UA86105U

UA86105U - Plasma - arc coating forming device

Info

Publication number: UA86105U
Application number: UAU201308682U
Authority: UA
Inventors: Валерий Федорович Семенюк; Георгий Никитович Веремийченко
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Грэсэм Иновейшн"
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2013-12-10
Also published as: WO2015005888A1

Abstract

A plasma-arc coating forming device comprises a vacuum chamber in which the axially symmetrical cathode from electrically conductive material, the anode, which covers the cathode, shielding electrode disposed between the cathode and the anode, a magnetic system consisting of two successive disposed solenoid elements, a substrate holder and a power source are successively axially symmetric arranged. The magnetic system is complemented with the third solenoid element, which is mounted with a flat surface by the second solenoid element. Between the substrate holder and the end working surface of the cathode the ring separating electrode is mounted. At that there is the correlation between the diameters of anode D, separation electrode D, and cathode D: D>D>D.

Description

Корисна модель належить до технологічних пристроїв формування плівкових покриттів, композитних структур та багатошарових систем. Пристрій може бути використаний в виробництві інструмента для металообробки, формуванні бар'єрних антидифузійних багатошарових систем, багатокомпонентних захисних антикорозійних покриттів та при створенні жаротривких багатошарових систем функціональних елементів ракетної та авіаційної техніки.The useful model belongs to technological devices for the formation of film coatings, composite structures and multilayer systems. The device can be used in the production of tools for metalworking, the formation of barrier anti-diffusion multilayer systems, multi-component protective anti-corrosion coatings and in the creation of heat-resistant multilayer systems of functional elements of rocket and aviation equipment.

Існують різноманітні типи вакуумно-дугових технологічних пристроїв. Так наприклад в роботіThere are various types of vacuum-arc technological devices. For example, at work

ІА.М. Дородное, В.А. Петросов. О физических принципах и типах вакуумньїх технологических устройств. ЖТФ, 1981. - Том 51. - В. 3. - С. 504-524) розглянуті та проаналізовані основні характеристики вакуумно-дугових пристроїв та фізичні процеси в них, коротка історія їх розвитку та класифікація. Основа роботи таких пристроїв лежить в ефективній організації трьох стадій робочого процесу: 1. Генерація атомарного потоку пару робочої речовини. 2. Іонізація нейтральних атомів. 3. Прискорення та формування потоку плазми, з якого утворюється покриття.I.M. Dorodnoye, V.A. Petrosov On the physical principles and types of vacuum technological devices. ZhTP, 1981. - Volume 51. - V. 3. - P. 504-524) considered and analyzed the main characteristics of vacuum-arc devices and physical processes in them, a brief history of their development and classification. The basis of the operation of such devices lies in the effective organization of three stages of the work process: 1. Generation of an atomic stream of steam of the working substance. 2. Ionization of neutral atoms. 3. Acceleration and formation of the plasma flow from which the coating is formed.

Найбільшого поширення в практиці набули пристрої, в яких генерація робочої речовини здійснюється на торцевій робочій поверхні катода з "гарячих" мікроплям та шляхом розпилення іонами з розряду. Такий пристрій складається з осесиметрично розташованих катода, анода, що охоплює катод, магнітної системи у вигляді соленоїдального елемента, тримача з підкладинкою та джерел живлення. За допомогою взаємного розташування катода, анода та магнітної системи поблизу робочої поверхні катода утворюється зона із схрещеними ЕхВ полями, в якій виникає азимутальний дрейф електронів. В прикатодній плазмі нейтральні атоми іонізуються, а утворені іони прискорюються в напрямку тримача з підкладинкою. Таким чином, в розглянутому пристрої реалізується холовський механізм прискорення та фокусування плазмового потоку.Devices in which the generation of the working substance is carried out on the end working surface of the cathode from "hot" microspots and by sputtering with ions from the discharge have become the most widespread in practice. Such a device consists of an axisymmetrically located cathode, an anode covering the cathode, a magnetic system in the form of a solenoid element, a holder with a substrate, and power sources. With the help of the mutual location of the cathode, anode and magnetic system, a zone with crossed ExB fields is formed near the working surface of the cathode, in which an azimuthal drift of electrons occurs. In the near-cathode plasma, neutral atoms are ionized, and the formed ions are accelerated in the direction of the holder with the substrate. Thus, in the considered device, the Holov mechanism of acceleration and focusing of the plasma flow is implemented.

Формування покриттів на підкладинці відбувається з потоку, що складається з іонів, нейтральних атомів та краплинної фракції. Параметри пристрою наступні: 1. Ступінь іонізації в потоці - декілька десятків відсотків. 2. Потужність розряду - (1-6)х103 Вт. 3. Напруга розряду - (20-50) В. 4. Струм розряду - (100-300) А.The formation of coatings on the substrate occurs from the flow consisting of ions, neutral atoms and droplet fraction. The parameters of the device are as follows: 1. The degree of ionization in the flow is several tens of percent. 2. Discharge power - (1-6)x103 W. 3. Discharge voltage - (20-50) V. 4. Discharge current - (100-300) A.

Зо 5. Масова витрата матеріалу катоду (0,1-1) г/хв. 6. На процес генерації робочої речовини витрачається (10-20) 95 електричної потужності. 7. Швидкість росту покриття - (0,1-1) мкм/хв.From 5. Mass consumption of cathode material (0.1-1) g/min. 6. The process of generating the working substance consumes (10-20) 95% of electrical power. 7. The growth rate of the coating is (0.1-1) μm/min.

Незважаючи на прийнятні технологічні параметри, зазначеним вакуумно-дуговим пристроям притаманні наступні недоліки: 1. Наявність в плазмовому потоці краплинної фракції в (1-10) 96 розміром від декількох мікронів і менше, що погіршує структуру та властивості одержаних покриттів. 2. Відхід технологічних параметрів (швидкість росту та рівномірність товщини покриття) пристрою від оптимальних внаслідок зміни форми катоду, що витрачається.Despite the acceptable technological parameters, the specified vacuum-arc devices have the following disadvantages: 1. The presence in the plasma flow of a droplet fraction in (1-10) 96 with a size of several microns and smaller, which deteriorates the structure and properties of the resulting coatings. 2. Deviation of the technological parameters (growth rate and uniformity of the coating thickness) of the device from the optimal due to the change in the shape of the spent cathode.

В технічних рішеннях (Раї. 6465780 В1. 05. Іпі.СІ" ВО10О 59/44. Рінегв Тог саїйоде АВС ріазта.In technical decisions (Rai. 6465780 B1. 05. Ipi.SI" VO10O 59/44. Rinegv Tog saiode AVS riazta.

А. Апдегї»5 еї. аІ. Заявл. 4.31.2000. Опубл. 10.15.20021, (Раї. 6635156 ВІ. 05. Іпї.СІ" С230 14/32.A. Apdegi"5 ei. AI. Application 4.31.2000. Publ. 10.15.20021, (Rai. 6635156 VI. 05. Ipi.SI" C230 14/32.

Ргодисіпа єЇесігіс АВС ріазта іп а сигміїпєаг ріазтадиціде апа в5!ибрзігаїе соаїйпа. А.І. Богодпом.Rhodysipa eYesigis AVS riazta ip a sigmiipyeag riaztadicide apa v5!ybrzigaie soaiypa. A.I. Bogodpom

Заявл. 10.4.1999. Опубл. 10.21.2003, (Ра. 6692623 В2. 05. ІпСІ" б230 14/32. Масиит АВС марог дерозійоп аррагацшве апа АВС марог дерозйіоп теїпод. К. Мідаке. Заявл. 3.28.2002. Опубл. 2.17.2004| мікрокраплинна частина плазмового потоку відфільтровується криволінійним плазмоводом. Такі пристрої успішно використані для одержання плівок а-С, плівкових систем таких, як ТІМ(С) -Аі2Оз-ТіІМ(С) та композитних покриттів (21-АЇ)М, (Мо-АМ)М, (21-Мо)М. Незважаючи на задовільні технологічні досягнення, використання криволінійних плазмоводів значно зменшує швидкість росту покриттів внаслідок втрати нейтральної компоненти плазмового потоку при транспортуванні до підкладинки. Також в цих пристроях не розв'язано проблему відходу технологічних параметрів із-за зміни форми катода, що витрачається. При реалізації та експлуатації таких пристроїв мають місце відомі складнощі, зумовлені присутністю криволінійного плазмоводу.Application 10.4.1999. Publ. 10.21.2003, (Ra. 6692623 B2. 05. IPSI" b230 14/32. Masiit AVS marog derosiyop arragatssheve apa AVS marog derosiyop teipod. K. Midake. Application. 3.28.2002. Publ. 2.17.2004| microdroplet part of the plasma flow filtered by a curvilinear plasma conductor. Such devices have been successfully used to produce a-C films, film systems such as TIM(C)-Al2Oz-TiIM(C) and composite coatings (21-AI)M, (Mo-AM)M, (21 -Mo) M. Despite satisfactory technological achievements, the use of curved plasma conductors significantly reduces the growth rate of coatings due to the loss of the neutral component of the plasma flow during transport to the substrate. Also, in these devices, the problem of the departure of technological parameters due to the change in the shape of the cathode has not been solved During the implementation and operation of such devices, there are known difficulties caused by the presence of a curvilinear plasma conductor.

Найбільш близьким по суті до корисної моделі, що заявляється, є технічне рішення (Пат. 10775А Україна. МПК С23С 14/0, опубл. 25.12.1996), яке є найближчим аналогом до корисної моделі, що заявляється. Пристрій складається з осесиметрично розташованих катода з електропровідного матеріалу, екрана, кільцевого анода, який охоплює катод з екраном, магнітної системи з двох соленоїдальних елементів, які включені зустрічно і охоплюють катод, екран та анод, тримач з підкладинкою та джерел живлення. Екран, що охоплює катод, фіксує протікання струму дугового розряду між анодом та катодом, а разом із магнітною системою 60 забезпечує локалізацію дугового розряду в кільцевій зоні біля робочої поверхні катода та рівномірну ерозію витратного електрода. Іонний потік на робочу поверхню катода, який направлений із зони утримання електронів в схрещених ЕхВ полях, забезпечує додаткову емісію частинок плазми із витратного катода. В такому виконанні плазмового пристрою здійснюється додаткова іонізація нейтральних атомів матеріалу витратного катода в кільцевій зоні біля робочої поверхні катода. За допомогою розглянутого пристрою при швидкості росту плівок до 5 мкм/хв. одержані наступні покриття: Тім, 12Х18Н10Т, СтМі, АІМі товщиною до 200The technical solution (Pat. 10775A Ukraine. МПК С23С 14/0, publ. 12.25.1996) is the closest in essence to the claimed utility model, which is the closest analog to the claimed utility model. The device consists of axisymmetrically located cathodes made of conductive material, a screen, a ring anode that covers the cathode with the screen, a magnetic system of two solenoidal elements that are turned on oppositely and cover the cathode, screen and anode, a holder with a substrate and power sources. The screen covering the cathode fixes the flow of the arc discharge current between the anode and the cathode, and together with the magnetic system 60 ensures the localization of the arc discharge in the annular zone near the working surface of the cathode and uniform erosion of the consumable electrode. The ion flow to the working surface of the cathode, which is directed from the zone of electron retention in the crossed ExB fields, provides additional emission of plasma particles from the spent cathode. In this version of the plasma device, additional ionization of neutral atoms of the consumable cathode material is carried out in the annular zone near the working surface of the cathode. With the help of the considered device at a film growth rate of up to 5 μm/min. the following coatings were obtained: Tim, 12Х18Н10Т, StMi, AIMi with a thickness of up to 200

МКМ.MKM.

Поряд з перевагами перед іншими аналогами розглянутий пристрій має такі недоліки: 1. Недостатня рівномірність плазмового потоку в площині підкладинки. 2. Присутність в плазмовому потоці мікрокрапельної фракції. 3. Відхід технологічних параметрів від оптимальних із-за зміни геометрії катода в процесі формування покриттів.Along with the advantages over other analogues, the considered device has the following disadvantages: 1. Insufficient uniformity of the plasma flow in the plane of the substrate. 2. The presence of a microdroplet fraction in the plasma flow. 3. Deviation of technological parameters from optimal ones due to changes in the geometry of the cathode in the process of coating formation.

В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення плазмо-дугового дугового пристрою формування покриттів шляхом введення в конструкцію третього соленоїдального елемента, забезпечення рухомості вздовж осі соленоїдального елемента, що охоплює електроди в межах розташування екрана, та установлення між підкладинкою та катодом кільцевого сепаруючого електрода, що забезпечує досягнення високої рівномірності покриттів за відсутності мікрокрапельної фракції та стабілізує технологічні параметри працюючого пристрою.The basis of the useful model is the task of improving the plasma-arc arc device for the formation of coatings by introducing a third solenoid element into the design, ensuring mobility along the axis of the solenoid element covering the electrodes within the location of the screen, and installing a ring separating electrode between the substrate and the cathode, which ensures the achievement of high uniformity of coatings in the absence of microdroplet fraction and stabilizes the technological parameters of the working device.

Поставлена задача вирішується тим, що запропоновано плазмово-дуговий пристрій формування покриттів, що містить в собі вакуумну камеру, в якій осесиметрично послідовно розташовані осесиметричний катод з електропровідного матеріалу, анод, який охоплює катод, екрануючий електрод, який розміщений між катодом та анодом, магнітна система, що складається з двох послідовно розташованих соленоїдальних елементів, тримач підкладинки та джерела живлення, в якому, згідно з корисною моделлю, магнітна система доповнена третім соленоїдальним елементом, який установлений плоскою поверхнею за другим соленоїдальним елементом, причому між тримачем підкладинки та торцевою робочою поверхнею катода встановлений кільцевий сепаруючий електрод, при цьому між діаметрами анода ба, сепаруючого електрода Ос та катода Ок виконується співвідношення: Од» Ос» Ок.The task is solved by proposing a plasma-arc device for forming coatings, which contains a vacuum chamber in which an axisymmetric cathode made of electrically conductive material, an anode that covers the cathode, a shielding electrode that is placed between the cathode and the anode, and a magnetic system , consisting of two sequentially located solenoidal elements, a substrate holder and a power source, in which, according to a useful model, the magnetic system is supplemented by a third solenoidal element, which is installed with a flat surface behind the second solenoidal element, and between the substrate holder and the end working surface of the cathode is installed ring separating electrode, while the ratio between the diameters of the anode ba, the separating electrode Os and the cathode Ok is: Od»Os»Ok.

Зо Крім цього перший соленоїдальний елемент оснащений механізмом для переміщування вздовж осі пристрою.In addition, the first solenoidal element is equipped with a mechanism for movement along the axis of the device.

Новими ознаками, які має технічне рішення, що заявляється, в порівнянні з найближчим аналогом, є установка третього соленоїдального елемента, застосування кільцевого сепаруючого електрода між підкладинкою та катодом, певні співвідношення між діаметрами сепаруючого електрода, анода та катода і забезпечення рухомості першого соленоїдального елемента вздовж осі системи.The new features of the claimed technical solution, compared to the closest analog, are the installation of the third solenoid element, the use of a ring separating electrode between the substrate and the cathode, certain ratios between the diameters of the separating electrode, anode and cathode, and ensuring the mobility of the first solenoid element along the axis systems.

Можливість реалізації корисної моделі, що заявляється, ілюструється графічним матеріалом: на фігм. 1 зображено схематичне креслення плазмово-дугового пристрою формування покриттів, на фіг. 2 - структуру магнітного поля в просторі між катодом та підкладинкою при розташуванні рухомого соленоїдального елемента в площині робочої поверхні катода, а на фіг. З структуру магнітного поля при віддаленні рухомого соленоїдального елемента від площини робочої поверхні катода.The possibility of implementing a useful model, which is claimed, is illustrated by graphic material: in fig. 1 shows a schematic drawing of a plasma-arc device for forming coatings, in fig. 2 - the structure of the magnetic field in the space between the cathode and the substrate when the moving solenoid element is located in the plane of the working surface of the cathode, and in fig. From the structure of the magnetic field when moving the solenoidal element away from the plane of the working surface of the cathode.

Запропонований плазмово-дуговий пристрій формування покриттів належить до технологічних прискорювачів плазми твердих речовин. В цьому прискорювачі в парах матеріалу катода розвивається розряд, що являє собою форму вакуумної дуги. Основну частину напруги розряду складають катодне падіння потенціалу та падіння потенціалу в плазмі розряду.The proposed plasma-arc device for the formation of coatings belongs to technological accelerators of plasma of solid substances. In this accelerator, a discharge develops in the vapors of the cathode material, which is a form of a vacuum arc. The main part of the discharge voltage consists of the cathodic potential drop and the potential drop in the discharge plasma.

Важливою умовою роботи є стабілізація розряду на робочій поверхні катода. Мікрокрапельна фракція, яка утворюється на цій поверхні катода, іонізується в прикатодній зоні розряду та у вигляді позитивно заряджених частинок великої маси потрапляє в кільцеву зону утримання електронів в схрещених електричному та магнітному полях. Кільцева зона локалізована на рівні стикування соленоїдальних елементів 11 та 12, як показано на кресленні фіг. 1, які включені зустрічно. В цій зоні з високою концентрацією електронів, маючи великі розміри та масу, отримують плаваючий потенціал, від'ємний по відношенню до потенціалу плазми, спрямовуються в напрямку анода б на периферію плазмового потоку та висаджуються на сепаруючому електроді 8.An important working condition is the stabilization of the discharge on the working surface of the cathode. The microdroplet fraction that forms on this surface of the cathode is ionized in the near-cathode area of the discharge and in the form of positively charged particles of large mass enters the annular zone of electron retention in crossed electric and magnetic fields. The annular zone is located at the level of the junction of the solenoidal elements 11 and 12, as shown in the drawing of fig. 1, which are included opposite. In this zone with a high concentration of electrons, having large dimensions and mass, they receive a floating potential, negative in relation to the plasma potential, are directed in the direction of the anode b to the periphery of the plasma flow and land on the separating electrode 8.

Таким чином, завдяки спільній дії соленоїдальних елементів 11, 12 та сепаруючого електрода 8, реалізується принцип автосепарації мікрокрапельної фракції, який полягає в тому, що від'ємно заряджені мікрокраплі під дією електричного поля розряду та магнітного поля соленоїдальних елементів 11, 12 локалізуються на периферії плазмового потоку та бо перехоплюються сепаруючим електродом 8, де їхній заряд нейтралізується. Так при індукціїThus, thanks to the joint action of the solenoidal elements 11, 12 and the separating electrode 8, the principle of self-separation of the microdroplet fraction is realized, which consists in the fact that the negatively charged microdroplets under the action of the electric field of the discharge and the magnetic field of the solenoidal elements 11, 12 are localized on the periphery of the plasma flow and bo are intercepted by the separating electrode 8, where their charge is neutralized. So with induction

В-100 Гс, що забезпечує на осі соленоїальний елемент 11, кількість мікрокрапель в центральній зоні плазмового потоку зменшується на один порядок.B-100 G, which provides on-axis solenoid element 11, the number of microdroplets in the central zone of the plasma flow decreases by one order of magnitude.

Таким чином, наявність в пристрої сепаруючого електрода 8, його розташування по відношенню до анода 6 та першого соленоїдального елемента 11 дає технічний результат, що заявляється, - зменшення мікрокрапельної фракції у потоці металевої плазми. Оптимальне розміщення зазначених елементів підтверджене експериментально. При цьому діаметри анодаThus, the presence in the device of the separating electrode 8, its location in relation to the anode 6 and the first solenoidal element 11 gives the claimed technical result - a reduction of the microdroplet fraction in the metal plasma flow. The optimal placement of these elements has been confirmed experimentally. At the same time, the diameters of the anode

ОА, сепаруючого електрода Ос та катода Ок знаходяться у такому співвідношенні:OA, separating electrode Os and cathode Ok are in the following ratio:

ОА»Ос»Ок (1)OA»Os»Ok (1)

Оптимальна структура магнітного поля вздовж осі пристрою для двох положень рухомого соленоїдального елемента 11 показана на фіг. 2, 3. На цих кресленнях крива І демонструє структуру магнітного поля, що створюється соленоїдальним елементом 11, крива ЇЇ - соленоїдальним елементом 12, крива ПП - соленоїдальним елементом 13, а крива ІМ характеризує сумарне магнітне поле, що створюється спільною дією всіх соленоїдальних елементів. Дані фіг.2 отримані при розташуванні соленоїдального елемента 11 в площині робочої поверхні катода З при відсутності струму в магнітному елементі 13. Фіг. З демонструє структуру магнітного поля при віддаленні рухомого соленоїдального елемента 11 на 40 мм від площини робочої поверхні катода З та при наявності струму в соленоїдальному елементі 13, зустрічного струму в соленоїдальному елементі 12. Символами К, А, С, П на фіг. 2, З позначені положення катода, анода, сепаруючого електрода та підкладинки вздовж осі пристрою, відповідно.The optimal structure of the magnetic field along the axis of the device for two positions of the movable solenoidal element 11 is shown in Fig. 2, 3. In these drawings, curve I shows the structure of the magnetic field created by solenoid element 11, curve IY - by solenoid element 12, curve PP - by solenoid element 13, and curve IM characterizes the total magnetic field created by the joint action of all solenoid elements. The data in Fig. 2 are obtained when the solenoidal element 11 is located in the plane of the working surface of the cathode C when there is no current in the magnetic element 13. Fig. C shows the structure of the magnetic field when the moving solenoid element 11 is 40 mm away from the plane of the working surface of the cathode Z and when there is a current in the solenoid element 13 and a counter current in the solenoid element 12. The symbols K, A, C, P in fig. 2, C indicates the positions of the cathode, anode, separating electrode and substrate along the axis of the device, respectively.

Швидкість ерозії матеріалу катода т визначається співвідношенням: т-рір, (2) де коефіцієнт м. залежить від матеріалу катода. Значення коефіцієнта ерозії д-107 г/Кл для деяких металів становить: АЇ - 1,25; Си - 1,16; Мі - 1,00; Ті - 0,53; Ст - 0,42; М - 0,60. Швидкість втрати маси катода т можна регулювати зміною розрядного струму Ір та індукцією магнітного поля першого соленоїдального елемента 11.The rate of erosion of the cathode material t is determined by the ratio: t-rir, (2) where the coefficient m depends on the cathode material. The value of the erosion coefficient d-107 g/Cl for some metals is: AI - 1.25; Sy - 1.16; Mi - 1.00; Those - 0.53; St - 0.42; M - 0.60. The rate of cathode mass loss t can be adjusted by changing the discharge current Ir and by inducing the magnetic field of the first solenoid element 11.

В процесі формування покриттів особливо великих товщин - 100-200 мкм змінюється форма робочої торцевої поверхні катода, викликає зміну технологічних параметрів, швидкості росту, збільшення нерівномірності покриття та нестабільності роботи розрядної частини пристрою.In the process of forming coatings of particularly large thicknesses - 100-200 microns, the shape of the working end surface of the cathode changes, causing a change in technological parameters, growth rate, increasing unevenness of the coating and instability of the discharge part of the device.

Зо Найбільш ефективно корекція технологічних параметрів досягнута точним переміщенням першого соленоїдального елемента 11 вздовж осі. При цьому параметром підтримання стабільності технологічних характеристик пристрою, що заявляється, може бути постійність струму розряду Ір в процесі витрати катода. Соленоїдальний елемент 11, що переміщується, при взаємодії з третім соленоїдальним елементом 13 дають змогу незалежно регулювати величину радіальної компоненти магнітного поля в зоні прискорення металевої плазми, що забезпечує керування енергією іонів, прискорених за рахунок ефекту Холла, без зміни умов підтримання дугового розряду в зоні робочої поверхні катода. В результаті розширюються технологічні можливості пристрою із збереженням стабільності його параметрів.The most effective correction of technological parameters is achieved by precise movement of the first solenoidal element 11 along the axis. At the same time, the parameter for maintaining the stability of the technological characteristics of the claimed device can be the constancy of the discharge current Ir in the process of cathode consumption. The moving solenoid element 11, when interacting with the third solenoid element 13, makes it possible to independently adjust the value of the radial component of the magnetic field in the zone of acceleration of the metal plasma, which provides control of the energy of ions accelerated due to the Hall effect, without changing the conditions for maintaining the arc discharge in the zone of the working surface of the cathode. As a result, the technological capabilities of the device are expanded while maintaining the stability of its parameters.

Пристрій, що заявляється, складається з фланця 1, в центрі якого через прохідний ізолятор 2 встановлений катод 3, який коаксіально охолоджується водою. Екрануючий електрод 4, що охоплює катод 3, установлений на кільцевому ізоляторі 5. Анод б через водоохолоджувані утримувачі закріплений через прохідні ізолятори 7 на фланці 1, що має з ним електричний контакт. Сепаруючий електрод 8, встановлений між анодом 6 та підкладинкою 9, закріплений за допомогою ізолятора 10. Можливий варіант виконання, за яким сепаруючий електрод 8 закріплений безпосередньо на фланці 1. Магнітна система пристрою складається із соленоїдальних елементів 11, 12, 13. Елементи 11, 12 включені зустрічно, 12 та 13 - узгоджено чи зустрічно. Соленоїдальні елементи 11-13 охоплюють катод 3, екранний електрод 4, анод 6 та сепараційний електрод 8. Розряд між катодом З та анодом б підтримується джерелом 14.The claimed device consists of a flange 1, in the center of which a cathode 3 is installed through a pass-through insulator 2, which is coaxially cooled by water. The shielding electrode 4, covering the cathode 3, is installed on the ring insulator 5. The anode b through water-cooled holders is fixed through the through insulators 7 on the flange 1, which has electrical contact with it. The separating electrode 8, installed between the anode 6 and the substrate 9, is fixed with the help of an insulator 10. A variant of execution is possible, according to which the separating electrode 8 is fixed directly on the flange 1. The magnetic system of the device consists of solenoidal elements 11, 12, 13. Elements 11, 12 included against, 12 and 13 - agreed or against. Solenoidal elements 11-13 cover cathode 3, screen electrode 4, anode 6 and separation electrode 8. The discharge between cathode З and anode b is supported by source 14.

Підкладинка 9, на якій формується покриття, закріплена на тримачі 15, який з'єднаний з від'ємним полюсом джерела 16.The substrate 9, on which the coating is formed, is fixed on the holder 15, which is connected to the negative pole of the source 16.

Плазмово-дуговий пристрій формування покриттів, що заявляється, працює наступним чином. За допомогою спеціального електрода, який на фіг. 1 не показаний, чи іншим відомим чином, між коаксіально розташованими катодом З та анодом 6 створюється дуговий розряд, в якому з робочої торцевої поверхні катода З з катодних плям емітуються електрони, нейтральні та іонізовані атоми робочого матеріалу з мікрокрапельною фракцією. Безкрапельний потік металевої плазми, відсепарований електродом 8 та за участю соленоїдального елемента 11, і прискорений за участю соленоїдальних елементів 12, 13, з високою рівномірністю осаджується на підкладинці 9. Шляхом подачі від'ємного потенціалу на тримач 15 від джерела 16 виконується керування іонною обробкою підкладинки 9 перед нанесенням покриттів, швидкістю 60 осадження, кінетикою росту та структурою одержаних плівок.The claimed plasma-arc coating forming device works as follows. With the help of a special electrode, which in fig. 1 is not shown, or in another known way, an arc discharge is created between the coaxially located cathode Z and anode 6, in which electrons, neutral and ionized atoms of the working material with a microdroplet fraction are emitted from the working end surface of the cathode Z from the cathode spots. The dropless flow of metal plasma, separated by electrode 8 and with the participation of the solenoid element 11, and accelerated with the participation of the solenoid elements 12, 13, is deposited on the substrate 9 with high uniformity. By applying a negative potential to the holder 15 from the source 16, the ion treatment of the substrate is controlled 9 before coating, 60 deposition rate, growth kinetics, and structure of the resulting films.

Пристрій, що заявляється, має такі характеристики: 1. Ступінь іонізації в потоці - біля 100 95. 2. Потужність розряду - (0,5-6)х103 Вт. 3. Напруга розряду - (25-100) В. 4. Струм розряду - (20-100) А. 5. Масова витрата матеріалу катоду (0,1-5) г/хв. 6. На процес генерації робочої речовини витрачається (20-40) 95 електричної потужності. 7. Швидкість росту покриття - (0,1-5) мкм/хв.The claimed device has the following characteristics: 1. The degree of ionization in the flow is about 100 95. 2. The discharge power is (0.5-6) x 103 W. 3. Discharge voltage - (25-100) V. 4. Discharge current - (20-100) A. 5. Mass consumption of cathode material (0.1-5) g/min. 6. The process of generating the working substance consumes (20-40) 95% of electrical power. 7. The growth rate of the coating is (0.1-5) μm/min.

Запропонований пристрій дає змогу успішно одержувати такі покриття та системи: 1. Зносостійкі прозорі з коефіцієнтом прозорості не менше 80 90 покриття на основі нітриду алюмінію з товщиною до 300 мкм. 2. Багатокомпонентні плівки на основі ітрієвої оксидної кераміки з властивостями високотемпературної надпровідності. 3. Багатокомпонентні антикорозійні покриття на основі хромонікелевої неіржавіючої сталі із збереженням складу витратного електрода. 4. Радіаційно стійкі електроізоляційні покриття на основі окису магнію. 5. Радіаційно стійкі зносостійкі покриття на основі нітриду алюмінію. 6. Багатокомпонентні високоентропійні системи. 7. Просторово орієнтовані вуглецеві наноструктури з низькотемпературним формуванням перехідних підшарів та нанокластерів перехідних металів в єдиному вакуумно-технологічному циклі. 8. Прозорі електропровідні плівки на основі окису олова. 9. Магнітні екрани на основі плівок феромагнітних матеріалів. 10. Декоративні покриття на основі нітриду титану. 11. Багатокомпонентні плівки з низькою роботою виходу електронів для робочих електродів глюкометрів з високою точністю заміру складу цукру в крові.The proposed device makes it possible to successfully obtain the following coatings and systems: 1. Wear-resistant transparent coatings with a transparency coefficient of at least 80 90 based on aluminum nitride with a thickness of up to 300 microns. 2. Multicomponent films based on yttrium oxide ceramics with high-temperature superconductivity properties. 3. Multi-component anti-corrosion coatings based on chrome-nickel stainless steel with preservation of the composition of the consumable electrode. 4. Radiation-resistant electrical insulating coatings based on magnesium oxide. 5. Radiation-resistant wear-resistant coatings based on aluminum nitride. 6. Multicomponent high-entropy systems. 7. Spatially oriented carbon nanostructures with low-temperature formation of transition sublayers and nanoclusters of transition metals in a single vacuum-technological cycle. 8. Transparent conductive films based on tin oxide. 9. Magnetic screens based on films of ferromagnetic materials. 10. Decorative coatings based on titanium nitride. 11. Multi-component films with low electron work function for working electrodes of glucometers with high accuracy of blood sugar measurement.

Claims

FORMULA OF THE UTILITY MODEL Zo 1. Plasma-arc device for the formation of coatings, which contains a vacuum chamber in which an axisymmetric cathode made of electrically conductive material, an anode that covers the cathode, a shielding electrode that is placed between the cathode and the anode, a magnetic system, consisting of two sequentially located solenoidal elements, a substrate holder and a power source, which is characterized by the fact that the Z5 magnetic system is supplemented by a third solenoidal element, which is installed with a flat surface behind the second solenoidal element, and between the substrate holder and the end working surface of the cathode, a ring separating electrode is installed , while the ratio between the diameters of the anode A of the separating electrode "C" and the cathode "K is: ОА Об 5 Ок 40 2. The device according to claim 1, which differs in that the first solenoidal element is equipped with a mechanism for movement along the axis of the device.