Здравствуйте, сегодня я хотел бы рассказать вам о вакуумной металлизации применительно к одной из существующих установок.
На фото вы можете видеть процесс работы катодно-дугового испарителя, осаждающего на изделия микронную пленку хрома за пару минут.
Желающих узнать как оно работает и почему прошу под кат.(много фото)




Начнем с самого очевидного — фото установки снаружи и общего описания элементов, для желающих под спойлером будут подробности.

image

Блоки справа — это управление отдельными силовыми элементами: магнетронами(нет не как в микроволновке), катодно-дуговыми испарителями, блоком ионной очистки, блоком питания стола с изделиями.

Левая стойка содержит ПК с мнемосхемой происходящего и возможностью управлять процессом, управление питанием, блок предохранителей, дублирование расхода натекателей легирующих газов и аварийную кнопку.
Возможности управления мнемосхемой весьма велики — включение отдельного каждого элемента(испарителей, натекателей, вращения стола и тд), настройка его параметров(ток, напряжение, расход газа ), включение охлаждения и вращения стола.
Так же позволяет задавать последовательность действий и создавать техпроцесс под требуемые задачи, что довольно удобно в обслуживании оператором.
Единственное неудобство вызвала клавиатура, оператором не используемая в принципе, у которой залипла стрелка вправо(листание констекстного меню) и при выборе режимов работы устроила Ад и Израиль в виде самопроизвольных действий, заставив наладчиков немного поседеть.

image

Сам корпус камеры достаточно велик, поэтому в кадр полностью не влез.

image

Если снять корпус двери вакуумной камеры
То становятся видны шланги охлаждения(черные) и подачи газов в магнетроны(голубые). image


Чуть позже мы ее откроем и посмотрим, что внутри, а так же увидим, как происходит непосредственно процесс напыления.

Теперь обойдем установку для осмотра насосной группы и крепления испарительных катодов.

Первыми на глаза попадутся катоды, их три штуки в ряд с каждой стороны. Это позволяет поставить шесть различных материалов.
Состоят они из магнитной системы (под серым цилиндром — 2 индуктивных катушки для фокусировки и стабилизации разряда), силовых кабелей(присоединенных к сварочному аппарату и корпусу), кабелей формирования поджига(как при сварке — коснулся, дугу зажег и дальше она горит сама) и шлангов охлаждения.
На двери вы видите маленькие закрепленные цилиндры — это натекатели, позволяющие очень точно дозировать легирующий газ, так как для техпроцесса важно удерживать давление в определенном диапазоне.

image

Советский вариант отличается только возможностью наблюдения
image


Подробней про катоды
Вид извлеченного катода( про их работу можно почитать тут и тут)

image

Он разбирается на тело катода

image

И головку катода, из распыляемого материала. На фото представлен хромовый катод припаянный на медный байонетный разъем.

image


Сразу под ними находится узел распределения охлаждения, он не очень примечателен, но полностью автоматизирован, что греет душу, так как если забыть включить охлаждение, то произойдет авария.

image

Идем дальше и видим сердце установки — насосную группу. Она состоит из трех различных насосов, рассчитанных на работу в различном диапазоне давлений, могущих объединяться последовательно для поддержания друг друга.

Форвакуумный насос(пластинчато-роторный) — создает предварительное разрежение, позволяющее включить следующий насос.

image

Насос Рутса — создает уже ощутимое разряжение и позволяет консервировать камеру в промежутки работы.
Направо идет на вход форвакуумного насоса, а налево на выход высоковакуумного.

image

Ну и звезда нашего шоу — диффузионный насос(подробней про применение), позволяет создать условия для работы магнетронов и катодов в условиях напуска легирующего газа.
Сверху вы видите пневмопривод вакуумного затвора, позволяющего отсечь насос во время загрузки камеры.
Чуть ниже вы видите прямоугольник, являющийся ловушкой для паров кипящего в насосе масла. В ловушку поступает хладагент, охлаждающий ее и пары масла конденсируются на ней не выходя в камеру(выходя конечно, но в пренебрежительно малом количестве).

image
image

Внешний осмотр закончен, пора заглянуть внутрь.
Трясущимися от ужаса руками, откроем дверь вакуумной камеры и первое, что бросится в глаза — это стол, на котором закрепляются детали, которые необходимо покрыть.
Он снабжен планетарной передачей, чтобы детали вращались и вокруг оси стола и вокруг своей оси, для более равномерного покрытия(синева появилась после напыления).

image

Чуть выше мы видим катоды с лицевой стороны. Трубки вокруг — это нагревательный элемент, позволяющий прогреть стенку камеры в вакууме для удаления водяных паров.
Чуть правее видно(но плохо) заслонку, ограждающую насосы от продуктов напыления

image

Фото работы катодов
Извините за плохое качество, но сфокусировать лучше не удалось.

image

image



Чуть левее видна ионная очистка — выпускает «ленту» заряженных частиц через щелевой зазор, попадающих на изделия и немного распыляющих их поверхность для удаления загрязнений и лучшей адгезии напыляемого материала.

image

Посмотрим еще левее, на дверь. В ней спрятаны магнетроны(здесь титановые).

image

Для защиты материала магнетронов от продуктов распыления катодов их можно спрятать за заслонки управляемые с ПК.

image

Подробней про магнетрон
Вот так она выглядит готовой к монтажу в установку, если хотите узнать как он устроен внутри — смотрите здесь.
image


Ну и в конце видео процесса.




И просто красивое видео работы без объяснений



Дополнения по просьбам трудящихся

То что мы сами изготавливали
Напыляли зеркало с самопальной гравировкой(женским лицом), получилось прекрасно, но фото не сохранилось.

Покрытые медью ситалло-ферритовые стержни.
image
Они же в приспособлениях с масками напыления.
image
Они же с травмами
image
Пачка пробных стекляшек, пробовали различные толщины.
image
image
image



То, что получается у других
Покрытие нитридом титана дает золотистое покрытие и повышенную прочность поверхности на износ.
image
Различными материалами просветляют оптику. Очень интересное направление.
image
image



Преимущество данного метода — равномерность покрытия, толщины покрытия до нанометров, возможность покрытия диэлектриками, возможность лютых комбинаций материалов и куча вариантов исполнения испарителей.

На заказ вы можете сделать по знакомству, ну или найдя работника данной установки.
Обработка одного стержня с фото выше добавляла к его стоимости 1000р, стоимостью работ для физ лиц не владею.

Комментарии (11)


  1. Dorrin
    22.10.2015 15:39

    Если где ошибся — прошу указать, поправлю.


  1. Kidar
    23.10.2015 08:24
    +2

    По названию статьи подумал, что её написал Uris.
    Статья подробная, но её бы дополнить примерами того, что получается в итоге, в чем преимущества именно такого способа напыления, могут ли простые люди воспользоваться услугой и сколько это будет им стоить?


    1. Uris
      23.10.2015 08:33
      +1

      Не) Не я! Но девайс интересный!


    1. Dorrin
      23.10.2015 09:04
      +2

      Без проблем, но ответ развернутый нужен, поэтому чуть позже. Вам в статью добавить или в комменте ответить?


      1. kindacute
        23.10.2015 12:21

        лучше в статью конечно


        1. Dorrin
          23.10.2015 18:15

          Готово, развлекайтесь)
          Направлений применения -множество, но все в одну статью не влезут к сожалению. Выделил основные на мой взгляд.


  1. milssky
    23.10.2015 13:20

    Сразу вопросы :)
    Насколько сильно нагревается деталька, на которую напыляют? Какой слой максимальный? Проводили ли исследования структуры покрытия? Оно сплошное или пористое, как у плазменного напыления без оплавления? Ну и, конечно, цена вопроса интересует.


    1. Dorrin
      23.10.2015 14:01

      Нагрев зависит от параметров испарителей и необходимой толщины покрытия(у нас детали греются до 60-70, хоть по термопаре в камере было до +100)
      Напылять в толщину можете пока испаряемые мишени не кончатся)
      К сожалению нет, только различные по светопроницаемости(зеркало, одностороннее зеркало, затемнение)
      Покрытие сплошное, так как напыляются непосредственно атомы, о росте пленки можете почитать тут.
      Про цену не скажу ибо не знаю.


    1. Mist8
      23.10.2015 18:54
      +1

      А вам для каких целей? Работаю в гальванике (хромирование), могу рассказать про гальванику.
      Про напыление почитал на вики из статьи — оно, как я понял, используется в электронике/микроэлектронике — толщина слоя в единицы микрон.

      В гальванике (дальше все про гальванику) — десятки микрон, до сотен микрон. Там где я работаю самое толстое покрытие, которое заказывали было 1000 микрон (1мм). И больше можно, только это вряд ли кому-то нужно.

      У нас делают «зеркальное» покрытие и «молочное». Разница в плотности и структуре покрытия. Зеркальное обычно используется для трущихся деталей. «Молочное» — для защиты от агрессивной внешней среды. Более плотное молочное.
      Соответственно внешне отличаются — первый это блестящее — зеркальное покрытие. Молочное — матовое.
      Кроме того, как в гальванике, так и в описываемом в статье вакуумной металлизации — может быть композитный слой. Например в гальванике могут добавляться мелкодисперсионные алмазы (там какая-то хитрая технология, если примитивно — в слое хрома присутствуют микрочастицы алмазов, улучшающие хромовое покрытие).

      Температура зависит от тех-процесса (какую структуру слоя нужно получить и т.п.). В гальванике, опять же — 40-70 градусов, из того, что я видел в работе.

      Цена вопроса — место, где вас традиционно пошлют общаться с менеджером ) Не знаю точно, но думаю что вакуумное напыление сильно дороже чем гальваника (электрохимическое осаждение). По крайней мере, если сравнивать по толщине и площади покрытия. Затраты на оборудование явно для вакуумного способа — в разы выше, плюс и энергопотребление (в пересчете на площадь и плотность) будет выше.
      В нашей конторе, вроде, лет пять назад было около 900 р на квадратный дециметр, стандартной толщины (24 микрона) — обычное покрытие. 1100 р. за дециметр композитного покрытия (с алмазами).

      Сейчас естественно все изменилось (актуальных цен я не знаю).
      Но вообще, ещё куча факторов, от которых зависит цена.
      Это размер заказа, сложность (геометрия детали), толщина покрытия.

      Например для единичной сложной детали (какая-нибудь хитрая хреновина со сложной геометрией) — цена будет высокой. Ибо для неё придется сделать специальные электроды (а это работа + материалы, например чистая медь). Плюс сложные детали иногда приходится переделывать и «допиливать напильником» — так, чтобы соблюсти ТЗ. Плюс оплата труда людей (которым надо рассчитать, собрать остнастку, либо написать специальные программы для станков и т.п.).

      В целом, если деталь простая и требования к ней «обычные» — то будет зависеть от объемов заказа (больше — дешевле), толщины и площади слоя. Фирм, которые могут и готовы заняться — дохрена.

      Если это единичная или мелкосерийная деталь для каких-то важных узлов и агрегатов — цена соответствующая…
      И возьмутся единицы. Может оказаться, что на всю Россию найдется 1-2-3 конторы, способные на выполнение заказа (дешево, соответственно, тут уже никак не выйдет :) ). К нам иногда через всю страну возят, с дальнего востока, например. Контор, занимающихся просто хромированием и у них дофига.

      Но если деталь простая и требования не высокие — то вполне реально и в гараже захромировать самостоятельно. Вроде как у нас был не состоявшийся клиент, который потом стал самостоятельно хромировать. Но у него была достаточно простая деталь (а у нас наоборот производство направлено на изготовление сложных покрытий, с серьезным контролем качества). Собственно, покупается хромовый ангидрид, ванна, электроды, источник тока. Собирается оснастка, рассчитываются токи/время и вперед! :)

      P.S. не менеджер и не технолог, работаю гальваником, т.е. непосредственно с самим тех-процессом. Поэтому на очень глубокие вопросы сразу не отвечу, но могу спросить у технологов.


      1. milssky
        23.10.2015 19:59

        Скорее, любопытство. Занимаюсь ремонтом железок и как-то была надобность получить слой хрома на поверхности толщиной где-то 0.4 мм. Долго промучались в итоге. Пришлось наплавить хромсодержащую проволоку в итоге.


      1. Rumlin
        27.10.2015 11:25

        покупается хромовый ангидрид

        По-моему его сложно купить менее чем мешок на 50 кг — друг несколько лет назад хотел в авто декоративные детали хромировать, отказался от идеи не найдя ангидрид в небольшом количестве.