42, 43 ЗАЩИТНИ И СВРЪХТВЪРДИ ВАКУУМНИ ПОКРИТИЯ И СЛОЕВЕ

1. 42,43 ЗАЩИТНИ И СВРЪХТВЪРДИ ВАКУУМНИПОКРИТИЯИСЛОЕВЕ (материалът е подготвен по докторската дисертация на доц.дтн Руско Шишков-РУ)

2. ТУ-Варна кат.МТМ Вакуумно и вакуумно-дифузионно метализиране Физическата същност на процеса метализация във вакуум в най-общия смисъл на думата се заключава в получаването при понижено налягане (вакуум) на пари от вещество, които се отлагат (кондензират) върху друг материал (подложка) и формират покритие. Връзката между покритието (кондензата) и подложката се изменя с повишаване на температурата от адхезионна към дифузионна. Когато температурите са достатъчно ниски за дадената система и дифузионно взаимодействие между кондензата и подложката на практика не протича, процесът обикновено се нарича вакуумно метализиране. В този случай се говори за отлагане или получаване на вакуумни покрития, като се уточнява, че получаваното покритие е кондензат, процесът носи общото наименование - физично парно отлагане (PVD). То може да бъде допълнително активирано “плазмено подпомогнато” (PA-PVD), като паровият поток се йонизира в някаква степен, а подложката се постави под отрицателен потенциал. В последния случай процесът е прието да се нарича йонно платиране . В случаите, когато температурите са достатъчно високи (1000 – 1300оС) и продължителността на процесите е значителна (от порядъка 6  12 часа) и повече, отлаганият кондензат взаимодейства дифузионно с подложката още по време на получаването на покритието и процесът се нарича вакуумно-дифузионно метализиране. Той съвпада по температура и налягане с така нареченото химично парно отлагане (CVD). Технологични пааметри: • Температурата на метализация – Тм; • Време на метализация – tм; • Скорост на кондензация – Vк; • Потенциал на подложката – Uп; • Начален вакуум – Pн и работно налягане – Pр; • Състав на работната атмосфера и динамичност на вакуума; • Вид и състояние на подложката; • Метод и схема на нагряване; • Ъгъл на атака при кондензация; • Други технологични параметри Основни параметри на някои от методите за нанасяне на покрития при понижено налягане “Термична обработка” Проф.дтн Р.Русев

3. 2. Основни характеристики на вакуумните и вакуумно-дифузионните покрития • Дебелина на покритието; • Кристален строеж; • Плътност и слоистост; • Фазов състав; • Твърдост (микро и нано) и еластично-пластични характеристики; • Кохезия и адхезия; • Експлоатационни характеристики (топлоустойчивост, твърдост и износоустойчивост, корозоустойчивост, механичната и термична обработваемост, поглъщателни и радиационни свойства; • Други свойства;

4. Методите за получаване на вакуумни покрития се разделят на две основни групи – за формиране на кондензати (вакуумно метализиране) и за формиране на дифузионни покрития - вакуумно дифузионно метализиране. Въпреки голямото разнообразие, всички те могат да бъдат отнесени към две базови групи според характера на основните процеси – получаването на насищащия елемент в активно атомарно състояние и отлагането му върху покриваното изделие. Първата група са методите на така нареченото физично парно отлагане PVD, а втората методите на така нареченото химично парно отлагане CVD . На базата на тези две основни групи методи са създадени различни разновидности, които се различават по някои допълнителни особености и различни варианти на техните комбинации . От групата на CVD към вакуумните спадат LP-CVD – химично парно отлагане при понижено налягане, PA-CVD, което на практика е PA-LP-CVD – плазмено подпомогнато химично парно отлагане при понижено налягане (Фиг.1). Последното по същество е химично парно отлагане при понижено налягане в условията на нискотемпературна плазма – тлеещ разряд. Напоследък се появяват и други разновидности като комбинации на различни техники, но не са получили широко разпространение, а и по същество не внасят съществена промяна в механизма на процесите. Към групата на PVD също има създадени разновидности на основния процес чрез използване на нискотемпературна плазма – PA-PVD, прилагане на преднапрежение, преминаване от процес на отлагане през процес на платиране към процес на имплантиране в зависимост от енергията на йонизираните атоми на отлаганото вещество , използване на RF Plasma, пулсиращ магнетронен разряди др.

5. PVD Общо получаване и йонизиране на парите Разделно получаване и йонизиране на парите Разпрашване Сублимация Изпаряване Получаване на пари и фрагменти от изпарявания материал Получаване на пари само от огледалото на разтопения материал П р о ц е с Елементен (E) Реакционен (Р) Активиран (A) Комбиниран (AР) Кондензация Платиране < > - Фиг.2. Методи за изпаряване и метализация

7. T [oC] T [oC] Двустадиен - едностепенен технологичен вариант на процеса ПВДМ (tPVD– стадий на кондензация, tDI – стадий на дифузионно взаимодействие, tDA – допълнително дифузионно отгряване) tPVDилиtDI Едностадиен - едностепенен технологичен вариант на процеса ПВДМ (tPVD – стадий на кондензация, tDI – стадий на дифузионно взаимодействие) Т2 tPVD< tDI T [oC] T [oC] tPVD= tDI Т1 Т1 tDA tPVD tDA tPVD = tDI tPVD tDI tDI Едностадиен - двустепенен технологичен вариант на процеса ПВДМ (tPVD– стадий на кондензация, tDI – стадий на дифузионно взаимодействие) едностадиен едностепенен двустадиен едностепенен двустадиен- двустепенен едностадиен двустепенен t [min] t [min] t [min] t [min] Технологични варианти на процеса Плазмено вакуумно-дифузионно метализиране Двустадиен - двустепенен технологичен вариант на процеса ПВДМ (tPVD– стадий на кондензация, tDI – стадий на дифузионно взаимодействие, tDA – допълнително дифузионно отгряване)

8. Технологични съоръжения за Плазмено вакуумно дифузионно метализиране (ПВДМ) ЕЛ изпарителни системи с плазмиране на паровия поток: а/ дъгов плазмен източник без катодно петно (SAD), б/ кух катод (HAD), в/ червен (горещ) катод (RAD)

9. Вакуумна еднокамерна пещ за ПВДМ , ТО и ХТО (ВЕП-1) Обща принципна схема на ВЕП-1: 1-вакуумдатчици; 2-вакуумкамера; 3-топлоизолационна камера; 4-графитов нагревател; 5- магнетрон; 6- мишена; 7- подложки-изделия; 8- термоелемент

10. Принципна схема на двукамерна пещ СНВ-3.4.3/13, окомплектована за ПВДМ, ТО и ХТО: 1- предкамера; 2- преден капак; 3- транспортиращо устройство; 4- палет с детайли; 5- бъркалки; 6- нагревател на маслото; 7- охладител на маслото; 8- вакуумен шибър; 9- топлоизолационен екран на шибъра; 10- нагревателна камера; 11- топлоизолационна камера; 12- втулки изолационни; 13- токопроводи; 14- високоволтов електрод; 15- врата на нагревателната камера; 16- топлоизолационен екран на капака; 17- носач за палета с детайли; графитов нагревател; 19- вентилатори; 20- МРС; 21- система за газонатичане. Общ вид на двукамерна вакуумна пещ СНВ-3.4.3/13,

11. T600оС T600оС T650оС T750оС T850оС  [m] (Cr,Fe)7C3 [(Cr,Fe)7C3 +Cr-Fe] (Cr,Fe)7C3 + Cr-Fe 1пк (Cr,Fe)23C6 (Cr,Fe)7C3Cr-Fe + кондензат 2-“Fe” ЗДВк T [oC] 1-“Cr” ЗДВп Fe-Cr (+ перлит) 3-“C” Армко Fe 2кп Fe-Cr + (Cr,Fe)7C3 Fe 1кп Fe-Cr + (Fe,Cr)3C (Cr,Fe)7C3 + Кинетика на дифузионното взаимодействие между хром-карбиден кондензат и подложка от Армко Fe с повишаване на температурата на метализация при ПВДХ-Р с продължителност 90 min.

12. T2=450оС T5=550oC T4=600oC T5=650oC T5=750oC T7=850oC T5=500oC _(Cr,Fe)N + (Cr,Fe)2N  (Cr,Fe)2CN + (Cr,Me)N пк (Cr,Fe)2CN  [m] Vk2 (Cr,Fe)N (Cr,Me)2N  (Cr,Fe)2CN О К кондензат Vk1 2-“C” ЗДВк стомана T [oC] ВДП с ОК ПрП 1-“N” 3-“Cr” Fe + карбиди ПДС -(Fe,Cr)+ карбиди кп (Cr,Fe)2CN + Cr7C3 ЗДВп Кинетика на дифузионното взаимодействие между кондензат на (Cr,Me)N и подложка от Х12М при ПВДХ-Р с повишаване на Тм при tм = 60 min