Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Вакуумная ионно-плазменная обработка

Образование поверхностных структур при воздействии плазменного потока на поверхность конструкционного материала

Сформированный плазменный поток, встречая на своем пути обрабатываемую поверхность, конденсируется, образуя на ней покрытие. Структура этого покрытия полностью зависит от состава плазменного потока и энергии компонентов, входящих в его состав. Плазменный поток, формируемый различными способами (управляемым и хаотическим разрядами), образует разную по качеству поверхностную структуру. Структура, полученная плазменным потоком с хаотическим перемещением катодного пятна, состоит из компонентов капельной фракции материала катода и аномальных монокристаллических образований. На рис. 2.10, а, полученном с использованием туннельного микроскопа, представлен фрагмент структуры поверхности, на которой отчетливо видны дефекты формируемого покрытия. На рис. 2.10, б дан фрагмент той же структуры с аномальным монокристаллическим образованием в виде монокристалла кристаллической решетки титана с базисной гексагональной структурой. Полученное при таком формировании покрытие

Поверхность покрытия из сплава ВТ1-0, сформированная из плазменного потока с хаотическим перемещением катодного пятна (зона испарителя)

Рис. 2.10. Поверхность покрытия из сплава ВТ1-0, сформированная из плазменного потока с хаотическим перемещением катодного пятна (зона испарителя): а — структура; б — фрагмент структуры с монокристаллом покрытия и пограничный слой (по границе металл—покрытие) имеют разное структурное строение - арочное (рис. 2.11, а) и кластерное (рис. 2.11, б). Арочное покрытие формируется в случае разветвленной поверхности, когда кластеры не образуют сплошное покрытие, а соединяются в виде арки в верхней части выросших кластеров. Кластерные покрытия формируются в случае свободного роста кластеров вдоль покрываемой плоскости.

Поверхность покрытия из сплава ВТ1-0 по границе металл—покрытие (со стороны металла), сформированная из плазменного потока с хаотическим перемещением катодного пятна (зона испарителя)

Рис. 2.11. Поверхность покрытия из сплава ВТ1-0 по границе металл—покрытие (со стороны металла), сформированная из плазменного потока с хаотическим перемещением катодного пятна (зона испарителя): а — арочная структура; б — фрагмент фрактальной структуры

Структура покрытия из сплава ВТ1 -0, сформированная из плазменного потока (Ti, без вращения, 60 с, 30ХГСА)

Р и с. 2.12. Структура покрытия из сплава ВТ1 -0, сформированная из плазменного потока (Ti, без вращения, 60 с, 30ХГСА): а - с хаотическим перемещением катодного пятна; б — с управляемым перемещением

катодного пятна

На рис. 2.12, а показана структура, сформированная хаотическим перемещением катодного пятна на поверхности, перпендикулярной плазменному потоку, где отчетливо видны капельные фракции различных размеров. Покрытия, сформированные управляемым перемещением катодного пятна (рис. 2.12, б), характеризуются отсутствием капельной фракции при аналогичных режимах обработки.

Структура покрытия из сплава ВТ 1-0, сформированная из плазменного потока с управляемым перемещением катодного пятна (Ti, без вращения, 60 с, слюда)

Рис. 2.13. Структура покрытия из сплава ВТ 1-0, сформированная из плазменного потока с управляемым перемещением катодного пятна (Ti, без вращения, 60 с, слюда)

При напылении данного покрытия на подложку из неметалла (слюда) характер покрытия — отсутствие капельной фракции — сохраняется; другими словами, данная структура покрытия не зависит от материала подложки (рис. 2.13).

Структура покрытия из сплава ВТ 1-0, сформированная из плазменного потока с управляемым перемещением катодного пятна (Ti, с вращением, 150 с)

Рис. 2.14. Структура покрытия из сплава ВТ 1-0, сформированная из плазменного потока с управляемым перемещением катодного пятна (Ti, с вращением, 150 с): а — подложка 30ХГСА; б — подложка — слюда

Увеличение времени нанесения покрытия до 150 с не приводит к существенным структурным изменениям как при нанесении его на металл (рис. 2.14, а), таки на слюду (рис. 2.14,6).

При напылении этой же композиции из плазменного потока с хаотическим перемещением катодного пятна структура покрытия меняется — в ней появляется капельная фракция (рис. 2.15).

Структура покрытия из сплава ВТ 1-0, сформированная из плазменного потока с хаотическим перемещением катодного пятна (Ti, с вращением, 150 с, слюда)

Рис. 2.15. Структура покрытия из сплава ВТ 1-0, сформированная из плазменного потока с хаотическим перемещением катодного пятна (Ti, с вращением, 150 с, слюда)

При дальнейшем увеличении времени воздействия плазменного потока до 300 с характер структуры покрытия, сформированного плазменным потоком с управляемым перемещением катодного пятна, фактически не меняется (рис. 2.16, а). Структура покрытия имеет мелкодисперсное строение с незначительным числом округлых конгломератов, в случае неуправляемого — хаотического — перемещения катодного пятна структура полностью состоит из конгломератов (рис. 2.16, б).

Структура покрытия из сплава ВТ 1 -0, сформированная из плазменного потока с перемещением катодного пятна (Ti, с вращением, 300 с, 30ХГСА)

Р и с. 2.16. Структура покрытия из сплава ВТ 1 -0, сформированная из плазменного потока с перемещением катодного пятна (Ti, с вращением, 300 с, 30ХГСА): а — управляемым; 6 — хаотическим

При осуществлении плазмохимической реакции на обрабатываемой поверхности характер поверхностной структуры формируемого покрытия меняется в зависимости от условий создания плазменного потока. Если перемещение катодного пятна управляемое, покрытие нитрида титана имеет плотную структуру без явно выраженных дефектов (рис. 2.17, а). В случае формирования покрытия плазменным потоком при хаотическом перемещении катодного пятна рельеф покрытия меняется — видны крупные структурные составляющие (рис. 2.17, б).

Структура покрытия TiN, сформированная из плазменного потока с перемещением катодного пятна на стали ЗОХГСА

Рис. 2.17. Структура покрытия TiN, сформированная из плазменного потока с перемещением катодного пятна на стали ЗОХГСА: а — управляемым; б - хаотическим

а

б

Таким образом, применение системы управления перемещением катодного пятна приводит к минимизации капельной фракции и увеличению выхода ионного потока металла, в связи с чем можно ожидать увеличения выхода металлической составляющей из плазменного потока и повышения скорости формирования покрытия. Кроме того, исследования выхода по массе металлической составляющей плазменного потока показали, что применение системы управления катодным пятном приводит к увеличению выхода металла в покрытие. Так, при одних и тех же технологических параметрах масса металла, пошедшего на формирование покрытия, в 1,5—2 раза выше, чем при хаотическом перемещении катодного пятна. Предположительно это связано с уменьшением потерь металлической составляющей потока в системе управляемого катода (рис. 2.18).

Влияние системы формирования плазменного потока на выход металлической составляющей при изменении времени процесса напыления

Рис. 2.18. Влияние системы формирования плазменного потока на выход металлической составляющей при изменении времени процесса напыления: а — 150 с; б - 300 с; в - 600 с

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  • 1. Как формируется и из чего состоит металлическая плазма?
  • 2. Перечислите способы управления перемещением потока металлической плазмы.
  • 3. Какова цель сепарации потока металлической плазмы?
  • 4. Раскройте влияние потока металлической плазмы в объеме камеры на свойства осаждаемых покрытий.
  • 5. В чем заключается назначение потока газовой плазмы?
  • 6. Опишите устройство газового ускорителя.
  • 7. Перечислите особенности покрытий из потока металлической плазмы и их дефекты.
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы