Способ получения покрытий в вакууме

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 827399 А 5 С 23 С 14/2 САНИ ЗОБ О ТОРСКОМУ С нанесение покрытий сацией в вакууме при зиционных материатения: перед нанесетия на металлической ся адгезионный подкм путем испарения става, мас. : А 1 1 - 20, е. Изобретение обесадгезии 11 окрытия к(57) Использование: испарением и конден производстве кампо лов. Сущность изобре нием основного покры подложке формирует лой толщиной 1-5 м плава следующего со ерроцерий остально ечивает повышение одложке, 2 табл,КРЫТИЙ В(54) СПОСВАКУУМЕ ОЛУЧЕН ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) 1юл, М 26лектросвврки им. Е.О, Патоннов, Б,А, Мовчан, А,Ф. Манприенкосвидетельство СССРС 23 С 14/02, 1989,Изобретение касается нанесения покрытий, в частности нанесения покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть применено при производстве композиционных материалов,Цель изобретения - повышение адгезии покрытия при температуре предварительного подогрева подложки ниже температуры ее рекристаллизации, т. е, получение высокой адгезии покрытия при сохранении механических свойств подложки. Металлографическими и рентгеноструктурными исследованиями было установлено, что в этом. случае испаряемый сплав вступает в реакцию с поверхностной пленкой окислов, которая присутствует на каждой металлической подложке. При этом образуется слой кермета, в котором присутствуют как чистые металлы, так и их оксиды, Тонкий слой такого кермета (1-5 мкм) оказался прекрасным адгезионным подслоем, который значительно повысил адгезию основного покрытия при невысокой температуре подложки.. "ОЙОИЗВИТЕ Н И Яа.аи 1 н:, техничепкда Сущность способа заключается в следующем,Подложку помещают в вакуумную камеру, снабженную двумя испарителями. В один испаритель загружают слиток сплава ферроцерий-алюминий, в другой - материал основного покрытия, Камера вакуумируется, после чего производят предварительный прогрев подложки, Диапазон температур а предварительного подогрева ограничен (ф снизу температурой обезгаживания поверхностной пленки окислов и сверху - температурой начала рекристаллиэации материала подложки. Следует также помнить, что при больших скоростях конденсации (в нашем О случае 3 - 5 мкм/мин) наблюдается дополни- О тельный разогрев поверхности подложки эа счет выделения скрЬтой твйлоты конденсации. Этот дополнительный разогрев может составлять 50-100 С.Важной характеристикой является толщина адгезионного подслоя. Как показали наши опыты оптимальная толщина находится в пределах 1-5 мкм. При толщине подслоя менее 1 мкм не обеспечивается прочное сцеп 1827399ление между покрытием и основой, поскольку количества осажденного сплава ферроцерий-алюминий оказывается недостаточно для полного связывания пленки оксидов на поверхности пОдлОжки, При толщине подслоя более 5 мкм из-эа существенного раз-. личия коэффициентов теплового линейного расширения подслоя и основы возникают значительные термические напряжения на границе раздла подслой-Основа. Это приводит к скалыванию покрытия в целом.П р и.м е р. В качестве подложки использовали нагартованную высокопрочную стальную проволоку марки ВНС - 9 диаметром 150 мкм с пределОм прочности 3600 МПа, Такая проволока применяется в качестве дешевого и доступного упрочнителя при изготовлении композиционных материалов. Задача состояла в том, чтобы нанести на проволоку покрытие, обеспечить его высокую адгезию и не допустить снижение предела прочности проволоки более чем на 10 ,Проволоку помещали в вакуумную камеру электронно-лучевой установки УЭ - 173 У, разработанной в Институте электросварки им, Е.О. Патона. Камера снабжена двумя кристаллизаторами, нагревателем проволоки излучательного типа, а также механизмом, обеспечивающим равномерное перемещение проволоки с заданной скоростью. В первый по ходу проволоки кристалл изатор помещали слиток сплава ферроцерий-алюминий, Во второй кристаллизатор загружали материал основного покрытия. В качестве основного покрытия на проволоку наносили следуоцие материалы: титан, никель, алюминий, диборид титана, карбид кремния и диоксид циркония.Для сравнения были изготовлены образцы проволоки по прототипу и по авторскому свидетельству М 783361. В этих случаях в первый кристаллизвтор загружался слиток ферроцерия или магния,В этих опытах все металлические слитки были предварительно переплавленц элекронным лучом в вакууме, а штабики керамики спрессованы и отожжены в вакууме. Сплав ферроцерий-алюминий выплавлялся порциями непосредственно в установке У 3-173 У, В качестве исходных материалов применяли чистый аломиний и ферроцерий марки МЦ - 40 по ТУ 48 - 4-280-73. Химический. Состав ферроцерия был следующим: ( ,4), Се 52,8; Ее 2,1; Х РЗМ - 45,1,Порядок работы установки был таковым. Вначале проволока проходит через нагреватель, где за счет излучения вольфрамовых стержней нагревается до заданной температуры 250-350 С). Затем проволока попадает в зону испарения первого испарителя и на нее наносится адгезионный подслой. Далее она проходит вовторую зону испарения, где осаждается основное покрытие,Прочность проволоки определяли наразрывной машине РМУ - 0,05 - 1 со скоростью Ч = 0,1 мм с, база испытаний 50 мм.-1Предел прочности каждого образца право 10 доки определяли как среднеарифметическую величину не менее,10 определений.Получены следующие значения: пределпрочности проволоки в исходном соСтоянии - 3600 МПа; проволок с. покрытием и15 температурой подогрева не более 350 С -в, пределах 3260-3550 МПа. То есть разупрочнение проволоки не превысило 10 ф,Испытание адгезии покрытий производилось путем навивки проволоки на собст 20 венный диаметр, Установлено, что принанесении магния или ферроцерия в качестве адгезионного подслоя, основное покрытие отслаивалось.При нанесении подслоя из сплава ферроцерий-алюминий была получена надежная адгезия покрытий как металлических,так и керамических. При испытании проволок с керамическими покрытиями в них появлялись трещины, однако отслаивания не30 происходило.Оптимальное содержание алюминия всплаве ферроцерий-алюминий находится. впределах 1-2000, При отклонении от этихпределов качество адгезии основного по 35 крытия заметно ухудшается. Обьясняетсяэто, по-видимому, тем что такой состав сплава близок к эвтектическому сплаву 97 Се- 3/ А 1, который имеет достаточно низкуютемпературу плавления (625 С) и высокую40 реакционную способность. При длительнойработе установки требуется подпитка ванныалюминием, так как он имеет более высокуюупругость пара, чем остальные компонентысплава.45 Как показцваот наши опыты, содержание железа в подслое не оказывает решающего влияния на адгезию, Прочность.сцепления основного покрытия с проволокой обеспечивается при довольно широком50 диапазоне содержаний железа в подслое -от 0 до 50 ф.ПО специальной методике была определена прочность адгезии при испытании наотрыв. При применении предлагаемого ад 55 гезионного подслоя прочность составила70-90 МПа в зависимости от типа покрытия.Аналогичная величина для покрытия по прототипу была примерно в 3 - 4 раза ниже.Предлагаемый способ был также проверен при нанесении покрытий наследующие1827399 Таблица 1 Таблица подложки: стальную сварочную проволоку марки Св - 08 Г 2 С диаметром 1,2 мм, титановую проволоку диаметром 2 мм, медную и молибденовую проволоку диаметром 1 мм, стальную нержавеющуюу ленту размером 5 9 х 0,3 мм, латунную ленту б х 0,5 мм, На проволоку ВНС - 9 наносили также двух- и трехслойные покрытия. Во всех случаях адгеэионный подслой из сплава ферроцерий-. алюминий оказался весьма эффективным. 10Конкретные технологические режимы при нанесении опытных покрытий были следующими. ускоряющее напряжение во всех случаях было одинаковым - 20 кВ, скорость движения проволоки или ленты -0,5 м(мин. 15Остальные показатели режимов для адгеэионного подслоя приведены в табл. 1, а для основного покрытия - в табл. 2.Использование предложенного нами способа получения покрытий с высокими 20 адгезионными свойствами позволяет значительно повысить качество композиционных материалов и других иэделий с покрытиями. Формула изобретения Способ получения покрытий в вакууме, включающий нагрев металлической подложки до температуры ниже порога рекристаллизации материала подложки и последовательное нанесение адгезионного подслоя и основного покрытия путем испарения исходного материала и осаждения его " паров на подложку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества покрытий за счет увеличения их адгезии к подложке, в качестве исходного материала при нанесении адгезионного подслоя используют сплав следующего состава, мас, :Алюминий 1-20;Ферроцерий Остальное,