Technologia jonizacji łuku na powierzchni kompozytowej

Technologia pokrywania jonami łukowymi na powierzchni kompozytowej

Elementy integracyjne z funkcją integracji struktury o lekkiej wadze, wysokiej wytrzymałości właściwej, niż wysoki moduł, dobra odporność na korozję, odporność na zmęczenie są dobre, mają mocną konstrukcję i szereg unikalnych zalet i stają się coraz ważniejszymi częściami w dziedzinie lotnictwo, aeronautyka i inna obrona, aby osiągnąć określoną funkcję, trzeba uporać się z powierzchnią materiału kompozytowego, która jest powszechnie stosowana jako środek przetwarzania metalizacji powierzchni. Istnieje wiele sposobów metalizacji powierzchni materiałów kompozytowych, w tym powlekania chemicznego, powlekania galwanicznego, natryskiwania cieplnego, powlekania próżniowego itp. Powlekanie próżniowe można podzielić na powłokę parowania, rozpylanie magnetronowe, powlekanie jonami łukowymi itp.

Ponieważ wymiary strukturalnego i funkcjonalnego integralnego elementu kompozytowego mogą być duże, a zakrzywiona powierzchnia może być złożona, stwarza to dwa wyjątkowe problemy dla realizacji metalizacji powierzchni materiałów kompozytowych metodą powlekania próżniowego. Technologia pokrywania jonami łukowymi jest lepszym wyborem. Jego zalety to wysoka energia odległości cząstek osadzających, dobry zakres dyfrakcyjny, wysoka siła wiązania metalu i szybka szybkość osadzania itp.

1. Krótkie wprowadzenie technologii powlekania jonami łukowymi

Łukowanie jonowe (AIP) jest technologią stosowaną w powlekaniu próżniowym, Łuk przy materiale katodowym pod próżnią i komorą próżniową utworzoną pomiędzy wyładowaniem łukowym anody, zastosowaniem odparowywania materiału łuku z wyładowaniem łukowym i osadzania do procesu powlekania powierzchni. Technologia pokrywania jonami łukowymi osiągnęła wielki rozwój w XX wieku, szczególnie pod koniec lat siedemdziesiątych XX wieku, naukowcy z byłego Związku Radzieckiego i Stanów Zjednoczonych do zastosowań przemysłowych przeprowadzili szeroko zakrojone badania i zrealizowali technologię galwanizacji jonowej w 1980 roku. W dziedzinie twardego filmu, industrializacji folii dekoracyjnych, obecnie zastosowanie w tych dwóch obszarach ma znaczną skalę. W ciągu ostatnich 20 lat technologia powlekania jonami łukowymi zaczęła się rozwijać w optycznych, elektrycznych cienkich foliach i innych zastosowaniach.

Wyładowania łukowe tworzą punkty łuku, które poruszają się losowo na powierzchni celu katody. Obecna gęstość punktów łuku wynosi aż 1012A / m2, a gęstość energii jest tak wysoka jak 1013W / m2. Wysoka gęstość energii bezpośrednio prowadzi do transformacji materiału docelowego z plazmy stałej do plazmy metalowej w miejscu łuku.

(1) może być pokryty różnymi metalami, zwłaszcza metalami ogniotrwałymi (takimi jak wolfram i tantal), co jest trudne do osiągnięcia dzięki innym technologiom fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD);

(2) w przeciwieństwie do osadów innych technologii PVD, które są głównie neutralnymi cząstkami, punkty łuku katodowego mogą generować dużą liczbę naładowanych (pojedynczych ładunków lub wielokrotnych ładunków) cząstek, a jony mogą być przyspieszane, ograniczane i poruszać się w określonym kierunku, i są one osadzone na powierzchni części.

(3) początkowe jony energetyczne generowane przez punkty łuku katodowego między 20 a 200 ev, w procesie odkładania cienkich warstw, pojawia się efekt bombardowania, zwiększa zdolność dyfuzji cząstek osadowych i gęstość zarodkowania, a także usuwa luźną powierzchnię cienkiej folii cząsteczki, częściowo eliminują naprężenia wewnętrzne w kolumnowym krysztale i filmach, przyczyna ma zwiększoną aktywność powierzchni błony, taką jak efekt zagęszczania cienkiej warstwy;

(4) gdy punkt łuku katodowego wytwarza naładowane cząstki w celu wytworzenia plazmy, to również generuje dużą liczbę kropel i fragmentów, podczas gdy inne technologie PVD generują kilka dużych cząstek.

Dlatego technologia powlekania jonami łukowymi ma zalety zwartej folii i dużej siły wiązania. Ponadto może realizować osadzanie cienkich warstw na złożonej powierzchni. Największą wadą technologii powlekania jonami łukowymi jest to, że większe kropelki będą również osadzane na powierzchni folii, co spowoduje szorstką powierzchnię folii i wpłynie na wydajność folii. Jednak dzięki ciągłemu opracowywaniu technologii filtrów magnetycznych, jest to już dobry sposób kontrolowania większego spadku, uniknięcia osadzania się na powierzchni membrany, technologia powlekania jonami łukowymi odkładania cienkiej warstwy powierzchni jest zbliżona do innych technologii PVD, łuk elektryczny technologia pokrywania jonami zastosowana do folii w optyce, elektryczności i innych dziedzinach.

2. Dwa problemy dotyczące powlekania próżniowego na powierzchni kompozytowej

W porównaniu z materiałami metalowymi lub półprzewodnikowymi, materiały kompozytowe o zintegrowanej strukturze i funkcji nie mogą wytrzymać wysokiej temperatury, a niektóre części funkcjonalne wymagają dużej precyzji profilu. Dlatego też nie wolno stosować wysokiej temperatury do powlekania próżniowego materiałów kompozytowych, aby uniknąć uszkodzenia materiału i zmniejszenia dokładności profilu. Jednak wysoka temperatura osadzania jest bardzo korzystna dla otrzymywania stałych i gęstych folii metalowych. Z punktu widzenia uzyskania wysokiej jakości folii pożądana jest wysoka temperatura. Możliwym sposobem rozwiązania tej sprzeczności jest użycie czyszczenia źródeł jonowych i innych środków technicznych do przeprowadzenia obróbki aktywacyjnej in-situ na powierzchni kompozytu przed odkładaniem filmu, w celu zwiększenia aktywności powierzchniowej w celu zwiększenia siły wiązania pomiędzy metalem. film i podłoże.

Materiały kompozytowe dla części wielkogabarytowych, w procesie odgazowania materiału powłoki próżniowej, jest kluczowym problemem, szybkość odgazowywania wyższego materiału może powodować szereg problemów, takich jak utlenianie folii metalowej, które mogą wpływać na widoczną jakość i właściwości elektryczne folia metalowa, więc musisz uprzedzić i inne techniczne środki, aby poradzić sobie z materiałami kompozytowymi.

3. Przykłady zastosowań powłok jonowych na powierzchni kompozytowej

Technologia powlekania jonami łukowymi została z powodzeniem zastosowana do osadzania filmu Al na powierzchni dużych materiałów kompozytowych. Uzyskana folia ma jednolity kolor i połysk, jednolitą grubość, bliską przewodność elektryczną do bloku aluminiowego i stałe połączenie z podstawą.

Procedura badania osadzania filmu Al na powierzchni materiałów kompozytowych za pomocą technologii powlekania jonami łukowymi jest następująca:

(1) wyczyść powierzchnię materiału kompozytowego, wytrzyj ją bezpyłową ściereczką zanurzoną w etanolu 3-5 razy i wysusz ją naturalnie;

(2) części kompozytowe są połączone i zamocowane na oprzyrządowaniu do powlekania komory próżniowej;

(3) pompować próżnię tła do wartości lepszej niż 5 x 10-3pa;

(4) powierzchnia materiału kompozytowego jest czyszczona przez źródło jonów;

(5) film do powlekania jonami łukowymi;

(6) komora próżniowa jest otwarta do atmosfery, a materiały kompozytowe są wyjmowane.

Parametry technologiczne powłoki jonowej są następujące:

(1) ciśnienie gazu wynosi 1,1 ~ 1,5 x 10-1pa;

(2) ciśnienie łuku wyładowczego wynosi 45 ~ 50V;

(3) prąd łuku wyładowczego wynosi 50 ~ 55A;

(4) odległość między powierzchnią kompozytową a źródłem łuku wynosi 0,3-1m.

Lokalny wygląd powłoki Al na powierzchni kompozytowej po pokryciu jonami łukowymi pokazano na rysunku 1. Jak można zauważyć na rysunku 1, membrana Al jest jednolita i zwarta, prawie bez kropelek, a topografia powierzchni folii jest mapowanie morfologii powierzchni złożonej matrycy. Morfologię powierzchni folii Al obserwowano za pomocą profilera optycznego Wyko NT9300, jak pokazano na rysunku 2. Powierzchnia folii była płaska i miała jednolitą grubość. a jego chropowatość powierzchni Ra wynosi 0,145 μm.

Grubość warstwy Al na powierzchni materiału kompozytowego badano za pomocą krokomierza. Próbki pobierano ze szkiełek wklejanych w różnych częściach części. Wyniki testu przedstawiono w tabeli 1.

Wytrzymałość siły wiążącej pomiędzy folią a podłożem jest ważnym wskaźnikiem do oceny jakości folii. Istnieje wiele metod badania siły wiązania, w tym metoda naprężania, metoda taśmy, metoda zarysowania, metoda tarcia, metoda ultradźwiękowa i metoda siły odśrodkowej. Biorąc pod uwagę, że folia Al pokryta na powierzchni materiału kompozytowego jest typową miękką folią, a siła zastosowana w praktycznym zastosowaniu tej folii jest głównie siłą ścinającą, stosujemy metodę pasma ściągania do oceny siły wiązania między folią Al i podstawa z materiału kompozytowego. [4] wykonanie metody betonowej realizacji taśmy samoprzylepnej o wytrzymałości na odrywanie 7 n / cm, gęstej i równomiernej na powierzchni cienkiej warstewki, z dala od krawędzi nie mniejszej niż 3 mm, za pomocą ręcznej taśmy ciągnącej jeden koniec i taśma samoprzylepna i powierzchnia folii pod kątem 90 °, jednolita powolna (około 5 mm / s) taśma odsunie się od powierzchni membrany, obejrzy film z lub bez obieranie lub uszkodzony. Gdy folia jest nienaruszona bez zrzucania, uważa się, że folia jest dobrze połączona z materiałem kompozytowym i spełnia wymagania stosowania. Kiedy folia odpadnie, uważa się, że siła wiązania nie spełnia wymagań. Test przyczepności przeprowadzono w różnych pozycjach na powierzchni materiałów kompozytowych metodą naprężenia.

Multimetr był używany do testowania w dowolnych dwóch punktach na powierzchni kompozytów, a wyniki były wszystkie przewodzące. Metoda czteropunktowa jest stosowana do testowania pasty w częściach kompozytowych z różnymi częściami próbki na powierzchni rezystywności warstwy Al, wyniki przedstawiono w tabeli 2, a oporność materiału blokowego Al wynosi 2,66 x 10-8 Ω m. dla tego samego rzędu wielkości .

4. Wniosek

Technologia pokrywania jonami łukowymi może realizować metalizację powierzchni złożonych komponentów z materiałów kompozytowych o wysokiej jakości, jednolitej gęstości, sztywnym wiązaniu i kontrolowanej grubości, która ma szerokie możliwości zastosowania. Ta technologia ma jednak również ograniczenia, takie jak duży sprzęt, wysokie koszty i długi cykl.

IKS PVD dostosował dla Ciebie odpowiednią maszynę do powlekania próżniowego PVD, skontaktuj się z nami teraz,

iks.pvd@foxmail.com