close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2324

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2324
(13)
C1
6
(51) C 23C 4/12,
(12)
C 23C 4/18,
C 23C 14/46
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
(21) Номер заявки: 1851
(22) 31.03.1994
(46) 30.09.1998
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
(71) Заявитель: Белорусский государственный технологический университет (BY)
(72) Авторы: Белый И.М., Ташлыков И.С. (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский
государственный технологический университет (BY)
(57)
Способ нанесения покрытий, включающий напыление покрытия на поверхность изделия и ионное облучение, отличающийся тем, что напыление и облучение выполняют одновременно плазмой вакуумного
электродугового разряда, а для облучения используют ионы того же материала, что и материал наносимого
покрытия.
(56)
1. Коллиган Дж., Хил А.Е. Использование процесса динамического внедрения атомов отдачи для получения имплантированных материалов.-Минск, 1982.-С.21-29.
2. ЕР 0167383 A., С23C 14/46, 14/58, 1986 (прототип).
Способ относится к области машиностроения и может быть использован для нанесения покрытий на изделия
с целью модифицирования свойств их поверхности.
Известен способ нанесения покрытия, модифицирующего свойства материала или изделия, с применением метода динамического атомного перемешивания (IBAD) [1]. Этот метод обеспечивает высокую адгезию
покрытия на изделии в результате взаимного проникновения материалов на границе подложка-покрытие на
атомном уровне.
Недостатком данного способа является необходимость применения двух источников: источника для нанесения покрытия на изделие путем термического напыления или распыления специальной мишени ускоренными ионами или другими способами, а также источника ускоренных ионов для облучения создаваемой
структуры в процессе ее формирования.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности среди разновидностей метода IBAD является
способ нанесения на изделие покрытия, в котором напыление покрытия и ионное облучение с целью атомного перемешивания осуществляют с применением одного ионного пучка, поочередно направляемого электро-
BY 2324 C1
статическими дефлекторами на специальную мишень для распыления ее вещества и на изделие с наносимым
на него покрытием из материала распыляемой специальной мишени [2].
Данный способ обеспечивает нанесение на изделие покрытия из требуемого материала и его сцепление с
материалом основы на атомном уровне. Однако применение для атомного перемешивания ионов из отдельного
ионного источника приводит к принципиальному недостатку, а именно к введению нежелательных примесей в
формирующуюся поверхность с концентрацией, достигающей величины более десяти атомных процентов, что
снижает свойства модифицируемых изделий. Кроме того, осуществление процесса сопровождается определенными техническими трудностями: необходимостью дополнительной системы для поочередного отклонения
пучка ионов, что, кроме всего прочего, не обеспечивает однородность облучения изделия, геометрическими ограничениями во взаимном расположении распыляемой мишени и изделия, также препятствующими нанесению
однородных покрытий на изделия, особенно сложного профиля.
Задачей изобретения является напыление слоя покрытия в сочетании с ионным облучением для обеспечения перемешивания слоя покрытия с поверхностью изделия без введения в формируемую структуру нежелательных примесей.
Поставленная задача достигается тем, что в способе нанесения покрытия напыление и облучение покрытия на поверхности изделия выполняют одновременно плазмой вакуумного электродугового разряда и для облучения используют ионы того же материала, что и материал наносимого покрытия.
В предлагаемом способе положительные ионы из ионизированной фракции плазмы, ускоряясь под действием электрического поля в результате приложения отрицательного потенциала на изделие, облучают структуру изделие-пленка в процессе нанесения на изделие покрытия.
Из литературных источников неизвестно использование ионного источника плазменного вакуумного электродугового разряда для нанесения покрытий и одновременного облучения формирующейся структуры поверхность изделияпокрытие ионами материала покрытия и нами предлагается впервые.
На фигуре представлен ионный источник 1, создающий плазму вакуумного электродугового разряда, в которой
генерируется нейтральная фракция 2 и положительные ионы 3 из материала электродов. Нейтральная фракция
требуемого материала испаряется в разных направлениях, напыляясь в том числе на изделие 4. Под действием разности потенциалов между отрицательным высоковольтным электродом 5, на котором размещено изделие 4, и источником ионов 1 генерируемые ионы вытягиваются из разрядного промежутка и в соответствии с направлением
напряженности электростатического поля Е(4) устремляются к изделию, внедряясь в поверхность изделия одновременно с напылением на него покрытия. Так осуществляется перемешивание атомов на поверхности изделия с
атомами покрытия, в результате чего формируется модифицированная поверхность 6, адгезия которой с мишенью
обеспечена на атомном уровне. Контроль за процессом нанесения покрытия на изделие и его одновременного облучения осуществляют путем изменения режима работы ионного источника 1 и интегрированием тока ионов
соответствующими приборами 7.
Изобретение поясняется выполнением конкретных примеров.
Пример 1. На полированную поверхность образца, изготовленного из титана, наносят покрытие из никеля. Для этого в ионном источнике применяют никелевые электроды. При нанесении в течение 15 минут покрытия никеля на титан частота электромеханического вибратора составила 27 Гц, плотность тока ионов с
энергией 15 кэВ была j=20±4 мкА/см2. В результате проведенного опыта на титан нанесено покрытие из никеля толщиною ≈13 нм. Элементный состав и распределение компонентов по глубине мишени изучали, применяя метод резерфордовского обратного рассеяния ионов гелия с Е0=2,0 МэВ.
В результате выполненного анализа установлено, что приповерхностный модифицированный слой образца титана
не содержит примесей благородных газов или их концентрация не превышает чувствительности метода (≈2 ат.% для
элементов с M1<Mм и ∼0,001ат.% для элементов с М1>Мм, где М1 - масса атома, Мм - масса атома мишени). Кроме того, происходит перемешивание атомов на границе раздела подложка-покрытие. В частности, относительная концентрация никеля (NNi/NТi) составляет 3 и 0,5 ат.% на глубине ~3 и ∼8 нм соответственно, отсчитываемой от
границы раздела.
Пример 2 (по прототипу). Нанесение покрытия никеля на титан осуществляют в режиме динамического
атомного перемешивания, когда на образец из титана попеременно наносится покрытие из никеля со скоростью ∼15-20 Е (в результате распыления специальной никелевой мишени пучком ионов аргона) и направляется пучок ионов аргона с энергией Е = 10 кэВ и плотностью ионного тока j=4-6 мкА/см2. За время опыта на
титан наносится покрытие никеля толщиной 14 нм. Элементный и послойный анализ модифицированного
образца показал, что в нем произошло атомное перемешивание никеля с титаном в области границы раздела.
Состав по титану и никелю в перемешанном слое толщиною 3 нм соответствует формуле Ti0,6 Ni0,4. На глубине 5 нм от границы раздела относительная концентрация никеля в титане составляет 0,1. Вместе с тем, на спектре
обратного рассеяния ионов гелия, полученном при изучении модифицированного образца, идентифицируется сигнал
от аргона, который свидетельствует о накоплении последнего преимущественно на границе подложка-покрытие.
Слоевая концентрация примеси составляет ∼2,4х1016 Ar/см2, что соответствует средней относительной концентрации в объеме ∼26 и 44 ат.% по отношению к никелю и титану соответственно.
2
BY 2324 C1
Результаты испытаний по определению содержания примесей в покрытиях, наносимых с применением
разных методов, сведены в таблицу.
Материал Материал поподложки крытия, толщина в
нанометрах
Ti
Ni,
15
15,3
14,1
Ti
Ni, 13.0
Mo, 6.2
Сr, 7.3
Метод нанесения по- Вид ионов
крытия
для атомного
перемешивания
IBAD (по прототипу) Аr
Нанесение покрытия
из источника плазмы
электродугового разряда с одновременным
облучением ионами
Ni
Мо
Сr
Энергия
ионов,
кэВ
10
15
Примесь, ее
слоевая концентрация,
см-2
аргон
5х1015
1х1016
2.4х1016
Ниже предела чувствительности
метода POP
(<1014)
Примечание
Примесь локализована в области
границы подложкапокрытие
20
Ti
С (стекло- Ti, 8.3
Сr
углерод) Сr, 10.1
Сu
Сu, 5.1
W
W, 7.2
Si
Ti, 12.1
Ti
20
Cr, 20.4
Сr
Реализация предлагаемого способа обеспечивает получение тонких слоев покрытий, свободных от примесей благородных газов.
Как видно из таблицы, использование предлагаемого способа нанесения покрытий на изделия с целью
модифицирования свойств их поверхности обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
формирующаяся при напылении требуемого материала и одновременном облучении ионами этого же материала поверхность свободна от примесей газов, ионы которых используются для облучения в других способах;
техническая реализация способа существенно упрощает процесс нанесения покрытия и его одновременного облучения по сравнению с известными.
Cоставитель Л.С. Зайкова
Редактор Т.А. Лущаковская
Корректор Т.В. Бабанина
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
124 Кб
Теги
by2324, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа