Установка для нанесения покрытий

Авторы патента:

C23C14/35 - с использованием магнитного поля, например распыление магнетроном

Полезная модель относится к области нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и детали машин в машиностроении и радиоэлектронике и направлена на повышение качества покрытий.

Установка для нанесения покрытий на режущий инструмент содержит размещенные в вакуумной камере два дуговых испарителя и четыре несбалансированных магнетронных распылителя. Вакуумная камера снабжена оборудованием для подачи азота и имеет откачку отработанного газа.

Достигаемый технический результат заключается в том, что процесс нанесения покрытий становится более управляемым, что дает возможность получать покрытия с заданным стехиометрическим составом и кристаллическим строением. 1 н.п. ф-лы, 1 илл.

Известны способы нанесения покрытий на инструменты и детали машин с помощью вакуумно-дуговых методов (конденсация при ионной бомбардировке КИБ) и установки, реализующие эти способы («Булат», «Пуск» и др.), описанные в кн. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К.В.Фролов (пред.) и др. - М.: Машиностроение. Технологии, оборудование и системы управления в электронном машиностроении. T.III - 8 / Ю.В.Панфилов, Л.К.Ковалев, В.А.Блохин и др.; Под общ. Ред. Ю.В.Панфилова. 2000. 744 с., ил.

Недостатком способа и установки для его реализации является наличие капельной фазы в покрытии, что приводит к ухудшению сплошности и коррозионных свойств покрытия.

Наиболее близка по сущности к предложенному техническому решению установка, опубликованная в патенте РФ на полезную модель 49825, кл. МПК С23С 14\32, 14\35, содержащая размещенные в вакуумной камере с подачей и откачкой азота дуговой испаритель и магнетронный распылитель с соответствующими источниками питания

Недостатком установки является то, что в процессе нанесения покрытия невозможно выравнивание скоростей дугового испарения и магнетронного распыления, вследствие чего невозможно получить покрытие заданного состава.

Технический результат достигается тем, что в одной вакуумной камере с откачкой воздуха и подачей реактивного газа азота объединены два дуговых испарителя и четыре несбалансированных магнетронных распылителя (магнетрона). В процессе осаждения на подложку, на последней происходит синтез комплексного соединения на основе твердых растворов нитридов металлов, количественное соотношение которых определяется соотношением мощностей двух дуговых испарителей и четырех несбалансированных магнетронных распылителей,, а также давлением азота в вакуумной камере

Сущность предложенного технического решения заключается в том, что в известную совокупность существенных признаков «содержащая размещенные в вакуумной камере с подачей и откачкой азота дуговой испаритель и магнетронный распылитель с соответствующими источниками питания» вводятся признаки « дуговой испаритель выполнен в виде двух испарителей, а магнетронный в виде четырех несбалансированных распылителей». Полученная таким образом новая совокупность существенных признаков обуславливает соответствие технического решения критерию «новизна» и обнаруживает при этом новые свойства, присущие данному решению в отличие от ранее известных:

применение несбалансированных магнетронных распылителей позволяет более точно выравнивать скорости дугового испарения и магнетронного распыления, а также получить покрытия с заданным составом и кристаллическим строением.

На фиг.1 представлена схема установки для нанесения покрытий, на фиг.2 ее вид в плане.

Основу установки составляет вакуумная камера 1, с откачкой и подачей азота N2, внутри которой находятся два несбалансированных дуговых испарителя, каждый из которых содержит катод 2 из испаряемого материала и стабилизирующую катушку 3. В этой же камере 1 находятся четыре несбалансированных магнетронных распылителя 4 с мишенями 5 и источниками питания магнетронов 6. Внутри камеры располагается вращающийся подложкодержатель 7 и закрепленные на ней вращающиеся детали 8, на поверхности которых наносится покрытие. Вне камеры расположены источники питания катодов 9, обеспечивающие дуговой разряд, источники питания магнетрона, а также другие вспомогательные устройства, обеспечивающие работу установки (вращение подложки и деталей, откачку воздуха и др.)

Работает установка следующим образом. При достижении в рабочей камере необходимого вакуума в промежутке между катодами 2 и вакуумной камерой 1 за счет источников питания катодов 9 получают дуговой разряд, при котором частицы материала катодов 2 под влиянием полей стабилизирующих катушек 3 и напряжения смещения на подложкодержателе 7 летят в направлении подложкодержателя 7, вступают в химическую реакцию с азотом и образуют покрытие на деталях 8. При подаче напряжения от источника питания магнетронов 6 на мишени 5 магнетронных распылителей 4, начинается распыление мишеней 5, причем ионами, распыляющими мишени 5, являются ионы материала катодов. Атомы распыленного материал мишеней 5 также вступает в химическую реакцию с азотом и осаждаются на деталях 8, образуя покрытие. В результате на деталях 8 происходит синтез твердого раствора на основе нитридов двух металлов: материала катодов 2 и материала мишеней 5 магнетронных распылителей 4. Это позволяет, регулируя соотношение мощностей дугового испарителя и магнетронного распылителя, а также давление азота в вакуумной камере, получать покрытия деталей 8 с различным соотношением соответствующих нитридов металлов. Принимая во внимание то, что магнетронные испарители являются несбалансированными, и имеют более высокую степень ионизации распыленных частиц, процесс нанесения покрытий становится более управляемым, что позволяет выравнивать скорости дугового испарения и магнетронного испарения. В этом случае появляется возможность получения покрытия с заданным стехиометрическим составом и кристаллическим строением. Кроме того, установка позволяет в едином технологическом цикле наносить на подложку слоистые покрытия с различным соотношением материалов в каждом слое.

Установка для нанесения покрытий, содержащая размещенные в вакуумной камере с откачкой и подачей азота дуговой испаритель и магнетронный распылитель с соответствующими источниками питания, отличающаяся тем, что она снабжена вторым дуговым испарителем с источником питания и тремя магнетронными распылителями с источниками их питания, при этом дуговые испарители и магнетронные распылители выполнены несбалансированными.