Реактивные методы нанесения покрытий

В группуреактивных методов нанесения покрытий входят методы получения покрытий из химических соединений, синтез которых осуществляется непосредственно в процессе осаждения. Реактивные методы нанесения покрытий характеризуются тем, что в рабочую камеру напускают химически активный газ, при взаимодействии которого с испаренными атомами и образуется химическое соединение. Наибольшее распространение получили реактивные методы нанесения следующих покрытий:

1.Нитридов металлов. Испарение металла, как правило, осуществляется электронно–лучевым, лазерным или электродуговым способом. В рабочую камеру запускается азот, который в зоне испарения диссоциирует, адсорбируется на поверхности подложки и вступает во взаимодействие с металлом, например, титаном,

Ti+N→TiN.

В зависимости от соотношений потоков азота и титана возможно образование соединений переменного состава TiN_x. Цвет покрытия при этом может меняться от зеленого до желтого. Процесс образования соединений протекает, в основном, на поверхности. В объеме вероятность химического взаимодействия атомов металла и азота низка.

2. Карбидов металлов. В частности, данным методом получают покрытия из карбидов титана, циркония, хрома, вольфрама. Карбиды образуются при испарении металлов в среде углеродосодержащих газов (метана, ацетилена).

3. Оксидов металлов. В этом случае испарение металлов проводят в среде кислорода или паров воды.

Покрытия, получаемые реактивными методами, имеют достаточно высокую твердость, адгезию. Для повышения адгезионной прочности рекомендуется наносить покрытия на подложки, нагретые до температуры 400…600 ˚C.В машиностроении для упрочнения режущего инструмента наносят покрытия нитридов и карбидов металлов толщиной до 10…12 мкм. Часто используются многослойные покрытия, наносимые, как правило, за один технологический цикл. Это достигается, например, путем изменения состава газовой среды.

Метод КИБ является разновидностью реактивных методов нанесения покрытий сложного состава. Образование газовой фазы металла осуществляется электродуговым испарением. Данным методом получают покрытия нитридов (осаждение атомов металла проводится в присутствии активного газа: азота или аммиака), карбидов (активный газ – ацетилен, метан), оксидов (активный газ – кислород) титана, циркония, хрома и других металлов.

Отметим следующие основные преимущества метода КИБ:

1. Универсальность, возможность нанесения покрытий из соединений различной природы и регулирование при этом в широких пределах стехиометрией соединений путем изменения тока дуги, давления реакционного газа и температуры поверхности.

2. Высокие скорость нанесения и адгезия покрытий.

3. Высокая технологичность процесса. Совмещение в едином технологическом цикле стадий очистки, нагрева поверхности до рабочей температуры (200…600 ⁰С) со стадией нанесения функционального покрытия, не используя при этом отдельную технологическую оснастку.

Основные недостатки метода:

1. Сильная зависимость свойств покрытий от технологических режимов, что требует практически для каждой детали проведения отдельных работ по их оптимизации. По этой причине загрузка в вакуумную камеру производится только однотипных деталей.

2. Наличие капельной фазы. При нанесении таких покрытий на поверхность трения капли действуют на поверхность контртела как абразивные частицы.

3. Трудности при нанесении покрытий на мелколезвийный инструмент, так как при ионной очистке инструмента имеет место притупление острых кромок, и они легко разрушаются.

4. Относительно низкая воспроизводимость физико-механических свойств покрытий.

Типовая установка для получения нитридов, оксидов, карбидов металлов методом КИБ включает:

-реакционную камеру с вакуумной системой откачки;

-систему электродугового испарения с блоком питания;

-систему напуска реакционного газа.

Метод КИБ получил широкое применение как способ повышения работоспособности режущего инструмента. Покрытия на основе тугоплавких и теплостойких соединений, таких, как TiN, TiC, Mo₂N, ZrN и других, формируемые методом КИБ обладают высокой твердостью, химической стойкостью, хорошей адгезией к подложке, способностью адсорбировать смазывающие вещества и большим сопротивлением к износу.

Дата добавления: 2017-01-14