Zasada i zastosowanie powlekania jonowego

Zasada i zastosowanie powlekania jonowego

Istnieje wiele rodzajów metod powlekania stosowanych we współczesnym przemyśle lotniczym, takich jak galwanizacja, natryskiwanie, powlekanie chemiczne, dyfuzja, walcowanie i powlekanie. Wiele z tych procesów zostało opanowanych i odegrało znaczącą rolę w produkcji. Jednak istniejąca technologia powlekania nie nadąża za szybkim rozwojem produktów, dzięki czemu ludzie badają nową technologię powlekania. „Powlekanie jonowe” to nowa technologia powlekania próżniowego opracowana w ostatnich latach.

1. Wstęp

Powlekanie jonowe, platerowanie jonowe) platerowanie jonowe w warunkach próżniowych, wykorzystanie wyładowania gazowego powoduje jonizację gazu lub odparowanie części materiału, a jonu gazowego lub odparowanego materiału pod bombardowaniem jonów, materiału parującego lub sposobu osadzania reagenta na podłożu . Należą do nich platerowanie jonowe magnetronem, reaktywne platerowanie jonowe, platerowanie jonowe z wyładowaniem w pustej katodzie (metoda odparowania z pustą katodą), platerowanie jonowe wieloma łukami (platerowanie jonowe łukiem katodowym) itp.

2. Znaczenie

W przemyśle lotniczym i kosmicznym elementy różnych samolotów, pocisków rakietowych, satelitów i sterowców często działają w złożonych i szkodliwych warunkach. Na przykład samoloty, skrzydła, kadłub kadłuba i podwozie oraz inne części zewnętrzne, są bezpośrednio dotknięte przez produkty spalania atmosfery, wilgoci, pyłu i paliwa zawarte w chemicznej aktywności korozji gazowej. Zewnętrzne części hydroplanu, zwłaszcza płatowca i boi, są często niszczone przez wodę morską, wodę z jeziora lub wodę rzeczną. Komory spalania, części turbiny i tłokowe części silników lotniczych są również często utleniane przez wysokotemperaturowe strumienie gazu zawierające kwasy i inne substancje czynne. Istnieją również komponenty instrumentu, takie jak aerobearing, urządzenia do mikro-transmisji, precyzyjna przekładnia, potencjometry itp., Które często podlegają różnemu tarciu i zużyciu. Aby powyższe części mogły się dostosować do temperatury, korozji, zużycia i innych trudnych wymagań, po prostu z części konstrukcji lub materiału, aby myśleć, często nie wystarczy. Jak zrobić? Jedną z najczęściej stosowanych metod jest zastosowanie metody powlekania powierzchni w celu ochrony części matrycy w celu spełnienia powyższych wymagań. To jest tak, jak ludzie według różnych warunków środowiskowych nałożonych na różne ubrania, w zależności od potrzeby na części powłoki cieplnej, korozyjnej lub odpornej na zużycie.

3. Rozwój

Istnieje wiele rodzajów metod powlekania stosowanych we współczesnym przemyśle lotniczym, takich jak galwanizacja, natryskiwanie, powlekanie chemiczne, dyfuzja, walcowanie, powlekanie i tak dalej. Wiele z tych procesów zostało opanowanych i odegrało znaczącą rolę w produkcji. Jednak istniejąca technologia powlekania nie nadąża za szybkim rozwojem produktów, dzięki czemu ludzie badają nową technologię powlekania. „Powlekanie jonowe” to nowa technologia powlekania próżniowego opracowana w ostatnich latach.

4. Zasada i proces

Powlekanie jonowe to nowe opracowanie technologii powlekania próżniowego. Zwykła powłoka próżniowa (znana również jako odparowanie próżniowe), przedmiot obrabiany zaciśnięty w osłonie próżniowej, gdy ogrzewanie elektryczne źródła parowania w wysokiej temperaturze, promuje być materiałem powlekanym - parowanie materiału topiącego parowanie. Ze względu na wzrost temperatury cząstki parownika uzyskują pewną energię kinetyczną, a następnie powoli rosną wzdłuż linii wzroku i ostatecznie przywierają do powierzchni obrabianego przedmiotu nagromadzonego w warstwie. Warstwa galwaniczna, która tworzy się z tym rodzajem rzemiosła, ani nie ma mocnego związku chemicznego z powierzchnią części, nie ma połączenia dyfuzyjnego, przylegająca wydajność jest bardzo słaba, pył, który spada jak pulpit, czasami jest taki sam, dotknij ręką również może wymazać. Jednak proces powlekania jonowego jest inny, chociaż również w osłonie próżniowej, ale następnie proces powlekania ma postać transferu ładunku. Innymi słowy, cząstki parownika, jako wysokoenergetyczne jony o ładunku dodatnim, są przyciągane przez katodę wysokociśnieniową (tj. Przedmiot obrabiany) i wtryskiwane do powierzchni przedmiotu obrabianego z dużą prędkością. Odpowiednik pocisku z dużą prędkością wystrzeliwanego z lufy, może wnikać głęboko w cel, tworząc stałą powłokę dyfuzyjną na przedmiocie obrabianym.

Proces platerowania jonowego jest następujący: źródło parowania jest połączone z anodą, a obrabiany przedmiot jest połączony z katodą. Wyładowanie jarzeniowe jest generowane między źródłem parowania a obrabianym przedmiotem po przyłożeniu wysokiego napięcia prądu stałego od trzech do pięciu tysięcy woltów. Gdy obojętny gaz argonowy jest wypełniony pokrywą próżniową, część argonu jest jonizowana pod działaniem pola elektrycznego wyładowania, tworząc w ten sposób ciemny obszar plazmy wokół przedmiotu obrabianego katody. Pozytywne jony argonu, przyciągane przez ujemne wysokie ciśnienie katody, gwałtownie bombardowały powierzchnię przedmiotu obrabianego, powodując spryskanie cząstek i brudu na powierzchni przedmiotu obrabianego, tak że powierzchnia przedmiotu obrabianego była dokładnie oczyszczony przez bombardowanie jonowe. Cząstki parownika topią się i odparowują, wchodzą do obszaru wyładowania jarzeniowego i są jonizowane. Dodatnio naładowane jony parownika, przyciągane przez katodę, wpadły do obrabianego przedmiotu razem z jonami argonu. Gdy ilość jonów parownika na powierzchni obrabianego przedmiotu przekroczy ilość rozprysków jonów, stopniowo gromadzą się, tworząc warstwę powłoki, która mocno przylega do powierzchni przedmiotu obrabianego. To prosty proces powlekania jonowego.

5. Charakterystyka

Powłoka ma dobrą przyczepność

W zwykłej powłoce próżniowej cząstki parownika są tylko o energii jednego wolta elektronu na powierzchni przedmiotu obrabianego, w powierzchni przedmiotu obrabianego i pomiędzy powłoką, tworzenie głębokości dyfuzji powierzchniowej wynosi zwykle tylko kilkaset angstremów (10000 angstremów = 1 mikron = 0,0001 cm). To mniej niż jeden procent ludzkich włosów. Można powiedzieć, że nie ma prawie żadnego połączenia między dwiema warstwami przejściowymi, jakby całkowicie oddzielone. W platerowaniu jonowym cząstki parownika ulegają jonizacji i mają energię kinetyczną od 3000 do 5000 elektronowoltów. Jeśli zwykłe próżniowe cząstki powlekające są równoważne bezdechowemu biegaczowi, więc platerowanie jonowe jest jak pasażerowie na szybkiej rakiecie, gdy jej szybko bombardowany przedmiot obrabiany osadza się nie tylko szybko, ale także może penetrować powierzchnię obrabianego przedmiotu, tworząc głębokie zagłębienie warstwa dyfuzyjna matrycy, głębokość dyfuzji interfejsu platerowania jonowego wynosiłaby od czterech do pięciu mikronów, to znaczy, niż zwykła głębokość dyfuzji próżniowej głębokość dziesiątki razy, nawet sto razy, i przylegała do siebie tak szybko. Próba rozciągania próbki po powlekaniu jonowym pokazuje, że powłoka nadal rozszerza się plastycznie wraz z metalem podstawowym i nie występuje złuszczanie ani łuszczenie, dopóki próbka nie pęknie. Pokazuje, jak silne jest przywiązanie! W przypadku platerowania jonowego o dużej pojemności galwanicznej cząstki parownika poruszają się w polu elektrycznym w postaci naładowanych jonów wzdłuż kierunku linii elektroenergetycznej, tak że wszystkie części z polem elektrycznym mogą uzyskać dobrą powłokę, co jest znacznie lepsze niż zwykłe powlekanie próżniowe można uzyskać tylko w bezpośrednim kierunku. Dlatego ta metoda jest bardzo odpowiednia dla platerowanych części na wewnętrznym otworze, rowku i wąskim gnieździe. Inne metody trudne do platerowania części. Przy zwykłej powłoce próżniowej można powlekać tylko bezpośrednio na powierzchni, cząstki materiału parującego, takie jak drabina wspinaczkowa, mogą podążać tylko za drabiną; Z drugiej strony platerowanie jonowe może być równomiernie nawinięte wokół tylnej części i do wewnętrznego otworu, a naładowane jony mogą być transportowane w dowolne miejsce w promieniu jego promienia, podążając wyznaczoną trasą, jak w helikopterze. Powłoka o dobrej jakości ma zwartą strukturę, brak otworu, brak pęcherzyków i jednolitą grubość. Nawet krawędzie i rowki można pokryć równomiernie bez tworzenia metalowych guzków. Części takie jak gwinty mogą być również platerowane, ponieważ proces ten może również naprawić mikropęknięcia i wżery powierzchni obrabianego przedmiotu, dzięki czemu może skutecznie poprawić jakość powierzchni oraz właściwości fizyczne i mechaniczne platerowanych części. Testy zmęczeniowe pokazują, że przy prawidłowej obsłudze trwałość zmęczeniowa przedmiotu obrabianego jest o 20 do 30 procent wyższa niż przed powlekaniem.

Uproszczenie procesu czyszczenia

Istniejący proces powlekania, większość wymagań przed obróbką dla ścisłego czyszczenia, zarówno złożonego, jak i kłopotliwego. Jednak sam proces platerowania jonowego ma efekt czyszczenia bombardowaniem jonowym, a efekt ten był kontynuowany przez cały proces powlekania. Doskonały efekt czyszczenia, może sprawić, że powłoka będzie bezpośrednio przylegać do podłoża, skutecznie zwiększyć przyczepność, uprościć wiele czyszczenia przed powlekaniem.

Szeroka gama materiałów poszycia

Powlekanie jonowe polega na wykorzystaniu wysokoenergetycznych jonów bombardujących powierzchnię przedmiotu obrabianego, tak że duża ilość energii elektrycznej na powierzchni przedmiotu obrabianego przechodzi w energię cieplną, co sprzyja dyfuzji tkanki powierzchniowej i reakcji chemicznej. Jednak cała temperatura obrabianego przedmiotu, zwłaszcza rdzenia przedmiotu obrabianego, nie uległa zmianie. Dlatego ten rodzaj procesu powlekania ma szeroki zakres zastosowań, ale ograniczenia są niewielkie. Ogólnie można pokrywać wszystkie rodzaje metali, stopów i niektórych materiałów syntetycznych, materiałów izolacyjnych, materiałów termicznych i materiałów o wysokiej temperaturze topnienia. Może być platerowany na metalowym elemencie niemetalowym lub metalowym, może być również platerowany na niemetalu lub niemetalu, a nawet plastiku, gumie, kwarcu, ceramice i tak dalej.

6. Zastosowania lotnicze

Olej nie smarujący

W nowoczesnych samolotach, silnikach lotniczych lub przyrządach lotniczych, zwłaszcza w przemyśle lotniczym, takich jak statki kosmiczne, satelity, istnieje wiele części obrotowych, które muszą mieć dobre smarowanie, ale często z powodu zbyt długiego uszczelniania temperatura otoczenia jest zbyt wysoka lub ulatnianie się przestrzeni, zwykły smar smarujący nie ma już zastosowania, aby zamiast tego wysunąć się do stałego smaru. Wyniki eksperymentalne pokazują, że lepiej jest wytwarzać stałą warstwę smarującą przez platerowanie jonowe niż inne metody. Nie tylko silna przyczepność, cienka i jednolita powłoka nie wpływa na części dokładności wymiarowej i tolerancji. Ekonomia jest również dobra, niewielki materiał smarujący może być pokryty dużą powierzchnią. Jakość folii smarującej jest również lepsza, współczynnik tarcia jest mały, żywotność jest długa. Na przykład na precyzyjnych łożyskach znajduje się satelita, który nie jest powlekany przed upływem kilku minut pracy, po prostu nie można go użyć; Jednak powłoka ze stałym smarowaniem jonowym może niezawodnie pracować przez tysiące godzin w locie. Powlekanie jonowe może być nie tylko powlekane wieloma rodzajami stałych materiałów smarujących w temperaturze pokojowej, ale również może być powlekane różnymi wysokotemperaturowymi stałymi materiałami smarującymi, niektóre nawet mogą mieć więcej niż osiemset stopni Celsjusza w wysokiej temperaturze. w smarowaniu. Stałe materiały smarujące, które mogą być powlekane, obejmują srebro, złoto, miedź, ołów, stop ołowiu i cyny, fluor i tak dalej.

Prawdziwe złoto nie boi się ognia

Części samolotów, zwłaszcza wiele części silnika, często muszą pracować w wysokich temperaturach. Na przykład temperatura robocza łopatek turbin i łopatek prowadzących wynosi zwykle około 1000 stopni Celsjusza, a niektóre nawet 1400 stopni Celsjusza. W mitologicznej nowatorskiej podróży na zachód, kiedy słońce wukong zostało wprowadzone do pieca przez najwyższego Pana, prawdopodobnie nie mógł osiągnąć tak wysokiej temperatury. Nowoczesne części silników lotniczych pracują w tak wysokiej temperaturze, trudno jest spełnić wymagania tylko w zależności od wydajności samego materiału matrycy częściowej. Jak więc części silnika bez ablacji w wysokiej temperaturze? Obecnie oprócz części konstrukcji podejmowane są środki (takie jak stosowanie wydrążonych łopatek chłodzących, rozbieżnych łopatek chłodzących itp.), W większości potrzeba pokrycia termoodpornego w celu ochrony. Powłoka jonowa ma wiele zalet do osadzania folii odpornych na ciepło. Może być stosowany do różnych materiałów o wysokiej temperaturze topnienia, takich jak tlenek glinu, tlenek krzemu, tlenek berylu, stop hafnu itp. Skład powłoki stopowej jest również łatwiejszy do kontrolowania, odpowiedni do składu bardziej złożonego ciepła stop odporny, taki jak żelazo chromowo-aluminiowy itr, chromowo-kobaltowo-aluminiowy itr lub niklowo-chromowo-aluminiowy stop itru.

Obecnie łopatka turbiny jest głównym celem próby użycia odpornej na ciepło powłoki galwanicznej. Poinformowano, że żywotność w wysokiej temperaturze rodzaju ostrza pokrytego tą metodą z stopem itru niklowo-chromowo-aluminiowym jest trzy razy wyższa niż w przypadku platerowania aluminium. Nadaje się do stosowania ognioodpornych części silnika i tarczy turbiny, części tłoka cylindra. Po zastosowaniu tej zaawansowanej technologii niektóre części mogą pracować przez tysiące godzin w wysokiej temperaturze.

Metal nie rdzewieje

Metalowe części mają rdzewieć, ale jeśli części są pokryte warstwą powłoki zapobiegającej korozji, mogą zapobiec rdzy. W wyniku wysokiej gęstości powłoki galwanicznej, mniejszej dziury, odporności na korozję i może osadzić wiele innych procesów, nie może osadzić dobrej powłoki korozyjnej. Dlatego platerowanie jonowe jest obecnie najczęściej stosowane w materiałach odpornych na korozję. Tak jak ściana wodnosamolotów i inne części zewnętrzne, ta metoda może być stosowana w celu zapobiegania korozji mgły solnej i powłoki korozyjnej wody morskiej; Inne części materiałów ze stopami aluminium mogą być powlekane tą metodą, aby zapobiec potencjalnej korozji. Ponadto, wraz z poprawą prędkości lotu i wysokości oraz postępem eksploracji kosmosu, zastosowanie stopu tytanu jest coraz bardziej. Ale jeśli jest pokryty tlenkiem glinu, może całkowicie spełnić wymagania. Jednakże galwanizacja i inne procesy nie mogą być powlekane tym materiałem. Z drugiej strony poszycie jonowe czyni cuda. Do tej pory, oprócz tlenku glinu, odporne na korozję materiały odpowiednie do platerowania jonowego obejmują chrom, tytan, tantal, stal nierdzewną itp. Pokryte części lotnicze obejmują śruby, nakrętki, nity, szpilki, rury, złącza, wirniki żyroskopowe, precyzyjne przekładnie, metalowe pierścienie uszczelniające itp.

Krótko mówiąc, platerowanie jonowe w przemyśle lotniczym i innych sektorach o potencjale aplikacyjnym jest świetne, poza powyższym istnieje wiele, takich jak przewodzące powłoki galwaniczne, folia hartownicza, folia dekoracyjna i stosowane do precyzyjnego spawania, precyzyjne uszczelnianie, powierzchnia naprawa. Proces powlekania jonowego to nowa technologia opracowana od ponad dziesięciu lat. Ma pewne wyjątkowe zalety i może rozwiązać niektóre klucze produkcyjne, które były trudne do pokonania w przeszłości. Jednak ze względu na pojawienie się tego czasu nie jest długi, istnieje wiele kluczy technicznych do rozwiązania, takich jak kontrola grubości powłoki, nieosłonowa powierzchnia przedmiotu itp. Po drugie, pojemność urządzenia jest mała, duże części są trudne do galwanizacji, duże inwestycje. Wierzymy, że dzięki dalszym badaniom nad tą technologią, galwanizacja jonowa będzie stopniowo ulepszana i rozwijana, i będzie w pełni stosowana i promowana w przemyśle lotniczym.

IKS PVD, o technologii powlekania jonowego, mamy tak wiele doświadczeń w aplikacjach przemysłowych, skontaktuj się z nami teraz, iks.pvd@foxmail.com