздела обычно составляет всего несколько сотен ангстрем (10000 ангстрем = 1 микрон = 0,0001 см). Это меньше, чем один процент человеческих волос. Можно сказать, что почти нет связи между двумя переходными слоями, как будто они полностью разделены. При ионном осаждении частицы испарителя ионизируются и имеют кинетическую энергию от 3000 до 5000 электрон-вольт. Если обычные частицы вакуумного покрытия эквивалентны затаивающему дыхание, то ионное покрытие подобно пассажирам высокоскоростной ракеты, когда его высокоскоростная бомбардировочная заготовка осаждается не только быстро, но и может проникать сквозь поверхность заготовки, образуя глубокие матричный диффузионный слой, глубина диффузии интерфейса ионного покрытия будет составлять четыре-пять микрон, то есть, чем глубина диффузии обычного вакуумного покрытия глубоко в десятки раз, даже в сто раз, и прилипают друг к другу так быстро. Испытание образца на растяжение после ионного осаждения показывает, что покрытие по-прежнему пластически растягивается вместе с основным металлом, и отслаивание или отслаивание не происходит, пока образец не разрушится. Это показывает, насколько сильна привязанность! В случае ионного осаждения с высокой способностью к осаждению частицы испарителя движутся в электрическом поле в виде заряженных ионов вдоль направления линии электропередачи, так что все части с электрическим полем могут получить хорошее покрытие, которое намного лучше чем обычное вакуумное покрытие можно получить только в прямом направлении. Поэтому этот метод очень подходит для покрытых металлом деталей на внутреннем отверстии, канавке и узкой щели. Другие методы трудно обшить детали. При обычном вакуумном покрытии можно наносить покрытие только непосредственно на поверхность, частицы испаряющегося материала, такие как лестница, могут следовать только за лестницей; Ионное покрытие, с другой стороны, может быть равномерно намотано вокруг задней части детали и во внутреннее отверстие, а заряженные ионы могут транспортироваться в любое место в пределах радиуса его радиуса, следуя заданному маршруту, как в вертолете. Покрытие с хорошим качеством имеет компактную структуру, без отверстий, пузырьков и однородной толщины. Даже края и канавки можно покрывать равномерно, не образуя металлических конкреций. Такие детали, как резьба, также могут быть покрыты металлом, поскольку этот процесс также может устранять микротрещины на поверхности детали и дефекты точечной коррозии, что может эффективно улучшить качество поверхности и физико-механические свойства покрытых металлом деталей. Испытания на усталость показывают, что при правильном обращении усталостная долговечность заготовки на 20-30 процентов выше, чем до нанесения покрытия.

Упрощение процесса очистки

Существующий процесс нанесения покрытия, большинство требований, предъявляемых к заготовке для строгой очистки, как сложный, так и проблемный. Однако сам процесс ионного осаждения имеет эффект очистки ионной бомбардировкой, и этот эффект был продолжен в течение всего процесса нанесения покрытия. Отличный эффект очистки, может сделать покрытие непосредственно рядом с подложкой, эффективно улучшить адгезию, упростить много очистки перед нанесением покрытия.

Широкий ассортимент гальванических материалов

Ионное покрытие - это использование высокоэнергетических ионов, бомбардирующих поверхность заготовки, так что большое количество электрической энергии на поверхности заготовки превращается в тепловую энергию, способствуя тем самым диффузии поверхностных тканей и химической реакции. Однако на всю заготовку, особенно на ядро заготовки, высокая температура не повлияла. Следовательно, этот тип процесса нанесения покрытия имеет широкий спектр применения, но ограничения невелики. В общем, все виды металлов, сплавов и некоторых синтетических материалов, изоляционных материалов, термических материалов и материалов с высокой температурой плавления могут быть покрыты металлом. Может наноситься на металлическую заготовку неметаллической или металлической, также может наноситься на неметаллическую или неметаллическую, или даже пластиковую, резиновую, кварцевую, керамическую и т. Д.

6. Аэрокосмические приложения

Не смазочное масло

В современных самолетах, авиационных двигателях или авиационных приборах, особенно в аэрокосмической отрасли, таких как космические корабли, спутники, существует целый ряд вращающихся частей, требующих хорошей смазки, но часто из-за слишком длительной герметизации температура окружающей среды слишком высокая или испарение в пространстве, обычная консистентная смазка больше не применяется, чтобы вместо этого выдвигать твердую смазку. Результаты эксперимента показывают, что лучше получать твердую смазочную пленку методом ионного осаждения, чем другие методы. Не только сильная адгезия, тонкое и равномерное покрытие, не влияет на детали размерной точности и допуска. Экономия тоже хорошая, немного смазочного материала можно покрыть большой площадью. Качество смазочной пленки также лучше, коэффициент трения мал, срок службы большой. Например, есть сателлиты на прецизионных подшипниках, не покрытые металлом до срока службы всего несколько минут, просто не могут быть использованы; Однако покрытая ионами твердая смазочная пленка может надежно работать в течение тысяч часов в полете. Ионное покрытие может не только покрывать многие виды твердых смазочных материалов при комнатной температуре, но также может быть покрыто различными высокотемпературными твердыми смазочными материалами, некоторые даже могут быть при температуре выше восьмисот градусов по Цельсию при высокой температуре. в смазке. Твердые смазочные материалы, которые могут быть покрыты металлом, включают серебро, золото, медь, свинец, свинцово-оловянный сплав, фторид и так далее.

Истинное золото не боится огня

Части самолета, особенно многие части двигателя, часто должны работать при высоких температурах. Например, рабочая температура лопаток турбины и направляющих лопаток обычно составляет около 1000 градусов по Цельсию, а некоторые даже достигают 1400 градусов по Цельсию. В мифологическом романе о путешествии на запад, когда верховный Господь положил в печь солнце укун, он, вероятно, не смог достичь такой высокой температуры. Современные детали авиационных двигателей работают при такой высокой температуре, что сложно соответствовать требованиям только в зависимости от характеристик самого материала матрицы детали. Итак, как могут детали двигателя без высокотемпературной абляции? В настоящее время в дополнение к частям конструкции, чтобы принять меры (такие как использование полых охлаждающих лопаток, расходящихся охлаждающих лопаток и т. Д.), Большая часть потребности в термостойком покрытии для защиты. Ионное покрытие имеет много преимуществ для нанесения термостойких пленок. Его можно наносить на различные материалы с высокой температурой плавления, такие как оксид алюминия, оксид кремния, оксид бериллия, сплав гафния и т. Д. Состав покрытия из сплава также легче контролировать, подходящий для состава с более сложным нагревом. стойкий сплав, такой как железо-хром-алюминиевый иттрий, кобальт-хром-алюминиевый иттрий или никель-хром-алюминиевый иттриевый сплав.

В настоящее время турбинная лопатка является основной целью попытки использовать термостойкое покрытие ионного покрытия. Сообщается, что срок службы высокотемпературного лезвия, покрытого этим способом никель-хром-алюминиево-иттриевым сплавом, в три раза выше, чем у алюминия. Подходит для ионного покрытия термостойких деталей двигателя и диска турбины, деталей поршня цилиндра. После обработки с использованием этой передовой технологии некоторые детали могут работать в течение тысяч часов при высокой температуре.

Металл не ржавеет

Металлические детали должны ржаветь, но если они покрыты слоем антикоррозионного покрытия, это может предотвратить ржавчину деталей. В результате высокой плотности покрытия ионного покрытия, меньшей проколоты, коррозионной стойкости и многих других процессов не могут образовываться хорошие коррозионные покрытия. Поэтому ионное покрытие в настоящее время наиболее широко используется в коррозионно-стойких материалах. Такой как стена гидросамолета и другие внешние части, этот метод может использоваться, чтобы предотвратить коррозию брызг соли и покрытия коррозии морской воды; Этот материал может быть покрыт другими деталями с деталями из алюминиевого сплава для предотвращения потенциальной коррозии. Кроме того, с улучшением скорости полета и высоты над уровнем моря и прогрессом освоения космоса применение титанового сплава становится все более и более популярным. Но если он покрыт глиноземом, он может полностью соответствовать требованиям. Однако гальванические и другие процессы не могут быть покрыты этим материалом. Ионное покрытие, с другой стороны, творит чудеса. До сих пор в дополнение к глинозему к коррозионно-стойким материалам, подходящим для ионного покрытия, относятся хром, титан, тантал, нержавеющая сталь и т. Д. Покрытые авиацией детали включают винты, гайки, заклепки, штифты, трубы, соединения, гироскопы, прецизионные зубчатые передачи металлические уплотнительные кольца и др.

Короче говоря, ионное покрытие в авиационной промышленности и других областях применения имеет большой потенциал, в дополнение к вышеперечисленному, существует множество, таких как проводящая пленка, упрочняющая пленка, декоративная пленка и используемые для точной сварки, точного уплотнения поверхности ремонт. Процесс ионного покрытия - это новая технология, которая разрабатывается уже более десяти лет. Он обладает некоторыми уникальными преимуществами и может решить некоторые производственные ключи, которые было трудно преодолеть в прошлом. Тем не менее, из-за появления времени не долго, есть много технических ключей, которые необходимо решить, таких как контроль толщины покрытия, экранирование поверхности без покрытия и т.д. Во-вторых, емкость оборудования мала, большие детали трудны для обшивки, большие инвестиции. Мы считаем, что с дальнейшим изучением этой технологии, ионное покрытие будет постепенно улучшаться и развиваться, и будет полностью применяться и продвигаться в авиационной промышленности.

IKS PVD, о технологии ионных покрытий, у нас есть большой опыт применения в промышленности, свяжитесь с нами сейчас, iks.pvd@foxmail.com