RU2009100667A

RU2009100667A - Установка для комбинированной ионно-плазменной обработки и нанесения покрытий

Info

Publication number: RU2009100667A
Application number: RU2009100667/02A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Михайлович Смыслов (RU); Анатолий Михайлович Смыслов; Марина Константиновна Смыслова (RU); Марина Константиновна Смыслова; Михаил Юрьевич Дыбленко (RU); Михаил Юрьевич Дыбленко; Аскар Джамилевич Мингажев (RU); Аскар Джамилевич Мингажев; Константин Сергеевич Селиванов (RU); Константин Сергеевич Селиванов; Вячеслав Юрьевич Гордеев (RU); Вячеслав Юрьевич Гордеев; Александр Ильич Рябчиков (RU); Александр Ильич Рябчиков; Игорь Борисович Степанов (RU); Игорь Борисович Степанов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" (RU); Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология"
Priority date: 2009-01-11
Filing date: 2009-01-11
Publication date: 2010-07-20
Also published as: RU2425173C2

Abstract

1. Установка для комбинированной ионно-плазменной обработки и нанесения покрытий, содержащая цилиндрическую вакуумную камеру с загрузочной дверью, оснащенную фланцевыми соединениями для установки технологических модулей, вакуумопровода, вакуумных насосов и вакуумных вводов, поворотное приспособление для размещения обрабатываемых изделий, технологические модули, систему подачи газов, откачную систему, источники питания и блок управления, отличающаяся тем, что в качестве технологических модулей установка содержит по крайней мере один протяженный вакуумно-дуговой генератор металлической плазмы, включающий плоский катод размерами 1200×120×30 мм и выполненный с возможностью обеспечения тока разряда до 400 А, напряжения горения дуги от 20 до 30 В, напряжения холостого хода от 80 до 100 В, снабженный источником питания дуги с коммутатором переключения до 500 А, по крайней мере один протяженный генератор газовой плазмы в комплекте с источником питания, выполненный с возможностью обеспечения тока разряда до 250 А, плотности ионного тока насыщения из плазмы до 10 мА/см2, неравномерности распределения плотности плазмы вдоль вертикальной плоскости плазменного потока не более 15%, обеспечения работы с газами Ar, N и имеющий размеры выходной апертуры 1200×100 мм, по крайней мере один среднечастотный дуальный магнетрон в комплекте с источником питания, имеющий размеры мишеней 1200×120 мм и выполненный с возможностью обеспечения напряжения разряда от 0,35 до 1 кВ, тока разряда до 30 А, частоты генерации разряда до 4·104 с-1, скорости нанесения покрытия до 12 мкм/ч, обеспечивающий работу с газами N, Ar, O2 и их смесями при рабочем давлении газов от 0,04 д�

Claims

1. Установка для комбинированной ионно-плазменной обработки и нанесения покрытий, содержащая цилиндрическую вакуумную камеру с загрузочной дверью, оснащенную фланцевыми соединениями для установки технологических модулей, вакуумопровода, вакуумных насосов и вакуумных вводов, поворотное приспособление для размещения обрабатываемых изделий, технологические модули, систему подачи газов, откачную систему, источники питания и блок управления, отличающаяся тем, что в качестве технологических модулей установка содержит по крайней мере один протяженный вакуумно-дуговой генератор металлической плазмы, включающий плоский катод размерами 1200×120×30 мм и выполненный с возможностью обеспечения тока разряда до 400 А, напряжения горения дуги от 20 до 30 В, напряжения холостого хода от 80 до 100 В, снабженный источником питания дуги с коммутатором переключения до 500 А, по крайней мере один протяженный генератор газовой плазмы в комплекте с источником питания, выполненный с возможностью обеспечения тока разряда до 250 А, плотности ионного тока насыщения из плазмы до 10 мА/см², неравномерности распределения плотности плазмы вдоль вертикальной плоскости плазменного потока не более 15%, обеспечения работы с газами Ar, N и имеющий размеры выходной апертуры 1200×100 мм, по крайней мере один среднечастотный дуальный магнетрон в комплекте с источником питания, имеющий размеры мишеней 1200×120 мм и выполненный с возможностью обеспечения напряжения разряда от 0,35 до 1 кВ, тока разряда до 30 А, частоты генерации разряда до 4·10⁴ с^-1, скорости нанесения покрытия до 12 мкм/ч, обеспечивающий работу с газами N, Ar, O₂ и их смесями при рабочем давлении газов от 0,04 до 0,1 Па, по крайней мере один высокочастотный, короткоимпульсный источник напряжения смещения, выполненный с возможностью обеспечения плазменно-иммерсионной ионной имплантации и/или осаждения покрытий при амплитуде напряжений от 0,5 до 4 кВ, частоте следования импульсов до 10⁵ с^-1, длительности импульсов до 5 мкс и величине тока в импульсе до 15 А.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит источник питания инверторного типа, выполненный с возможностью обеспечения диапазона изменения напряжения от 0 до 900 В, диапазона изменения тока от 0 до 50 А; при работе в режиме тлеющего разряда: напряжение от 0 до 900 В, максимальный ток до 8 А; в режиме ионной очистки: напряжение от 0 до 900 В, максимальный ток до 32 А; в режиме напыления: напряжение от 0 до 900 В, максимальный ток до 50 А;

3. Установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что содержит электромагнитный плазменный фильтр жалюзийного типа с системой питания к протяженному вакуумно-дуговому генератору металлической плазмы, имеющий длину электродов от 900 до 1400 мм и выполненный с возможностью обеспечения степени очистки плазмы от микрокапельной фракции 10²…10³ при коэффициенте прозрачности фильтра для ионного компонента плазменного потока до 0,4.

4. Установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что вакуумная камера установки выполнена из немагнитной нержавеющей стали, по крайней мере, с семью фланцами для размещения генераторов плазмы и имеет размеры: диаметр рабочей зоны от 900 до 1000 мм, высота рабочей зоны от 1400 до 1500 мм, причем вакуумная камера установки выполнена с возможностью обеспечения следующих параметров: предельное остаточное давление не хуже 6,6·10^-3 Па, рабочее давление 0,065…0,65 Па, время откачки до давления 6,6·10^-3 Па - 30 мин, рабочая температура в камере до 500°С, а плоскость разъема загрузочной двери установки проходит через всю высоту вакуумной камеры и отсекает часть обечайки вакуумной камеры в плоскости, параллельной плоскости, проходящей через вертикальную ось обечайки вакуумной камеры.

5. Установка по п.3, отличающаяся тем, что вакуумная камера установки выполнена из немагнитной нержавеющей стали, по крайней мере, с семью фланцами для размещения генераторов плазмы и имеет размеры: диаметр рабочей зоны от 900 до 1000 мм, высота рабочей зоны от 1400 до 1500 мм, причем вакуумная камера установки выполнена с возможностью обеспечения следующих параметров: предельное остаточное давление не хуже 6,6·10^-3 Па, рабочее давление 0,065…0,65 Па, время откачки до давления 6,6·10^-3 Па - 30 мин, рабочая температура в камере до 500°С, а плоскость разъема загрузочной двери установки проходит через всю высоту вакуумной камеры и отсекает часть обечайки вакуумной камеры в плоскости параллельной плоскости, проходящей через вертикальную ось обечайки вакуумной камеры.

6. Установка по любому из пп.1, 2 и 5, отличающаяся тем, что поворотное приспособление для размещения обрабатываемых изделий состоит из нижней и верхней частей, выполненных с возможностью независимого друг от друга функционирования, причем верхняя часть поворотного приспособления выполнена с возможностью размещения длинномерных изделий.

7. Установка по п.3, отличающаяся тем, что поворотное приспособление для размещения обрабатываемых изделий состоит из нижней и верхней частей, выполненных с возможностью независимого друг от друга функционирования, причем верхняя часть поворотного приспособления выполнена с возможностью размещения длинномерных изделий.

8. Установка по п.4, отличающаяся тем, что поворотное приспособление для размещения обрабатываемых изделий состоит из нижней и верхней частей, выполненных с возможностью независимого друг от друга функционирования, причем верхняя часть поворотного приспособления выполнена с возможностью размещения длинномерных изделий.

9. Установка по любому из пп.1, 2, 5, 7 и 8, отличающаяся тем, что вакуумная камера выполнена с водяной рубашкой охлаждения, обеспечивающей охлаждение вакуумных уплотнений и теплоотвод от камеры до 50 кВт, снабженной на выходном коллекторе датчиком температуры и выдерживающей водяное давление до 6 кгс/см².

10. Установка по п.6, отличающаяся тем, что вакуумная камера выполнена с водяной рубашкой охлаждения, обеспечивающей охлаждение вакуумных уплотнений и теплоотвод от камеры до 50 кВт, снабженной на выходном коллекторе датчиком температуры и выдерживающей водяное давление до 6 кгс/см².

11. Установка по любому из пп.1, 2, 5, 7, 8 и 10, отличающаяся тем, что содержит технологические модули, выполненные с возможностью обеспечения процессов ионной очистки поверхности материалов, обеспечения высококонцентрационной ионной имплантации, обеспечения формирования переходных слоев между основой и покрытием, обеспечения осаждения покрытий в условиях ионного ассистирования с возможностью обеспечения регулирования интенсивностью последовательного и/или совместного воздействия на поверхность потоков плазмы и ускоренных ионов, с возможностью обеспечения комбинированных режимов ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов с возможностью обеспечения условий реализации процессов в едином вакуумном объеме и технологическом цикле различных видов энергетического воздействия, включая следующие сочетания: имплантация ионов газа или металла, ионная очистка с использованием генератора газовой или металлической плазмы в условиях формирования на обрабатываемых деталях непрерывного отрицательного потенциала смещения, осаждение покрытий из плазмы вакуумной дуги и/или магнетронного разряда, осаждение покрытия из плазмы вакуумной дуги и магнетронного разряда одновременно в условиях ионного ассистирования протяженным генератором газовой плазмы.

12. Установка по п.3, отличающаяся тем, что содержит технологические модули, выполненные с возможностью обеспечения процессов ионной очистки поверхности материалов, обеспечения высококонцентрационной ионной имплантации, обеспечения формирования переходных слоев между основой и покрытием, обеспечения осаждения покрытий в условиях ионного ассистирования с возможностью обеспечения регулирования интенсивностью последовательного и/или совместного воздействия на поверхность потоков плазмы и ускоренных ионов, с возможностью обеспечения комбинированных режимов ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов с возможностью обеспечения условий реализации процессов в едином вакуумном объеме и технологическом цикле различных видов энергетического воздействия, включая следующие сочетания: имплантация ионов газа или металла, ионная очистка с использованием генератора газовой или металлической плазмы в условиях формирования на обрабатываемых деталях непрерывного отрицательного потенциала смещения, осаждение покрытий из плазмы вакуумной дуги и/или магнетронного разряда, осаждение покрытия из плазмы вакуумной дуги и магнетронного разряда одновременно в условиях ионного ассистирования протяженным генератором газовой плазмы.

13. Установка по п.4, отличающаяся тем, что содержит технологические модули, выполненные с возможностью: обеспечения процессов ионной очистки поверхности материалов, обеспечения высококонцентрационной ионной имплантации, обеспечения формирования переходных слоев между основой и покрытием, обеспечения осаждения покрытий в условиях ионного ассистирования с возможностью обеспечения регулирования интенсивностью последовательного и/или совместного воздействия на поверхность потоков плазмы и ускоренных ионов, с возможностью обеспечения комбинированных режимов ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов с возможностью обеспечения условий реализации процессов в едином вакуумном объеме и технологическом цикле различных видов энергетического воздействия, включая следующие сочетания: имплантация ионов газа или металла, ионная очистка с использованием генератора газовой или металлической плазмы в условиях формирования на обрабатываемых деталях непрерывного отрицательного потенциала смещения, осаждение покрытий из плазмы вакуумной дуги и/или магнетронного разряда, осаждение покрытия из плазмы вакуумной дуги и магнетронного разряда одновременно в условиях ионного ассистирования протяженным генератором газовой плазмы.

14. Установка по п.6, отличающаяся тем, что содержит технологические модули, выполненные с возможностью обеспечения процессов ионной очистки поверхности материалов, обеспечения высококонцентрационной ионной имплантации, обеспечения формирования переходных слоев между основой и покрытием, обеспечения осаждения покрытий в условиях ионного ассистирования с возможностью обеспечения регулирования интенсивностью последовательного и/или совместного воздействия на поверхность потоков плазмы и ускоренных ионов, с возможностью обеспечения комбинированных режимов ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов с возможностью обеспечения условий реализации процессов в едином вакуумном объеме и технологическом цикле различных видов энергетического воздействия, включая следующие сочетания: имплантация ионов газа или металла, ионная очистка с использованием генератора газовой или металлической плазмы в условиях формирования на обрабатываемых деталях непрерывного отрицательного потенциала смещения, осаждение покрытий из плазмы вакуумной дуги и/или магнетронного разряда, осаждение покрытия из плазмы вакуумной дуги и магнетронного разряда одновременно в условиях ионного ассистирования протяженным генератором газовой плазмы.

15. Установка по п.9, отличающаяся тем, что содержит технологические модули, выполненные с возможностью обеспечения процессов ионной очистки поверхности материалов, обеспечения высококонцентрационной ионной имплантации, обеспечения формирования переходных слоев между основой и покрытием, обеспечения осаждения покрытий в условиях ионного ассистирования с возможностью обеспечения регулирования интенсивностью последовательного и/или совместного воздействия на поверхность потоков плазмы и ускоренных ионов, с возможностью обеспечения комбинированных режимов ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов с возможностью обеспечения условий реализации процессов в едином вакуумном объеме и технологическом цикле различных видов энергетического воздействия, включая следующие сочетания: имплантация ионов газа или металла, ионная очистка с использованием генератора газовой или металлической плазмы в условиях формирования на обрабатываемых деталях непрерывного отрицательного потенциала смещения, осаждение покрытий из плазмы вакуумной дуги и/или магнетронного разряда, осаждение покрытия из плазмы вакуумной дуги и магнетронного разряда одновременно в условиях ионного ассистирования протяженным генератором газовой плазмы.

16. Установка по любому из пп.1, 2, 5, 7, 8, 10, 12-15, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность стенки вакуумной камеры снабжена секционными быстросъемными экранами из нержавеющей стали, выполненными с возможностью предохранения поверхности стенок от запыления и имеющими вырезы и отверстия, соответствующие размерам и расположению соответствующих фланцевых соединений и вакуумных вводов.

17. Установка по любому из пп.1, 2, 5, 7, 8, 10, 12-15, отличающаяся тем, что вакуумные уплотнения выполнены из материала, обеспечивающего герметичность при температурах до 300-350°С.

18. Установка по любому из пп.1, 2, 5, 7, 8, 10, 12-15, отличающаяся тем, что входы вращения и подачи высокого напряжения на изделия оснащены изоляцией, выдерживающей рабочие напряжения U=6 кВ.

19. Установка по любому из пп.1, 2, 5, 7, 8, 10, 12-15, отличающаяся тем, что снабжена термопарными и ионизационными датчиками давления, выполненными с возможностью их совместной работы.

20. Установка по любому из пп.1, 2, 5, 7, 8, 10, 12-15, отличающаяся тем, что снабжена источниками ускоренных ионов металлов и газов, выполненных на одной базе с возможностью изменения сорта ускоряемых ионов.

21. Установка по любому из пп.1, 2, 5, 7, 8, 10, 12-15, отличающаяся тем, что ионный источник выполнен с возможностью обеспечения свободного доступа для смены катодов и сервисного обслуживания диодного блока.

22. Установка по любому из пп.1, 2, 5, 7, 8, 10, 12-15, отличающаяся тем, что ионный источник выполнен с возможностью обеспечения длительной работы при температуре до 500°С.

23. Установка по любому из пп.1, 2, 5, 7, 8, 10, 12-15, отличающаяся тем, что содержит микропроцессорную систему автоматизации, выполненную с возможностью обеспечения контроля за работой установки и с возможностью управления основными элементами и технологическими модулями установки, а также с возможностью обеспечения непрерывного мониторинга технологических режимов, автономного поддержания заданных режимов работы источников ионов и плазмы и обеспечения их изменения по командам с пульта оператора.

24. Установка по п.23, отличающаяся тем, что содержит нижний уровень системы автоматизации, включающий датчики и вторичные преобразователи, обеспечивающие формирование входных электрических аналоговых и дискретных сигналов системы автоматизации, а также исполнительные механизмы: реле, переключатели, шаговые двигатели, клапаны, причем подсистема нижнего уровня включает резервный блок ручного управления, выполненный с возможностью обеспечения управления технологическими режимами работы установки.

25. Установка по п.24, отличающаяся тем, что содержит средний уровень системы автоматизации, включающий программируемый логический контроллер, модули ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов, адаптер, источники питания.