UA10775A - METHOD For vacuum arc coverings application and device for realization the same - Google Patents

Abstract

The applied group of inventions relares to the field of technique of ionic-plasma vacuum-arc application of protective-decorative and functional coatings with the set properties in mechanical engineering, instrument making and other regions, where the purposeful change of physical descriptions is needed, and composition of wares surface. A method involves evaporation of electric conducting materials at presence of аксиально-symmetric cathode, influence on the butt end working surface of cathode of the parallel to it permanent аксиально-symmetric magnetic field.

Description

Заявленная группа изобретений относится к области техники ионно-плазменного вакуумно-дугвого нанесения защитно-декоративньїх и функциональньх покрьїтий с заданньми свойствами в машиностроений, приборостроений и других областях, где необходимо целенаправленное изменениеє физических характеристик, и состава поверхности изделий.The claimed group of the invention belongs to the field of technology of ion-plasma vacuum-arc application of protective-decorative and functional coatings with specified properties in machine-building, instrument-building and other areas where it is necessary to purposefully change the physical characteristics and composition of the surface of the products.

Широкое промьшленное применение для указанньх целей нашли вакуумно-дуговье испарители с расходуемьм катодом, в которьїх генерация частиц, входящих в состав материала покрьітия, происходит в катодньїх пятнах на расходуемой рабочей поверхности катода.Vacuum-arc evaporators with a consumable cathode have found wide industrial application for these purposes, in which the generation of particles that are part of the coating material occurs in cathode spots on the consumable working surface of the cathode.

Найиболее близким по отношению к заявленной группе изобретений по сущности и достигаемому результату и взятьім в качестве прототипа является техническое решение, описанное в Патенте Германии ОО 265 506. В зтом техническом решений для уменьшения содержания микрокапельной фракции в пленке покрьїтия создаются постояннье во времени аксиально-симметричнье магнитнье поля, воздействующие на торцевую рабочую поверхность катода параллельно ей. Магнитная система устройства, описанного в указанном патенте, состоит из двух встречно включенньх магнитньїх катушек, расположенньїх коаксиально с катодом, имеющим цилиндрическую или в виде усеченного конуса форму, и создающих постоянноеє магнитное поле, параллельное рабочей поверхности катода. Зто устройство является зффективньм при работе с катодами из нетугоплавких материалов, например, при использованиий алюминиевого катода.The technical solution described in Patent Germany OO 265 506 is closest to the claimed group in terms of its essence and the achieved result, and taken as a prototype. In this technical solution, to reduce the content of the microdroplet fraction in the coating film, a permanent axially symmetric magnetic field is created fields acting on the end working surface of the cathode parallel to it. The magnetic system of the device described in the specified patent consists of two oppositely connected magnetic coils, arranged coaxially with the cathode, having a cylindrical or truncated cone shape, and creating a permanent magnetic field parallel to the working surface of the cathode. Therefore, the device is effective when working with cathodes made of non-refractory materials, for example, when using an aluminum cathode.

Однако, защищенное Патентом Германимй 0О 265 506 техническое решение не позволяет получить вьісококачественньюе покрьития с уменьшенньм содержаниєм микрокапель при работе с катодами, состоящими из материалов, на поверхности которьїх катоднье пятна имеют малье скорости спонтанного перемещения и которье не сублимируют в вакууме, например, железо и его сплавнь!.However, the technical solution protected by German Patent 0O 265 506 does not allow obtaining a high-quality coating with a reduction in the content of microdroplets when working with cathodes consisting of materials on the surface of which cathode spots have low velocities of spontaneous movement and which do not sublimate in a vacuum, for example, iron and float away!

Заявленная группа изобретений направлена на решение задачи уменьшения числа и размеров микрокапель при вакуумно-дуговом нанесений покрьтий путем дополнительного воздействия на катод ионного потока с знергией, превьишающей катодное падение потенциала, для обеспечения вьісокого качества покрьтия посредством повьішения его плотности и однородности. В результате реализации заявленной совокупности существенньхх признаков достигнут технический результат - получение внісококачественньіх одно- и многокомпонентньїх покрьтий с заданньми функциональньми свойствами (антикоррозионньєе, злектроизоляционньюе, износостойкиєе, зкранирующие и др.) на металлах и дизлектриках, включая пластмассь, при температуре изделий ниже 450 К при использованиий катодов, вбіполненньїх из материалов с температурой плавления ниже 2000 К.The claimed group of inventors is aimed at solving the problem of reducing the number and size of microdroplets when a vacuum-arc applied coating is applied by additional exposure to the cathode of an ion stream with an energy loss exceeding the cathodic potential drop, to ensure high quality of the coating by increasing its density and uniformity. As a result of the implementation of the declared set of essential features, a technical result was achieved - obtaining high-quality single- and multi-component coatings with specified functional properties (anti-corrosion, electro-insulating, wear-resistant, shielding, etc.) on metals and dielectrics, including plastics, at product temperatures below 450 K when using cathodes filled with materials with a melting temperature below 2000 K.

Указанньй технический результат достигается тем, что при осуществлении способа вакуумно-дугового нанесения покрьттий, которьій включаеєт испарениеє злектрически проводящих материалов при наличийи аксиально-симметричного катода, воздействие на торцевую рабочую поверхность катода параллельного ей постоянного аксиально-симметричного магнитного поля, на торцевую рабочую оповерхность катода дополнительно воздействуют ийионньм потоком с знергией, превишающей катодноє падение потенциала.The specified technical result is achieved by the fact that during the implementation of the vacuum-arc deposition method, which includes the evaporation of electrically conductive materials in the presence of an axially symmetric cathode, the effect on the end working surface of the cathode of a constant axially symmetric magnetic field parallel to it, on the end working surface of the cathode in addition are affected by an ion flow with an energy loss exceeding the cathodic potential drop.

Катод вьіполняется из материала с температурой плавления ниже 2000 К. Могут использоваться катодь, вьіполненньсе из материала с температурой плавления вьіше 2000 К. Однако, зффект снижения содержания и размеров микрокапель в плазменном потоке материала покрьтия найболее сильно проявляєтся при использований катодов, віиіполненньїх из материалов с болеє низкой температурой плавления, например, из нержавеющей стали и сплавов алюминия.The cathode is made of a material with a melting temperature below 2000 K. A cathode made of a material with a melting temperature of more than 2000 K can be used. However, the effect of reducing the content and size of microdroplets in the plasma flow of the coating material is most strongly manifested when cathodes made of materials with more than low melting point, for example, from stainless steel and aluminum alloys.

Ионньй поток на торцевую рабочую поверхность катода направляют из расположенной вблизи указанной поверхности области удержания злектронов в скрещенньхх злектрическом поле разряда и внешнем магнитном поле, здесь осуществляют дополнительную ионизацию паров материала катода и обеспечивают протекание тока разряда на анод в кольцевой зоне, расположенной около упомянутой поверхности. Такая реализация найболее предпочтительна из-за своей простотьі и внутренней согласованности со структурой злектрического поля, обеспечивающего протекание тока дугового разряда. Возможнь! и другие реализации, например, направлениє ионного потока на катод от дополнительного кольцевого источника ионов или нескольких ионньх источников.The ion stream is directed to the end working surface of the cathode from the area of electron retention located near the indicated surface in the crossed electric field of the discharge and the external magnetic field, here they carry out additional ionization of the vapors of the cathode material and ensure the flow of the discharge current to the anode in the annular zone located near the mentioned surface. This implementation is the most preferable due to its simplicity and internal consistency with the structure of the electric field, which ensures the flow of the arc discharge current. Possible! and other implementations, for example, directing the ion flow to the cathode from an additional ring source of ions or several ion sources.

Устройство для вакуумно-дулового нанесения покрьтий овключает осесимметричньй катод из злектропроводящего материала с торцевой рабочей оповерхностью и коаксиально расположенную охватьвающую катод магнитную систему, состоящую из двух встречно включенньїх магнитньїх катушек, и снабжено вакуумной рабочей камерой, где размещеньі средства крепления и перемещения обрабатьіваемьх изделий; к камере присоединен вакуумно-дуговой источник потока плазмь! материала покрьітия с системой инициирования дугового разряда, которьій включаєт размещеннье коаксиально внутри магнитной системь охватьвающий катод зкранирующий злектрод и охватьвающий его анод, при зтом зкранирующий злектрод имеет злектрический контакт с рабочей камерой, а анод злектрического контакта с рабочей камерой не имеет; обрабатьяваеємье изделия, размещеннье в средствах крепления, расположеньі в прямой видимости вдоль оси источника потока плазмьі), проходящей перпендикулярно рабочей поверхности катода через ее центр; анод размещен так, что вьіполнено условиє пересечения боковой поверхности анода плоскостью, проходящей через рабочую поверхность катода; геометрические размерь! магнитньїх катушек магнитной системь! и протяженность анода в сторону обрабатьвваємьх изделий таковьі, что в области пространства между боковьіми поверхностями катода и анода в плоскости, проходящей через- рабочую поверхность катода, каждая силовая линия магнитного поля наклонена под уллом менее 45 градусов к указанной плоскости при условий пересечения боковой поверхности анода только один раз в зоне пересечения с указанной боковой поверхностью плоскости, проходящей через рабочую поверхность катода; в области расположения злементов крепления катода, зкранирующего злектрода и анода обеспечено непересечениє боковьіїх поверхностей злементов крепления зтих злектродов, направленньїх параллельно оси источника потока плазмьі, силовьіми линиями магнитного поля. Угол наклона силовьїх линий магнитного поля менее 45 градусов обеспечиваєт преимущественно дополнительное ускорение плазменного потока, а не ег фокусировку.The device for vacuum-muzzle coated coating includes an axisymmetric cathode made of electrically conductive material with an end working surface and a coaxially arranged magnetic system covering the cathode, consisting of two oppositely connected magnetic coils, and is equipped with a vacuum working chamber, where the means of fastening and moving the processed products are located; a vacuum-arc plasma flow source is connected to the chamber! coating material with a system of arc discharge initiation, which includes placing coaxially inside the magnetic system a covering cathode shielding electrode and an anode covering it, while the shielding electrode has electrical contact with the working chamber, and the anode has no electrical contact with the working chamber; processed products, placed in the means of fastening, located in line of sight along the axis of the source of the plasma flow), passing perpendicular to the working surface of the cathode through its center; the anode is placed in such a way that it fully conditions the intersection of the lateral surface of the anode with a plane passing through the working surface of the cathode; geometric dimensions! magnetic coils of magnetic systems! and the extension of the anode in the direction of the processed products is such that in the area of the space between the lateral surfaces of the cathode and the anode in the plane passing through the working surface of the cathode, each line of force of the magnetic field is inclined at an angle of less than 45 degrees to the indicated plane under the conditions of intersection of the lateral surface of the anode only once in the zone of intersection with the indicated side surface of the plane passing through the working surface of the cathode; in the area of the attachment elements of the cathode, shielding electrode and anode, the side surfaces of the attachment elements of those electrodes, directed parallel to the axis of the plasma flow source, are not crossed by the lines of force of the magnetic field. The angle of inclination of the lines of force of the magnetic field of less than 45 degrees mainly provides additional acceleration of the plasma flow, and not its focusing.

Источник потока плазмьї материала покрьїтия присоединен к рабочей камере через изолированньй от внешней атмосферь патрубок, обеспечивающий возможность изменения расстояния от катода до поверхности обрабатьіваемьх изделий в пределах 150 ... 500 мм и угла между осью источника потока плазмь! и нормалью к поверхности обрабатьвваємьх изделий в пределах 0 ... 45 градусов. Возможнь и другие варианть! присоединения источника потока плазмь! материала покриьїтия к рабочей камере.The source of the plasma flow of the coating material is connected to the working chamber through a nozzle isolated from the external atmosphere, providing the possibility of changing the distance from the cathode to the surface of the processed products within 150 ... 500 mm and the angle between the axis of the plasma flow source! and normal to the surface of the processed products within 0 ... 45 degrees. Other options are possible! connection of the plasma flow source! coating material to the working chamber.

Совокупность перечисленньїх виіше существенньїх признаков находится в причинно-следственной связи с достигнутьім техническим результатом - при реализации зтой совокупности признаков получень внісококачественнье одно- и многокомпонентнье покрьітия с -заданньми функциональньми свойствами при уменьшений числа и размеров микрокапель.The totality of the listed more essential features is in a causal relationship with the achieved technical result - when implementing this set of features, a high-quality single- and multi-component coating with the specified functional properties is obtained with a reduced number and size of microdroplets.

Предлагаемое техническое решение представляет собой способ вакуумно-дугового нанесения покрьїтий и устройство для его осуществления посредством вакуумно-дугового осаждения на поверхность изделий, которье размещень в вакуумной рабочей камере. Катод и анод подключеньі к источнику злектрической мощности, которьій предназначен для поддержания дугового разряда между рабочей поверхностью катода и анодом в магнитном поле, обеспечивающем протекание тока на анод поперек магнитного поля в узкой зоне, расположенной вблизи рабочей поверхности катода, удержание катодньїх пятен на рабочей поверхности катода и дополнительное ускорение плазменного потока от катода в направлений обрабатьваємьїх изделий.The proposed technical solution is a method of vacuum-arc coating and a device for its implementation by means of vacuum-arc deposition on the surface of products, which is placed in a vacuum working chamber. The cathode and anode are connected to a source of electric power, which is intended to maintain an arc discharge between the working surface of the cathode and the anode in a magnetic field, ensuring the flow of current to the anode across the magnetic field in a narrow zone located near the working surface of the cathode, retention of cathodic spots on the working surface of the cathode and additional acceleration of the plasma flow from the cathode to the direction of the processed products.

Вблизи рабочей поверхности катода локализуется зона протекания тока дугового разряда на катод поперек магнитного поля, что обеспечивает расположениеє области удержания злектронов в скрещенньх злектрическом и магнитном полях на минимальном удалений от рабочей поверхности катода. В результате зта поверхность катода подвергается дополнительному воздействию интенсивного вьісокознергетичного потока ийонов, возникающих в области удержания злектронов, что сокращаєт время развития катодного пятна для того состояния, при котором происходит его перемещениєе под действием магнитного поля в соседнюю точку поверхности катода за счет развития в ней нового катодного пятна. Сокращение времени развития катодного пятна связано с изменениєем его стартовьїх условий. Позтому плотность йонного потока, которая приводит к данному явлению, должна, по крайней мере, превьиішать величину плотности ионного потока, необходимую для инициирования вакуумно-дугового разряда между катодом и анодом. Сокращение времени развития катодного пятна позволяет повьісить индукцию магнитного поля, обеспечивающего удержаниє катодньїх пятен на рабочей поверхности катода, без угрозьі перегрева катода из-за локализации катодньхх пятен вблизи его центра. Так как протекание тока на анод происходит поперек магнитного поля, то зто приводит к повьнішению напряжения дугового разряда. В результате знергия ионов в дополнительном потоке, поступлающем на катод, которая определяєтся разностью потенциалов точки рождения иона и катода, оказьіваєтся существенно вьіше катодного падения потенциала.Near the working surface of the cathode, the arc discharge current flow zone is localized on the cathode across the magnetic field, which ensures the location of the electron retention region in the crossed electric and magnetic fields at the minimum distance from the working surface of the cathode. As a result, the surface of the cathode is exposed to the additional influence of an intense high-energy flow of ions arising in the area of retention of electrons, which reduces the time for the development of the cathode spot for the state in which it moves under the action of a magnetic field to a neighboring point on the surface of the cathode due to the development of a new cathode spot in it spots The reduction in the development time of the cathodic spot is associated with a change in its starting conditions. Therefore, the density of the ion flux, which leads to this phenomenon, must at least exceed the value of the density of the ion flux necessary for the initiation of a vacuum-arc discharge between the cathode and the anode. Reducing the time of development of the cathode spot allows you to suspend the induction of the magnetic field, which ensures the retention of the cathode spots on the working surface of the cathode, without the threat of overheating of the cathode due to the localization of the cathode spots near its center. Since the flow of current to the anode occurs across the magnetic field, it leads to an increase in the voltage of the arc discharge. As a result, the deenergization of ions in the additional flow entering the cathode, which is determined by the difference in the potentials of the ion generation point and the cathode, turns out to be significantly higher than the cathodic potential drop.

Сокращениє времени развития катодного пятна из-за изменения стартовьїх условий вследствиє дополнительного воздействия на катод вьісокознергетичного интенсивного потока ионов из области удержания злектронов является дополнительной по отношению к ускорению движения катодного пятна под действием магнитного поля - причиной, уленьшающей время пребьвания катодного пятна в данной точке катода. Зто оказььвается благоприятньмм фактором, снижкающим нагрев материала катода в окрестности катодного пятна. В результате уменьшаєтся вероятность разбрьзгивания о материала катода на заключительной стадиий развития катодного пятна и уменьшаются размерь и количество микрокапель, которне поступают с катода в плазменньй поток в направлений обрабатьіваемьх изделий даже при работе с катодами из материалов с низкой температурой плавления.The reduction in the time of the development of the cathode spot due to the change in the starting conditions due to the additional impact on the cathode of the high-energy intensive flow of ions from the area of electron retention is additional to the acceleration of the movement of the cathode spot under the action of the magnetic field - the reason that decreases the time the cathode spot stays at this point of the cathode. This turns out to be a favorable factor that reduces the heating of the cathode material in the vicinity of the cathode spot. As a result, the probability of spattering on the cathode material at the final stage of the development of the cathode spot decreases, and the size and quantity of microdroplets that enter the plasma stream from the cathode to the directed processed products decreases, even when working with cathodes made of materials with a low melting point.

Кроме того, близкое расположение области удержания злектронов к рабочей поверхности катода приводит к тому, что микрокапли, покидающие катод с положительньм зарядом, заряжаются в области удержания злектронов до вьісокого отрицательного заряда и под действием злектрического поля разряда собираются вне плазменного потока в прианодном слое. В результате они не попадают в область расходящегося магнитного поля, где пройсходит дополнительное ускорениє плазменного потока, и не получают дополнительного импульса в направлений обрабатьвваємьх изделий. Зто также снижаєт долю микрокапельной фракции в покрьїтии.In addition, the close location of the zelectron retention region to the working surface of the cathode leads to the fact that microdroplets leaving the cathode with a positive charge are charged in the zelectron retention region to a high negative charge and, under the action of the electric field of the discharge, collect outside the plasma flow in the perianodic layer. As a result, they do not fall into the region of the diverging magnetic field, where additional acceleration of the plasma flow takes place, and they do not receive an additional impulse in the direction of the processed products. This also reduces the share of the microdroplet fraction in the coverage.

Интенсивная бомбардировка катода вьі-сокознергетичньіми ионами, имеющими знергию, превишаюшую катодноеє падение потенциала, препятствует образованию на рабочей поверхности катода окисньїх или нитридньїх пленок при дуговом разряде в среде соответствующих реактивньх газов. В результате исключаєтся понижение качества покрьтия за счет внедрения в покриьтиє твердьїх фрагментов, которье могут возникать из-за растрескивания указанньх пленок.Intensive bombardment of the cathode with high-energy ions having a zero energy exceeding the cathodic potential drop prevents the formation of oxide or nitride films on the working surface of the cathode during an arc discharge in the environment of the corresponding reactive gases. As a result, a decrease in the quality of the coating due to the introduction of solid fragments into the coating, which may occur due to the cracking of the specified films, is excluded.

Предлагаемая в заявляемой группе изобретений взаймосвязанная конфигурация магнитного и злектрического полей, которая обеспечиваєт протеканиє тока разряда на анод и удержание злектронов в скрещенньіїх полях в локальной области вблизи рабочей поверхности катода, приводит также к тому, что практически весь поток пара с катода, не успевая рассеяться, ионизируется и, пройдя область удержания злектронов, ускоряется от катода в направлений обрабатьіваємьх изделий в расходящемся магнитном поле.The interconnected configuration of the magnetic and electric fields proposed in the claimed group, which ensures the flow of the discharge current to the anode and the retention of the electrons in the crossed fields in the local region near the working surface of the cathode, also leads to the fact that almost the entire flow of steam from the cathode, not having time to dissipate, it is ionized and, passing through the region of electron retention, is accelerated from the cathode into the direction of the processed product in a diverging magnetic field.

Позтому заявляемое устройство может работать в значительно более широком диапазоне давлений остаточного газа, так как в нем исключена потеря паровой компонентьі из-за рассеяния на частицах остаточного газа по пути от катода до удаленной от него области дополнительной ионизации, как зто имеет место в известньїх технических решениях. Верхнюю границу области рабочих давлений определяет условие замагничен-ности злектронов ове/Уеп» 1, где Фве - злектронная циклотронная частота, уеп - частота упругих столкновений злектронов с нейтральньми частицами. Позтому, из-за отсутствия жестких ограничений на величину магнитного поля в области рабочей поверхности катода, верхняя граница рабочих давлений может доходить до величинь 100 Па.Therefore, the proposed device can work in a much wider range of pressures of the final gas, since it excludes the loss of the vapor component due to scattering on particles of the final gas on the way from the cathode to the region of additional ionization remote from it, as is the case in known technical solutions . The upper limit of the range of working pressures is determined by the condition of magnetization of electrons Ove/Uep» 1, where Fve is the electron cyclotron frequency, Uep is the frequency of elastic collisions of electrons with neutral particles. Therefore, due to the absence of strict restrictions on the magnitude of the magnetic field in the area of the working surface of the cathode, the upper limit of working pressures can reach values of 100 Pa.

Зто ограничение определяєтся только целесообразньми затратами знергий на создание магнитного поля. В результате упрощаєтся вакуумно-дуговая система при нанесений, например, антикоррозионньіх покрьтий из хромоникелевой нержавеющей стали, так как отпадаєт необходимость использовать внісоковакуумньсе средства откачки.So the limitation is determined only by the expedient expenditure of energy to create a magnetic field. As a result, the vacuum-arc system is simplified when applied, for example, with anti-corrosion coatings made of chrome-nickel stainless steel, as there is no need to use high-vacuum pumping equipment.

Вьгссокая плотность и знергия плазменного потока, ускоряемого в направлений обрабатьіваємьх изделий,The high density and energy of the plasma flow, which is accelerated in the direction of the processed products,

позволяют получить вьісококачественнье покрьтия при незначительном (до 450 К) нагреве изделий без дополнительного ускорения ионов за счет подачи отрицательного потенциала на изделия. Зто таюке повьишаєт зффективность процесса нанесения покрьтий в результате снижения знергозатрат на нагрев изделий и упрощения вакуумно-дуговой системь! за счет отсутствия необходимости использовать источник смещения и изолировать от рабочей камерьі! средства крепления и перемещения обрабатьіваемьх изделий.allow obtaining a high-quality coating with a slight (up to 450 K) heating of the products without additional acceleration of ions due to applying a negative potential to the products. So the melt increases the efficiency of the coating process as a result of reducing energy costs for heating products and simplifying vacuum-arc systems! due to the absence of the need to use a displacement source and isolate it from the working chamber! means of fastening and moving processed products.

Зто преимущество особенно имеет значениє при нанесений покрьтий при непрерьвном перемещений обрабатьіваєемьїх изделий с их загрузкой и внігрузкой через входной и вбіІХОДНОЙ ШЛЮЗЬ.This advantage is especially important when the coated and processed products are continuously moved with their loading and unloading through the entrance and entrance gates.

В указанном диапазоне рабочих давлений (до 100 Па) технический результат по заявленной группе изобретений достигается при изменении расстояния от катода до поверхности обрабатьіваемьх изделий в пределах 150... 500 мм. В данном диапазоне расстояний исключаєтся перегрев поверхности изделия тепловьім излучением катода и обеспечиваєтся достаточно интенсивная бомбардировка поверхности изделия ионами материала покрьїтия. При указанном расстоянии, превьниішающем 500 мм, плотность ионного тока на обрабатьвваємоеє изделие из-за расходимости плазменного потока материала покрьітия падаєт до величиньі, которая реализуеєтся в традиционньіїх вакуумно-дуговьіх системах. Как следствиє, теряется такое важное технологическое преимущество заявленного способа, как возможность получать вьісококачественнье покрьїтия при нагреве изделия до температурь! не более 450 К.In the indicated range of working pressure (up to 100 Pa), the technical result according to the claimed group of the invention is achieved when the distance from the cathode to the surface of the processed products is changed within 150...500 mm. In this distance range, overheating of the surface of the product by heat radiation from the cathode is excluded, and sufficiently intense bombardment of the surface of the product with ions of the coating material is ensured. At the specified distance exceeding 500 mm, the ion current density on the processed product due to the divergence of the plasma flow of the coating material drops to the value that is realized in traditional vacuum-arc systems. As a result, such an important technological advantage of the claimed method is lost, as the possibility of obtaining a high-quality coating when the product is heated to temperatures! no more than 450 K.

В заявляемом способе нанесение покритий осуществляется, главньім образом, за счет ионов материала покрьїтия, имеющих знергию, превьішаюшую порог распьіления. В связи с тем, что козффициент распьіления аморфньх тел и поликристаллических материалов возрастает при увеличений углла между осью потока плазмь и нормалью к обрабатьіваеємой поверхности до 70 ... 80 градусов, то для параметров ионного потока, которьій генерируєется по заявленному способу, при указанном угле, превьшающем 45 градусов, возрастающее самораспььлениє пленки покрьтия приводит к резкому снижению скорости нанесения покрьїтия. В пределах величинь! указанного угла 0 ... 45 градусов не наблюдается значительного уменьшения скорости нанесения покрьтий, однако существенно возрастаєт адгезия и плотность покрьїтия за счет зффективного распьіления и очистки поверхности изделия и частичного самораспьіления пленки покрьїтия.In the proposed method, the application of coatings is carried out, mainly, due to the ions of the coating material, which have an energy that exceeds the spraying threshold. Due to the fact that the sputtering coefficient of amorphous bodies and polycrystalline materials increases with an increased angle between the axis of the plasma flow and the normal to the treated surface up to 70 ... 80 degrees, then for the parameters of the ion flow generated by the claimed method, at the specified angle, exceeding 45 degrees, increasing self-dispersion of the coating film leads to a sharp decrease in the speed of coating application. Within the limits of values! at the indicated angle of 0 ... 45 degrees, there is no significant decrease in the speed of coating application, however, the adhesion and density of the coating increases significantly due to effective spraying and cleaning of the surface of the product and partial self-spraying of the coating film.

Предлагаемое устройство иллюстрируется фиг. 1... 9.The proposed device is illustrated in fig. 1... 9.

Фигура 1 представляет общий вид устройства вакуумно-дугового нанесения покрьїтий в соответствий с заявляємьм способом.Figure 1 represents a general view of the vacuum-arc deposition device covered in accordance with the claimed method.

Фигура 2 представляєт сечение А-А фигурь! 1.Figure 2 represents the section A-A figures! 1.

Фигура З представляєет схематический чертеж устройства вакуумно-дугового нанесения покрьтий в соответствии с изобретениеєм с источниками питания.Figure C is a schematic drawing of a vacuum-arc deposition device covered in accordance with the invention with power sources.

Фигура 4 представляет схематический чертеж модификации устройства вакуумно-дугового нанесения покритий в соответствии с изобретением, предназначенного для поочередной обработки изделий.Figure 4 presents a schematic drawing of the modification of the vacuum-arc coating device according to the invention, intended for sequential processing of products.

Фигура 5 представляєт вид сверху фигурь 4.Figure 5 is a top view of Figures 4.

Фигура 6 представляет схематический чертеж модификации устройства вакуумно-дугового нанесения покрьїтий в соответствии с изобретением, предназначенного для одновременной обработи изделий из двух источников потока плазмь! "материала покрьїтия.Figure 6 represents a schematic drawing of the modification of the vacuum-arc deposition device covered in accordance with the invention, intended for simultaneous processing of products from two sources of plasma flow! "covering material.

Фигура 7 представляет схематический чертеж устройства вакуумно-дугового нанесения покрьтий в соответствии с изобретениєем для непрерьівной загрузки-внігрузки изделий через шлюзовье камерь.Figure 7 presents a schematic drawing of a vacuum-arc coating device covered in accordance with the invention for continuous loading and unloading of products through a sluice chamber.

Фигура 8 представляєт структуру силовьіх линий магнитного поля в пространстве между катодом и обрабатьвваемьм изделиєм при одинаковьїх величинах тока в магнитньх катушках.Figure 8 shows the structure of magnetic field lines of force in the space between the cathode and the processed product at the same current values in the magnetic coils.

Фигура 9 представляєт структуру силовьіх линий магнитного поля в пространстве между катодом и обрабатьвваемьм изделиеєм в случає, когда ток в магнитной катушке, расположенной между катодом и обрабатьіваемьм изделием, на 2095 превьішаеєет ток в другой магнитной катушке.Figure 9 shows the structure of the magnetic field lines of force in the space between the cathode and the workpiece in the case when the current in the magnetic coil located between the cathode and the workpiece exceeds the current in the second magnetic coil by 2095.

Вариант исполнения устройства по заявленной группе изобретений, которьій не исключает другие возможнье варианть! осуществления, представлен на фиг. 1.The version of the device according to the declared group is invented, which does not exclude other possible variants! implementation presented in fig. 1.

Устройство состоит из вакуумной рабочей камерь 1, которая ограничена вакуумной оболочкой 2, фланцем-основанием 3, фланцем крьішки 4 и крьішкой 5. Вакуумная система 6 соединена с рабочей камерой 1 через фланец 7, расположенньй на фланце-оснований 3. Внутри рабочей камерь! 1 размещень средства крепления 8 обрабатьіваємьх изделий 9. При нанесений покрьїтий на изделия 9 сложной формь!ї средства крепления могут бьіть, вбьіполненьі в виде планетарного механизма. Обработжа мелких изделий может производиться в сетчатом или колокольнообразном барабане. Привод вращения 10 средств крепления 8 присоединен к фланцу-основанию 3 через вакуумньй ввод вращения 11.The device consists of a vacuum working chamber 1, which is limited by a vacuum shell 2, a base flange 3, a cover flange 4 and a cover 5. The vacuum system 6 is connected to the working chamber 1 through a flange 7 located on the base flange 3. Inside the working chamber! 1 placement of fasteners 8 processed products 9. When applied to the products 9 of complex form, the fasteners can beat, filling in the form of a planetary mechanism. Processing of small products can be done in a mesh or bell-shaped drum. The rotation drive 10 of the fastening means 8 is connected to the base flange 3 through the vacuum rotation input 11.

Вакуумно-дуговой источник потока плазмь! материала покрьїтия 12 смонтирован на патрубке 13, которьй присоединен к фланцу 14 на боковой поверхности вакуумной оболочки 2. Источник 12 может бьть смонтирован на фланце-основаниий З или на крьішке 5.Vacuum-arc source of plasma flow! cover material 12 is mounted on the nozzle 13, which is connected to the flange 14 on the side surface of the vacuum shell 2. The source 12 can be mounted on the base flange Z or on the cover 5.

Как следует из фиг. 2, которая представляет сечение А-А фиг. 1, источник 12 содержит фланец 15, которьій герметически соединен через кольцевоеє вакуумное уплотнение 1бсфланцем 17 патрубка 13. На фланце 15 расположен корпус 18 источника 12 с фланцем-основанием 19 корпуса 18. К фланцу 19 герметически через кольцевоє вакуумное уплотнение 20 присоединен катодньій фланец 21. Фланец 19 содержит изолирующие втулки 22 держателей 23 анода 24. Анод 24 имеет кольцевую полость 25, предназначенную для водяного охлаждения. Катодньй фланец 21 содержит изолирующие вакуумнье уплотнители 26 держателей 23 анода 24, вакуумнье уплотнители 27 держателей 28 жранирующего злектрода 29 и изолирующий вакуумньй уплотнитель 30 держателя 31 катода 32. Катод 32 имеет полость 37, предназначенную для водяного охлаждения. Зкранирующий злектрод 29 имеет злектрический контакте катодньім фланцем 21, корпусом 18, патрубком 13 и рабочей камерой 1. Торцевая рабочая поверхность 33 катода 32 направлена в сторону обрабатьіваеємьх изделий 9. На зкранирующем злектроде 29 установлен корпус 34 системьї инициирования дугового разряда между рабочей поверхностью 33 катода 32 и анодом 24.As follows from fig. 2, which represents the section A-A of fig. 1, the source 12 contains a flange 15, which is hermetically connected through the annular vacuum seal 1bsflange 17 of the nozzle 13. The body 18 of the source 12 with the base flange 19 of the body 18 is located on the flange 15. The cathode flange 21 is hermetically connected to the flange 19 through the annular vacuum seal 20. The flange 19 contains the insulating sleeves 22 of the holders 23 of the anode 24. The anode 24 has an annular cavity 25 intended for water cooling. Cathode flange 21 contains insulating vacuum seals 26 of holders 23 of anode 24, vacuum seals 27 of holders 28 of grating electrode 29 and insulating vacuum seal 30 of holder 31 of cathode 32. Cathode 32 has a cavity 37 intended for water cooling. The shielding electrode 29 has electrical contact with the cathode flange 21, housing 18, nozzle 13 and working chamber 1. The end working surface 33 of the cathode 32 is directed towards the processed products 9. On the shielding electrode 29, the housing 34 of the arc discharge initiation system is installed between the working surface 33 of the cathode 32 and anode 24.

Корпус 34 имеет злектрический контакт с зкранирующим злектродом 29. Внутри корпуса 34 помещен керамический стержень 35, покрьітьій слоем злектропроводящего материала. Стержень 35 одним торцом имеет контакт с боковой нерабочей поверхностью катода 32, а другим - с криішкой 36 корпуса 34. Крьішка 36 центрирует и прижимаеєт стержень 35 к боковой поверхности катода 32 и имеет злектрический контакт с зкранирующим злектродом 29. Зкранирующий злектрод 29 охватьівает коаксиально катод 32 с кольцевьм зазором 2 ... 2,5 мм. Торец зкранирующего злектрода 29 вьіступаєет над рабочей поверхностью 33 катода 32 не более, чем на 0,5 мм. Анод 24 охватьіваєт коаксиально катод 32 с кольцевьм зазором, превьнішающим 10 мм.The housing 34 has electrical contact with the shielded electrode 29. Inside the housing 34 is placed a ceramic rod 35, covered with a layer of electrically conductive material. The rod 35 has one end in contact with the side non-working surface of the cathode 32, and the other - with the cover 36 of the body 34. The cover 36 centers and presses the rod 35 to the side surface of the cathode 32 and has electrical contact with the shielding electrode 29. The shielding electrode 29 coaxially covers the cathode 32 with an annular gap of 2 ... 2.5 mm. The end of the shielding electrode 29 protrudes above the working surface 33 of the cathode 32 by no more than 0.5 mm. The anode 24 coaxially covers the cathode 32 with an annular gap exceeding 10 mm.

Снаружи корпуса 18 источника 12 коаксиально с анодом 24 расположена магнитная система, состоящая из двух магнитньїх катушек 38, 39. Магнитная катушка 38 расположена между плоскостью, проходящей через рабочую поверхность 33 катода 32, и фланцем 15 источника 12. Катушка 39 расположена между указанной плоскостью и фланцем-основанием 19 корпуса 18.A magnetic system consisting of two magnetic coils 38, 39 is located outside the housing 18 of the source 12 coaxially with the anode 24. The magnetic coil 38 is located between the plane passing through the working surface 33 of the cathode 32 and the flange 15 of the source 12. The coil 39 is located between the specified plane and with the base flange 19 of the body 18.

Протяженность анода 24 в сторону фланца 15 такова, чтобьї плоскость, проходящая через рабочую поверхность 33 катода 32 пересекала боковую поверхность анода 24. Геометрические размерь! магнитньх катушек 38, 39 таковьі, что силовье линии магнитного поля при встречном включений магнитньїх катушек 38, 39 пересекают боковую поверхность анода 24 только один раз в зоне пересечения с боковой поверхностью анода 24 плоскости, проходящей через рабочую поверхность 33 катода 32, и не пересекают боковье поверхности держателей 23, 28, 31 в области между фланцем-основанием 19 и катодом 32. При зтом в области пространства между боковьіми поверхностями катода 32 и анода 24 в плоскости, проходящей через рабочую поверхность 33 катода 32, каждая силовая линия магнитного поля наклонена под угллом менее 45 градусов к указанной плоскости.The length of the anode 24 towards the flange 15 is such that the plane passing through the working surface 33 of the cathode 32 intersects the side surface of the anode 24. Geometric dimensions! magnetic coils 38, 39 are such that the lines of force of the magnetic field when the magnetic coils 38, 39 are switched on cross the side surface of the anode 24 only once in the zone of intersection with the side surface of the anode 24 of the plane passing through the working surface 33 of the cathode 32, and do not cross the side surfaces of the holders 23, 28, 31 in the area between the base flange 19 and the cathode 32. Moreover, in the area of the space between the side surfaces of the cathode 32 and the anode 24 in the plane passing through the working surface 33 of the cathode 32, each line of force of the magnetic field is inclined at an angle less than 45 degrees to the indicated plane.

Как видно из фиг. 3, которая представляет собой схематический чертеж устройства с источниками питания, анод 24 соединен с помощью проводника 40 с положительной клеммой источника питания дуги 41 и не имеет злектрического контакта с оболочкой 2 рабочей камерь! 1, которая заземлена через проводник 42.As can be seen from fig. 3, which is a schematic drawing of the device with power sources, the anode 24 is connected by means of a conductor 40 to the positive terminal of the power source of the arc 41 and does not have electrical contact with the shell 2 of the working chambers! 1, which is grounded through conductor 42.

Отрицательная клемма источника питания дуги 41 соединена через проводник 43 с катодом 32. С катодом 32 соединена также через проводник 44 отрицательная клемма импульсного источника питания 45 системь инициирования дугового разряда. Положительная клемма источника питания 45 соединена проводником 46 с зкранирующим злектродом 29 и заземлена Магнитнье катушки 38, -39 соединеньі проводниками 47, 48, 49, 50 с клеммами источника постоянного тока 51, которьій позволяет независимо регулировать ток в каждой магнитной катушке 38, 39. Средства крепления 8 обрабатьіваєемьх изделий 9 через вакуумньй ввод вращения 11 соединеньії проводником 52 с отрицательньми клеммами низковольтного источника смещения 53 и вьсоковольтного источника ионной очистки 54. Положительнье клеммь! источников 53,54 заземлень.The negative terminal of the arc power source 41 is connected through the conductor 43 to the cathode 32. The negative terminal of the impulse power source 45 of the arc discharge initiation system is also connected to the cathode 32 through the conductor 44. The positive terminal of the power source 45 is connected by a conductor 46 to the shielding electrode 29 and is grounded. fastening 8 of processed products 9 through the vacuum input of rotation 11 of the connection conductor 52 with the negative terminals of the low-voltage source of displacement 53 and the high-voltage source of ion purification 54. The positive terminal! sources 53,54 groundings.

Оболочка 2 содержит клапан 55 для напуска рабочих газов (инертньїх, реактивньхх или их смесей) в рабочую камеру 1 и клапан 56 для напуска воздуха в рабочую камеру 1 перед открьіванием крьішки 5.Shell 2 contains a valve 55 for admitting working gases (inert, reactive or their mixtures) into the working chamber 1 and a valve 56 for admitting air into the working chamber 1 before opening the cover 5.

На фиг, 4, 5 изображена модификация устройства в соответствии с заявляемой группой изобретений для поочередного нанесения на обрабатьяваемье изделия покрьїтий одинакового или разного состава. В первом случає повьішаєтся скорость нанесения покрьіїтий, во втором - можно формировать многослойнье покрьїтия с язданньми функциональньми свойствами (например, износостойкие, антифрикционнье, теплостойкие и другие), причем на фиг. 4 представлен схематический чертеж модификации, а фиг, 5 представляет вид сверху фигурь 4.Figures 4, 5 show a modification of the device in accordance with the claimed group, invented for successive application of coated products of the same or different composition. In the first case, the speed of application of the coating increases, in the second - it is possible to form a multilayer coating with similar functional properties (for example, wear-resistant, anti-friction, heat-resistant, etc.), and in fig. 4 shows a schematic drawing of the modification, and fig. 5 shows a top view of figures 4.

Устройство включает рабочую камеру 101 с вакуумной оболочкой 102. Оболочка 102 присоединена к фланцу крьішки 103 с криішкой 104. Вакуумно-дуговье источники потока плазмь! материала покрьїтия 105, 106, 107, 108 присоединень к оболочке 102 через фланць 109, 110, 111, 112 и патрубки 113, 114, 115, 116.The device includes a working chamber 101 with a vacuum shell 102. The shell 102 is connected to the flange of the cover 103 with a cover 104. Vacuum-arc plasma flow sources! cover material 105, 106, 107, 108 are connected to the shell 102 through flanges 109, 110, 111, 112 and nozzles 113, 114, 115, 116.

Вакуумная система 117 соединена с рабочей камерой 101 через фланец 118. К оболочке 102 присоединен клапан 119, которьій предназначен для напуска рабочих газов или из смеси в рабочую камеру 101. Привод вращения 120 средств крепления изделий (на фиг. 4, 5 не показаньі) присоединен к фланцу-основанию 121 через вакуумньійй ввод вращения 122. Источники потока плазмьі материала покрьїтия 105, 106, 107, 108 идентичнь по своей конфигурации источнику 12, показанному на фиг. 2, З и описанному вьіше.The vacuum system 117 is connected to the working chamber 101 through a flange 118. A valve 119 is attached to the shell 102, which is intended for the introduction of working gases or from the mixture into the working chamber 101. The rotation drive 120 of the means of fastening the products (not shown in Fig. 4, 5) is attached to the base flange 121 through the vacuum input of rotation 122. Sources of the plasma flow of the coating material 105, 106, 107, 108 are identical in their configuration to the source 12 shown in fig. 2, As described above.

Для нанесения покрьтий на изделия больших размеров на фланец крьшки 103 может бьть последовательно установлено, одно, два и так далее устройств, изображенньх на фиг. 4, 5. На фиг. 6 изображен схематический чертеж модификации устройства для вакуумно-дугового нанесения покрьітий по заявляемому изобретению, предназначенного для одновременной обработки изделий из двух источников потока плазмь! материала покрьїтия. Устройство предназначено для нанесения многокомпонентньх покрьїтий с регулируемьм составом.One, two, etc. devices shown in fig. 4, 5. Fig. 6 shows a schematic drawing of a modification of the device for vacuum-arc application covered by the claimed invention, intended for simultaneous processing of products from two sources of plasma flow! covering material. The device is intended for applying multi-component coatings with an adjustable composition.

Устройство содержит рабочую камеру 201 с оболочкой 202. Оболочка 202 соединена с фланцем- основаниеєм 203 и фланцем крьішки 204 с крьішкой 205. К криішке 205 через вакуумньйй ввод вращения 206 присоединен привод вращения 207 средств крепления 208 обрабатьвваемьх изделий 209. К оболочке 202 присоединен клапан 217, которьій предназначен для напуска рабочих газов или их смеси в рабочую камеру 201. С оболочкой 202 через патрубок 218 соединена вакуумная система 210. Вакуумно-дуговье источники потока плазмьі материала покрьтия 211, 212 присоединеньй Кк фланцуоснованию 203 через присоединительньсе патрубки 213, 214 и угловне патрубки 215, 216. Угловне патрубки 215,216 установлень на фланце-оснований 203 так, чтобьі оси источников 211, 212 бьіли направленьї в центр обрабатьіваеємой изделия 209.The device contains a working chamber 201 with a shell 202. The shell 202 is connected to the flange-base 203 and the flange of the cover 204 with a cover 205. To the cover 205 through the vacuum input of rotation 206, a rotation drive 207 is connected to the means of fastening 208 of processed products 209. To the cover 202, a valve 217 is connected , which is intended for the introduction of working gases or their mixture into the working chamber 201. A vacuum system 210 is connected to the shell 202 through a nozzle 218. 215, 216. The corner nozzles 215, 216 are installed on the base flange 203 so that the axes of the sources 211, 212 are directed to the center of the processed product 209.

Источники потока плазмь! материала покрьїтия 211, 212 идентичньі по своей конфигурации источнику 12, показанному на фиг. 2, З и описанному вьіше. На фланце-оснований 203 могут бить установлень 2, 3, 4 и так далее таких источников. При зтом анодь (поз. 24 фиг. 2) могут бьіть как изолировань! друг от друга, так и злектрически соединеньі между собой, что облегчаєт сведениє потоков плазмь! разньїх материалов на обрабатьіваемоеє изделие 209.Sources of plasma flow! cover material 211, 212 are identical in their configuration to the source 12 shown in fig. 2, As described above. 2, 3, 4 and so on such sources can be installed on the base flange 203. At the same time, the anode (pos. 24, fig. 2) can be beaten as an insulator! each other, as well as electrical connections between each other, which facilitates the reduction of plasma flows! of different materials for the processed product 209.

На фиг. 7 представлен схематический чертеж модификации устройства по заявляемому техническому решению, которое предназначено для нанесения покрьтий на изделия при их непрерьвной загрузке - вьігрузке через шлюзовье камерь. Устройство содержит шлюзовье камерь 301, 302, которне через вакуумньійй трубопровод 303 присоединеньй к вакуумной системе 304. К шлюзовьм камерам 301, 302 присоединень! технологические модули 305, 306. Технологические модули 305, 306 через вакуумньй трубопровод 307 соединень! с вакуумной системой 308. Технологические модули 305, 306 содержат клапань 309, 310 для напуска рабочих газов и вакуумно-дуговне источники потока плазмь! материала покрьїттия 311, 312, 313, 314, 315, 316. Источники 311, 312, 313, 314, 315, 316 идентичньї по своей конструкции источнику 12, показанному на фиг. 2, З и описанному вьіше. Количество источников потока плазмь! материала покрьїтия в технологическом модуле и количество технологических модулей в устройстве определяєется размером обрабатьіваемьїхх изделий и производительностью устройства. Источники потока плазмь! могут располагаться как по одну, так и по обе стороньії от обрабатьвшаємьх изделий. Внутри шлюзовьх камер 301,302 и технологических модулей 305, 306 расположень средства перемещения изделий через устройство от шлюзовой камерь 301 к шлюзовой камере 302 (на фиг. 7 не показань).In fig. 7 presents a schematic drawing of the modification of the device according to the proposed technical solution, which is intended for applying coatings to products during their continuous loading - loading through the sluice chamber. The device contains a sluice chamber 301, 302, which is connected to a vacuum system 304 through a vacuum pipeline 303. Connections to the sluice chambers 301, 302! technological modules 305, 306. technological modules 305, 306 through the vacuum pipeline 307 connections! with a vacuum system 308. Technological modules 305, 306 contain a valve 309, 310 for the introduction of working gases and a vacuum-arc plasma flow source! covering material 311, 312, 313, 314, 315, 316. Sources 311, 312, 313, 314, 315, 316 are identical in design to source 12 shown in fig. 2, As described above. The number of plasma flow sources! the coating material in the technological module and the number of technological modules in the device is determined by the size of the processed products and the productivity of the device. Plasma flow sources! they can be located both on one side and on both sides of the processed products. Inside the sluice chambers 301,302 and technological modules 305, 306, there are means of moving products through the device from the sluice chamber 301 to the sluice chamber 302 (not shown in Fig. 7).

Устройство для вакуумно-дуювого нанесения покрьтий согласно заявляемого изобретения работаєет следующим образом: В рабочую камеру 1 на средствах крепления 5 размещают обрабатьіваємье изделия 9.The device for vacuum-blowing coating covered according to the claimed invention works as follows: In the working chamber 1 on the means of fastening 5, the processed product 9 is placed.

С помощью вакуумной системь! откачивают камеру 1 до остаточного давления ниже 0,01 Па, когда рабочие давления меньше 1 Па, и до давления 0,5 Па при рабочих давлениях вьіше 1 Па. В первом случає используют вьісоковакуумньюе средства откачки на основе диффузионного или турбомолекулярного насоса, во втором случае откачку производят форвакуумньмм насосом. Рабочие давления ниже 1 Па применяют, когда необходимо исключить образованиє окисньїх пленок в составе покрития на обрабатьзваемьх изделиях 9.With the help of vacuum systems! the chamber 1 is pumped to a final pressure below 0.01 Pa when the working pressure is less than 1 Pa, and to a pressure of 0.5 Pa when the working pressure is more than 1 Pa. In the first case, high-vacuum means of pumping based on a diffusion or turbomolecular pump are used, in the second case, pumping is performed with a forevacuum pump. Working pressures below 1 Pa are used when it is necessary to exclude the formation of oxide films in the composition of the coating on the processed products 9.

Рабочие давления вьше 1 Па применяют при работе с катодами из трудноокисляемьх материалов, например, при нанесений антикоррозионньх покрьїтий из хромоникелевой нержавеющей стали.Working pressures of more than 1 Pa are used when working with cathodes made of hard-to-oxidize materials, for example, when the anti-corrosion coating is made of chrome-nickel stainless steel.

Пропускают воду через держатель 31 в: полость 37 катода 32. Пропускают воду через держатели 23 в кольцевую полость 25 анода 24. В ряде случаев анод 24 может работать без водяного охлаждения. Зто целесообразно, например, при нанесений злектроизоляционньїх или слабопроводящих покрьїтий, когда необходимо предотвратить образование указанньх пленок на аноде в зоне протекания разрядного тока.Water is passed through the holder 31 into: the cavity 37 of the cathode 32. Water is passed through the holders 23 into the annular cavity 25 of the anode 24. In some cases, the anode 24 can work without water cooling. It is expedient, for example, when an electro-insulating or weakly conductive coating is applied, when it is necessary to prevent the formation of specified films on the anode in the discharge current flow zone.

Через клапан 55 в рабочую камеру напускают рабочий инертньій или реактивньй газ или их смесь до установления рабочего давления. Через проводники 40,43 подключают анод 24 и катод 32 к источнику питания дуги 41. Через проводники 47, 48, 49, 50 соединяют магнитнье катушки 38, 39 с источником постоянного тока 51. Устанавливают в магнитньїх катушках встречно направленнье токи с величиной, при которой вьіполняеєется условие замагниченности злектронов (ве /Усп » 1). Соотношение токов в магнитньїх катушках 38, 39 устанавливают таким, чтобьї каждая силовая линия 57 магнитного поля пересекала анод 24 только один раз вблизи торцевой рабочей поверхности 33 катода 32, как зто показано на фиг. 8.Through the valve 55, the working inert or reactive gas or their mixture is injected into the working chamber until the working pressure is established. Through the conductors 40, 43, the anode 24 and the cathode 32 are connected to the power source of the arc 41. Through the conductors 47, 48, 49, 50, the magnetic coils 38, 39 are connected to the source of direct current 51. The opposite direction of the current is established in the magnetic coils with a value at which the condition of magnetization of electrons is fulfilled (ve /Usp » 1). The ratio of currents in the magnetic coils 38, 39 is set so that each force line 57 of the magnetic field crosses the anode 24 only once near the end working surface 33 of the cathode 32, as shown in Fig. 8.

Соответствующие величинь! токов в магнитньїх катушках38,39 определяются расчетом для данной геометрий магнитньїх катушек 38, 39, катода 32, анода 24 и их взаймного расположения.Corresponding values! currents in magnetic coils 38, 39 are determined by calculation for the given geometries of magnetic coils 38, 39, cathode 32, anode 24 and their relative arrangement.

Включают привод вращения 10 средств крепления 8 обрабатьіваемьх изделий 9. Через проводники 44, 46 подключают систему инициирования дугового разряда к импульсному источнику питания 45. В результате разряда по поверхности керамического стержня 35, покрьтого слоем злектропроводящего материала, в зазоре между боковой нерабочей поверхностью катода 32 и боковой поверхностью зкранирующего злектрода 29 образуется сгусток плазмь!. Зтот сгусток плазмь! распространяется в область пространства между рабочей поверхностью 33 катода 32 и анодом 24. В результате между катодом 32 и анодом 24 возникаєт дуговой разряд, а импульсньйй источник питания 45 автоматически отключаеєтся от системьї инициирования дугового разряда. В последующем при самопроизвольном погасаний дугового разряда между катодом 32 и анодом 24 импульсньй источник питания 45 автоматически подключается к системе инициирования разряда и вьізьіваєт повторньй поджиг дугового разряда.They include the rotation drive 10 of the means of fastening 8 of the workpieces 9. Through the conductors 44, 46, the arc discharge initiation system is connected to the pulse power source 45. As a result of the discharge on the surface of the ceramic rod 35, covered with a layer of electrically conductive material, in the gap between the lateral non-working surface of the cathode 32 and a plasma clot forms on the side surface of the shielding electrode 29! That's a bunch of plasma! spreads to the area of space between the working surface 33 of the cathode 32 and the anode 24. As a result, an arc discharge occurs between the cathode 32 and the anode 24, and the pulse power source 45 is automatically switched off from the arc discharge initiation system. Subsequently, when the arc discharge spontaneously extinguishes between the cathode 32 and the anode 24, the pulse power source 45 is automatically connected to the discharge initiation system and re-ignites the arc discharge.

Если кольцевой зазор между боковьіми поверхностями катода 32 и анода 24 меньше 15 мм, то дуговой разряд между зтими злектродами инициируєтся и стационарно поддерживаєтся и без дополнительного напуска газа в рабочую камеру 1 в атмосфере остаточного воздуха при давлений 1079 Па. Устанавливать указанньій кольцевой зазор меньше 10 мм нецелесообразно, так как при зтом характеристики дугового разряда в магнитном поле с конфигурацией силовьїх линий, представленной на фиг. 8, не отличаются от параметров дугового разряда без магнитного поля.If the annular gap between the side surfaces of the cathode 32 and the anode 24 is less than 15 mm, then the arc discharge between these electrodes is initiated and stably maintained even without additional gas entering the working chamber 1 in the atmosphere of final air at a pressure of 1079 Pa. It is impractical to set the indicated annular gap of less than 10 mm, since the characteristics of the arc discharge in the magnetic field with the configuration of the lines of force shown in fig. 8, do not differ from the parameters of an arc discharge without a magnetic field.

Устанавливают необходимье ток и напряжениє дугового разряда путем регулировки вьіходного напряжения источника питания дуги 41 и величинь токов в магнитньхх катушках 38, 39, не изменяя соотношения токов в них. По мере вьработми катода изменяют соотношение токов в магнитньїх катушках 38, 39, поддерживая конфигурацию силовьїх линий 57 магнитного поля по отношению к рабочей поверхности 33 катода 32 такой, как изображено на фиг. 8, на которой представлена структура силовьіх линий магнитного поля в пространстве между катодом и обрабатьвшаємьм изделиеєм при одинаковьїх величинах тока в магнитньїх катушках 38,39. Как следует из фиг. 9 (на которой представлена структура силовьїх линий магнитного поля в пространстве между катодом и обрабатьвваемьм изделием в случає, когда ток в магнитной катушке 38, расположенной между катодом и обрабатьвваемьм изделием, на 2095 превьішаєт ток в магнитной катушке 39) при вьіработке катода 32 на 16 мм ток в магнитной катушке 38 должен на 2095 превьішать ток в магнитной катушке 39. Соотношение токов в магнитньїх катушках 38, 39 изменяют в зависимости от времени работь катода 32 по установленной зкспериментально скорости виіработи катода 32 от времени.The necessary current and voltage of the arc discharge are established by adjusting the output voltage of the arc power source 41 and the magnitude of the currents in the magnetic coils 38, 39, without changing the current ratio in them. As the cathode operates, the current ratio in the magnetic coils 38, 39 is changed, maintaining the configuration of the magnetic field lines 57 relative to the working surface 33 of the cathode 32 as shown in Fig. 8, which shows the structure of the lines of force of the magnetic field in the space between the cathode and the processed product at the same current values in the magnetic coils 38, 39. As follows from fig. 9 (which shows the structure of the lines of force of the magnetic field in the space between the cathode and the workpiece in the case when the current in the magnetic coil 38, located between the cathode and the workpiece, exceeds the current in the magnetic coil 39 by 2095) when the cathode 32 is stretched by 16 mm the current in the magnetic coil 38 must exceed the current in the magnetic coil 39 by 2095. The ratio of the currents in the magnetic coils 38, 39 changes depending on the time of operation of the cathode 32 according to the experimentally determined speed of the operation of the cathode 32 over time.

Включают вьісоковольтньїй источник ионной очистки 54. Если обрабатьіваемье изделия 9 изготовлень из дизлектрического материала, то источник 54 не включают. Осуществляют ионную очистку и нагрев обрабатьваемьх изделий 9 ускоренньми ионами материала катода 32 и газовой средьі. После нагрева обрабатььваемьх изделий 9 до необходимой температурьй вьіключают вьісоковольтньйй Источник 54 и включают при необходимости низковольтньій источник смещения 53. Проводят процесс нанесения покрьітий собственно материала катода 32 при работе в атмосфере остаточного воздуха или инертного газа аргона, или нитридньїх, окисньїх или карбидньїх покрьтий при работе в атмосфере соответствующего реактивного газа или смеси с инертнь/м газом.They include the high-voltage source of ion purification 54. If the processed product 9 is made of dielectric material, the source 54 is not included. Ionic cleaning and heating of processed products 9 are carried out by accelerating ions of the cathode material 32 and the gas medium. After heating the workpieces 9 to the required temperature, the high-voltage source 54 is turned off and, if necessary, the low-voltage displacement source 53 is turned on. the atmosphere of the corresponding reactive gas or a mixture with an inert gas.

Источник смещения 53 может бьіть не включен, когда покрьітие наносят на дизлектрические изделия или когда напряжение дугового разряда превьишаєт 50 В. В последнем случає собственная знергия ионов в потоке плазмь! материала покрьїтия достаточна для получения покрьітий с вьісокой адгезией и плотностью. .Displacement source 53 may not be turned on when the coating is applied to dielectric products or when the voltage of the arc discharge exceeds 50 V. In the latter case, the inherent energy of the ions in the plasma flow occurs! coating material is sufficient to obtain coatings with high adhesion and density. .

После нанесения покрьітий заданной толщинь!ї вьиіключают источник питания дуги 41, источники 45, 51, 53 (если он бьіл включен), источник питания привода вращения 10. Напускают в рабочую камеру 1 через клапан 56 сухой воздух или азот, открьиівают крьішку 5, виігружают из рабочей камерьі 1 обработанньке изделия 9.After applying the coating with the specified thickness, turn off the power source of the arc 41, sources 45, 51, 53 (if it was turned on), the power source of the rotation drive 10. Dry air or nitrogen is admitted into the working chamber 1 through the valve 56, open the cover 5, and unload processed product 9 from working chamber 1.

После следующей загрузки изделий 9 технологический процесс повторяют как зто описано вьіше. Устройство для нанесения покрьїтий по заявляемому изобретению может работать как при ручном управлениий, таки в автоматическом режиме с контролем с помощью микропроцессорной системь управления.After the next loading of 9 products, the technological process is repeated as described above. The device for applying the coating according to the claimed invention can work both under manual control and in automatic mode with control using a microprocessor control system.

Нанесениє покрьтий ов оустройстве по заявляеємому техническому решению осуществляется направленньім потоком плазмь! материала, зродирующего в микропятнах катода, и плазмь! реактивного газа (если он присутствуєт в рабочей камере 1). Направленньй поток ионов материала покрьітия формируется при включений тока в магнитньїх катушках 38, 39. В отсутствие тока в магнитньїх катушках 38, 39 радиальное распределениє плотности ийонов практически изотропно. Сфокусированность потока плазма материала покрьїтия возрастаєт с увеличением индукции магнитного поля, одновременно возрастаєт примерно в 8 раз плотность ионного тока на его оси при повьішений индукции магнитного поля в средней плоскости магнитной катушки 38 от 0 до 250 Гс. При зтом, при включений токов в магнитньїх катушках 38, 39 возрастаєет знергия ионов в потоке по сравнению со случаєм отсутствия тока в магнитньїх катушках 38, 39. Возрастание знергий ионов происходит в важном для технологии покрьїтий диапазоне знергий, превьішающих 30... 50 зВ.The application of the coated ov oustroystve according to the proposed technical solution is carried out by a directed flow of plasma! of the material generated in microspots of the cathode, and plasma! reactive gas (if it is present in working chamber 1). The directional flow of ions of the coating material is formed when the current is turned on in the magnetic coils 38, 39. In the absence of current in the magnetic coils 38, 39, the radial distribution of the ion density is practically isotropic. The focus of the plasma flow of the coating material increases with an increase in the induction of the magnetic field, at the same time the density of the ion current on the ego axis increases by approximately 8 times with an increase in the induction of the magnetic field in the middle plane of the magnetic coil 38 from 0 to 250 Hz. At the same time, when the current in the magnetic coils 38, 39 is turned on, the deenergization of the ions in the flow increases compared to the case of no current in the magnetic coils 38, 39. The deenergization of the ions occurs in the energy range covered by the technology, which is important for the technology, exceeding 30...50 zV.

Заявленнье способ и устройство могут бьіть реализованьї как в виде описанньїх модификаций, так и других, которье могут отличаться составом устройства, размерами, материалом катода, анода, их вьіполнениєм, злектрическими цепями питания без изменения сущности изобретения.The method statement and the device can be implemented both in the form of the described modifications and others, which can differ in the composition of the device, dimensions, material of the cathode, anode, their performance, and power supply circuits without changing the essence of the invention.

Найболее предпочтительной областью промьішленного применения заявленньіїх способа и устройства вакуумно-дугового нанесения покрьітий является нанесение антикоррозионньїх покритий из нержавеющей хромоникелевой стали в атмосфере остаточного воздуха при рабочих давлениях, при которьіх используются только форвакуум-нье средства откачки. В зтом случаеє возможно создание коммерчески зффективного оборудования для двухстороннего покриітия профилей, проволоки, листов или лентьі при их непрерьівном перемещений через входной и виіходной форвакуумнье шлюзь и через цепочку технологических модулей с производительностью не менее 20 м мкм в час на один технологический модуль.The most preferred field of industrial application of the claimed vacuum-arc coating application method and device is the application of anti-corrosion coatings made of stainless chrome-nickel steel in an atmosphere of final air at working pressures at which only pre-vacuum pumping means are used. In this case, it is possible to create commercially effective equipment for double-sided coating of profiles, wire, sheets or tape when they are continuously moved through the input and output forevacuum locks and through a chain of technological modules with a productivity of at least 20 m microns per time per technological module.

Заявленноеє устройство позволяєт также наносить злектроизоляционньюе покрьтия из окиси магния с пробивньмм напряжением, превьшающим 300 В, износостойкие опокрьтия из нитрида алюминия с козффициентом прозрачности вьше 85 90 в видимом диапазоне длин волн, а также осуществлять металлизацию пластмасс, в том числе металлизировать медью отверстия диаметром до 04 мм в дизлектрике двухсторонних печатньїх плат и наносить покрьїтия из алюминия в качестве злектромагнитньх зкранов на внутренние поверхности пластмассовьїх корпусов различньїх злектроприборов.The claimed device also allows applying an electro-insulating coating made of magnesium oxide with a breakdown voltage exceeding 300 V, wear-resistant coatings made of aluminum nitride with a transparency coefficient of more than 85 90 in the visible wavelength range, as well as metallization of plastics, including copper metallization of holes with a diameter of up to 04 mm in the dielectric of double-sided printed circuit boards and applies aluminum coatings as electromagnetic screens to the inner surfaces of plastic housings of various electronic devices.

Заявленнье способ и устройство вакуумно-дугового нанесения покрьїтий могут бьіть использован при нанесений ориентирующих слоев и пленок оксидной у-Ва-Си-0 керамики со свойствами вьісокотемпературной сверхпроводимости. При зтом пленки могут формироваться или при последовательном прохождений подложки через три потока плазмь), поступающих из трех параллельно работающих источников потока плазмь, или при направлений трех потоков из трех источников на подложку в одну область пространства.The application method and device of vacuum-arc coating can be used when applying orientation layers and films of oxide y-Va-Si-0 ceramics with the properties of high-temperature superconductivity. At the same time, films can be formed either when the substrate is passed through three streams of plasma in sequence), coming from three parallel sources of the plasma stream, or when three streams from three sources are directed to the substrate in one area of space.

Устройство может бьіть использовано также и для формирования других многокомпонентньіїх покрьітий с регулируемь!м составом компонент.The device can also be used to form other multi-component coated components with an adjustable composition.

Могут также наноситься вьісококачественнье покрьтия при работе с катодами из магнитньїх материалов, например, никеля, а таюке состоящими из легкоокисляємьїх материалов при нанесений покрьтий в виде окислов в среде кислорода. Заявленнье способ и устройство могут бьіть зффективно примененьі! при нанесений покрьітий на изделия, которьне либо изменяют форму, либо состоят из материалов, которье изменяют состав или структуру при нагреве до температур вьше 450 К. Устройство по заявленному техническому решению может бьіть применено для полумения вьісококачественньїх покрьїтий при работе с катодами, материал которьіх имеет температуру плавления как ниже 2000 К, так и превьішающую зту величину.A high-quality coating can also be applied when working with cathodes made of magnetic materials, for example, nickel, and melting ones consisting of easily oxidizable materials when the coating is applied in the form of oxides in an oxygen environment. The application method and device can be effectively used! when coated on products that either change their shape or consist of materials that change their composition or structure when heated to temperatures above 450 K. The device according to the claimed technical solution can be used for the flame of high-quality coated products when working with cathodes whose material has a temperature of melting both below 2000 K and above this value.