Способ нанесения покрытий на внутреннюю поверхность длинномерных изделий

(я)5 С 23 С 14/32 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ави, т(54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА . ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ ДЛИННО- МЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение может быть использовано, в частности, в приборостроении и электронике при нанесении покрытий на внутреннюю поверхность длинномерных изделий. Цель изобретения - повышение равномерности покрытий по длине изделий с отношением длины к диаметру от 2:1 до 20:1, для чего испарение и осаждение паров осущестИзобретение относится к нанесению покрытий в вакууме и может найти применение в плазмохимии, приборостроении и электронной технике.Целью изобретения является повышение равномерности покрытий.На фиг. 1 представлена схематично конструкция установки для нанесения покрытий предлагаемым способом; на фиг. 2 и 3 представлена схема ВЧ-плазмотрона установки, поясняющая этапы нанесения покрытий,Установка плазменного нанесения покрытий (фиг. 1) содержит вакуумный блок 1 Ы 3 1491037 А 1 вляют циклически при достижении степЕни ионизации потока 5 10 - 10 и скорости-5 -4потока 450 - 500 м/с. При концентрации паров не менее 30 процесс испарения прекращают. Способ реализован в устройстве. Откачивают остаточные газы из вакуумной камеры 3, затем в разрядную камеру (РК) 6 безэлектродного плазмотрона 2 подают рабочий газ и поджигают плазму, происходит испарение испаряемого материала 10, пары которого концентрируются в плазменном сгустке (ПС) 14 в РК в области индУктора 8. При достижении необходимой концентрации паров испаряемого материала 10 в ПС 14 происходит скачкообразная подача плазмообразующего газа в РК б. При этом ПС 14 через изделие 11 с большой скоростью истекает в вакуумную камеру 3. ВысоВ,ая концентрация и большая скорость предотвращают обеднение паров по мере их продвижения вдоль оси изделия 11, что способствует достижению цели. 3 ил,и безэлектродный ВЧ-плазмотрон 2, Вакуумный блок 1 установки состоит из вакуумной камеры 3 и базовой плиты 4, к которой через вакуумное уплотнение присоединены 3 ВЧ-плазмотрон 2 и патрубок 5 вакуумного насоса, Беззлектродныа ВЧ-плазмотрон 2 )2 к состоит иэ кварцевой разрядной камеры 6 с а рубашкой 7 охлаждения, индуктора 8 и газо- распределительного устройства 9. Испаряемый материал 10 укрепляется в специальном гнезде на гаэораспределительном устройстве 9, а изделие 11 укрепляется с помощью вакуумплотного кольца - держателя 12 на срезе разрядной камеры 6, 1491037Циклическая подача плазмообразующего газа осуществляется через электромагнитный клапан 13,Сущность способа состоит в том, что осэждение покрытий на внутреннюю поверхность длинномерных изделий осуществляется циклически из высококонцентрированного плазменного потока ВЧ-индукционной плазмы при скорости потока 450-500 м/с. концентрации паров испаряемого материала не менее 30 ф, и степени ионизации 5 10 - 10 а,Процесс нанесения покрытий на внутреннюю поверхность трубчатых изделий можно условно разделить на два этапа.На первом этапе производится откачка остаточных газов из вакуумной камеры 3, после чего в разрядную камеру 6 ВЧ-плаэмотрона 2 подается рабочий газ и поджигается плазма. С помощью электромагнитного клапана 13 подача газа прекращается. Под воздействием плазмы происходит интенсивное парообразование испаряемого материала 10. Так как подача рабочего газа отсутствует, пары испаряемого материала концентрируются в плазменном сгустке 14 в разрядной камере 6 в области индуктора 8 (фиг, 2).На втором этапе при достижении необходимой концентрации паров испаряемого материала в плазменном сгустке производится скачкообразная подача плазмообразующего газа в разрядную камеру 6, При этом плазменный сгусток 14 через иэделие 11 с большой скоростью истекает в вакуумную камеру 3. Высокая концентрация и большая скорость предотвращает обеднение паров по мере продвижения их вдоль оси изделия 11 (фиг. 3). Таким образом, реализуются условия, при которых параметры плазменного сгустка на входе и выходе изделия одинаковы, что обеспечивает равномерность покрытия по длине иэделия и однородность свойства. Для достижения необходимой толщины покрытия процесс циклически повторяется.Если скорость плазменной струи меньше 450 м/с, то осаждение покрытия происходит преимущественно на начальном участке изделия при скорости большей 500 м/с, имеет место неэффективное использование испаряемого материала, что снижает скорость роста пленки, так как большая часть паров выносится плазменной струей эа поверхность обработки. При концентрации паров испаряемого вещества меньше 30 поток испаряемого материала быстро обедняется парами по мере движения его по оси изделия. При степени ионизации,меньшей 5 10-", не обеспечивается 30- ная концентрация паров испаряемого вещества в плазменном потоке, а степень ионизации, большая 10, приводит к испа-арению осаждаемого покрытия. При циклическом воздействии плазменной струи изделие предохраняется от нагрева и обеспечиваются необходимые скорости плазменного потока и его концентрация, 10 П р и м е р. Способ реализуется наВЧ-плазменной установке, схематично представленной на фиг. 1, Процесс нанесения покрытий осуществляется следующим образом, В разрядной камере плазмотрона 15 создается пониженное давление рабочегогаза 10 Па, С помощью ВЧ-электромагнитного поля индуктора возбуждается плазма аргона со степенью иониэации не менее 10 . В плазменный сгусток вводится испа-а20 ряемый материал. Подача плазмообраэующего газа прекращается 1 осле того, как в плазменном сгустке происходит интенсивное парообраэование, При этом плазменная струя отсутствует и пары испаряемого вещества концентрируются в плаэменнол 1 сгустке. При достижении 30;-ного содержания паров в сгустке осуществляегся скачкообразная подача плазмообраэующе о газа в разрядную камеру, при этом много компонентный поток устремляется черезиэделие в вакуумную камеру со скорстью порядка 500 м/с. Получаемая концентрация плаэменнойструис парами испаряемого вещества и достигаемая скорость обеспечива ют необходимую равномерность покрытияпо длине иэделия с соотношением длины к диаметру от 2;1 до 20:1, После этого подача аргона прекращается, происходит парообраэование и процесс циклически повторяет ся до достижения необходимой толщиныпокрытия.Способ реализуется при следующих режимах работы установки: мощность, вкладываемая в разряд, 3.1 кВт; частота 45 генератора 1,76 МГц; время парообраэования при беэрасходном режиме 2 мин; время осаждения при скачке расхода 1 г,с-0,1 с,Предлагаемым способом можно получить электроиэоляционные, токопроводя щие. защитные, оптические, износостойкиеи др. покрытия с высокими эксплуатационными характеристиками, Так, покрытие из Т 1 С, нанесенное на внутреннюю поверхность гайки, позволило уменьшить износ па ры винт-гайка и увеличить ресурс работывакуумной запорной арматуры в 3 раза.Формула изобретения Способ нанесения покрытий на внутреннюю поверхность длинномерных изделий, включающий испарение материала в1491031 Г КФ 40 С ВЧ-индукционной плазме и перенос плазменным потоком паров испаряемого материала с последующим их осаждением, отличающийся тем,что,сцелью повышения равномерности покрытий по длине иэделий с соотношением длины к диаметру от 2;1 до 20:1, испарение и осаждение паров осуществляют циклически при достижении степени ионизации потоа 5 10 - 10 и скорости потока 450-500 м/с, 5 причем при концентрации паров не менее30,ь процесс испарения прекращают,149103Заказ 1970 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытия113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ГКНТ ССС твенно-издательский комбинат "Патент", г, Уж рои