Tecnología de placas Ion de arco en superficie compuesta

- Nov 13, 2018-

Tecnología de enchapado de iones de arco en superficie compuesta

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Las piezas de integración de la función de estructura compuesta con peso ligero, alta resistencia específica, más que alto módulo, buena resistencia a la corrosión, resistencia a la fatiga, son buenas, tienen un diseño sólido y una serie de ventajas únicas y se convierten cada vez más en partes importantes en el campo de La defensa aeronáutica, aeroespacial y de otro tipo, para lograr cierta función, necesita lidiar con la superficie del material compuesto, que se utiliza ampliamente como un medio de procesamiento de la metalización de la superficie. Hay muchas formas de metalizar la superficie de los materiales compuestos, incluyendo el revestimiento químico, la galvanoplastia, la pulverización térmica, el recubrimiento al vacío, etc. El recubrimiento al vacío se puede subdividir en recubrimiento por evaporación, pulverización con magnetrón, recubrimiento con arco ion, etc.

 

Como la dimensión de los componentes de material compuesto integrador funcional y estructural puede ser grande y la superficie curva puede ser compleja, esto trae dos problemas sobresalientes para la realización de la metalización de la superficie de los materiales compuestos por el método de recubrimiento al vacío. La tecnología de placas de iones de arco es una mejor opción. Sus ventajas incluyen la alta distancia de energía de las partículas de deposición, el buen rango de difracción, la alta fuerza de unión de la película metálica y la rápida velocidad de deposición, etc.

 

1. Breve introducción de la tecnología de placas de iones de arco.

Arc Ion Plating, (AIP) es la tecnología utilizada en el recubrimiento al vacío, Arc en el material del cátodo al vacío y cámara de vacío formada entre el ánodo. Descarga de arco, uso de la evaporación por descarga de arco del material objetivo y depósito en el proceso de recubrimiento de la superficie. La tecnología de placas de iones de arco tuvo un gran desarrollo en el siglo XX, especialmente a fines de la década de 1970, los científicos de la antigua Unión Soviética y los Estados Unidos para aplicaciones industriales llevaron a cabo una extensa investigación y realizaron la tecnología de placas de iones de arco en 1980. En el campo de la película dura, la industrialización de la película decorativa, en la actualidad, la aplicación en estas dos áreas tiene una escala considerable. En los últimos 20 años, la tecnología de placas de iones de arco ha comenzado a desarrollarse en películas delgadas ópticas, eléctricas y otras aplicaciones.

 

La descarga de arco formará puntos de arco que se mueven aleatoriamente en la superficie del objetivo del cátodo. La densidad de corriente de los puntos de arco es tan alta como 1012A / m2 y la densidad de energía es tan alta como 1013W / m2. La alta densidad de energía conduce directamente a la transformación del material objetivo de la fase sólida al plasma de vapor de metal en el punto del arco.

 

(1) se puede recubrir con una variedad de metales, especialmente metales refractarios (como el tungsteno y el tantalio), que es difícil de lograr con otras tecnologías de deposición física de vapor (PVD);

(2) a diferencia de los sedimentos de otras tecnologías de PVD, que son principalmente partículas neutras, los puntos de arco de cátodo pueden generar una gran cantidad de partículas cargadas (carga única o carga múltiple), e iones pueden acelerarse, restringirse y moverse en una dirección específica, y se depositan sobre la superficie de las piezas.

(3) los iones de energía inicial generados por los puntos del arco del cátodo entre 20 y 200 ev, en el proceso de deposición de película delgada, ocurre el efecto de bombardeo, mejora la capacidad de difusión de partículas sedimentarias y la densidad de nucleación, y elimina la superficie de la película delgada suelta Las partículas eliminan parcialmente la tensión interna del cristal columnar y las películas, ya que la actividad de la superficie de la membrana ha aumentado, como el efecto de densificación de película delgada;

(4) cuando la mancha del arco del cátodo produce partículas cargadas para formar plasma, también genera una gran cantidad de gotas y fragmentos, mientras que otras tecnologías de PVD generan pocas partículas grandes.

 

Por lo tanto, la tecnología de placas de iones de arco tiene las ventajas de una película compacta y una alta fuerza de unión. Además, puede realizar deposición de película delgada sobre superficie compleja. La mayor desventaja de la tecnología de placas de iones de arco es que también se depositarán gotas más grandes en la superficie de la película, lo que resultará en una superficie rugosa de la película y afectará el rendimiento de la película. Pero con el desarrollo continuo de la tecnología de filtro magnético, ya es una buena manera de controlar una caída más grande, evitar la deposición en la superficie de la membrana, la deposición de la tecnología de placa de ión de arco de la calidad de la superficie de la película delgada está cerca de otra tecnología PVD, el arco eléctrico Tecnología de recubrimiento iónico aplicada a películas en óptica, electricidad y otros campos.

 

2. Dos problemas de recubrimiento al vacío en superficie compuesta

En comparación con los materiales metálicos o semiconductores, los materiales compuestos con estructura y función integradas no pueden soportar altas temperaturas, y algunas partes funcionales requieren una alta precisión de perfil. Por lo tanto, no se permite alta temperatura en el revestimiento al vacío de materiales compuestos, para evitar daños en el material y la reducción de la precisión del perfil. Sin embargo, una alta temperatura de deposición es muy favorable para obtener películas metálicas sólidas y densas. Desde la perspectiva de obtener películas de alta calidad, se desea alta temperatura. Una forma factible de resolver esta contradicción es usar la limpieza de la fuente iónica y otros medios técnicos para realizar un tratamiento de activación in situ en la superficie del compuesto antes de la deposición de la película, a fin de aumentar la actividad de la superficie para aumentar la fuerza de unión entre el metal. La película y el sustrato.

 

Los materiales compuestos para piezas de gran tamaño, en el proceso de desgasificación del material de recubrimiento al vacío es un problema clave, la tasa de desgasificación de materiales más altos puede causar una serie de problemas tales como la oxidación de la película metálica, que puede influir en la calidad aparente y las propiedades eléctricas de la película metálica, por lo que necesita prevenir y otros medios técnicos para tratar con materiales compuestos.

 

3. Ejemplos de aplicaciones de recubrimiento de arco ion en superficie compuesta

La tecnología de placas de iones de arco se ha utilizado con éxito para depositar película de Al sobre la superficie de grandes materiales compuestos. La película resultante tiene un color y brillo uniformes, un espesor uniforme, una conductividad eléctrica cercana al bloque de aluminio y una unión sólida con la base.

 

El procedimiento de prueba para depositar la película de Al en la superficie de los materiales compuestos con tecnología de galvanización por arco es el siguiente:

(1) limpie la superficie del material compuesto, límpielo con un paño sin polvo humedecido en etanol de 3 a 5 veces y séquelo naturalmente;

(2) las partes compuestas están conectadas y fijadas en el utillaje de recubrimiento de la cámara de vacío;

(3) bombee el fondo de vacío a mejor que 5 x 10-3pa;

(4) la superficie del material compuesto se limpia con una fuente de iones;

(5) película de revestimiento de iones de arco;

(6) La cámara de vacío se abre a la atmósfera y se extraen los materiales compuestos.

 

Los parámetros tecnológicos del recubrimiento de arco ion son los siguientes:

(1) la presión del gas es 1.1 ~ 1.5 x 10-1pa;

(2) la presión del arco de descarga es de 45 ~ 50V;

(3) la corriente del arco de descarga es 50 ~ 55A;

(4) la distancia entre la superficie compuesta y la fuente del arco es de 0,3-1 m.

 

La apariencia local del recubrimiento de Al en la superficie compuesta después del recubrimiento de iones de arco se muestra en la figura 1. Como se puede ver en la figura 1, la membrana de Al es uniforme y compacta, casi sin gotitas, y la topografía de la superficie de la película es la Mapeo de la morfología superficial de la matriz compuesta. La morfología de la superficie de la película de Al se observó utilizando el perfilador óptico Wyko NT9300, como se muestra en la figura 2. La superficie de la película era plana y de espesor uniforme. y su rugosidad superficial Ra es 0.145 μm. image

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El espesor de la película de Al en la superficie del material compuesto se probó utilizando un medidor de pasos. Se tomaron muestras de diapositivas pegadas en diferentes partes de la pieza. Los resultados de la prueba se muestran en la tabla 1.

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La fuerza de la fuerza de unión entre la película y el sustrato es un índice importante para evaluar la calidad de la película. Hay muchos métodos para probar la fuerza de unión, incluido el método de tensión, el método de tiras, el método de rayado, el método de fricción, el método ultrasónico y el método de fuerza centrífuga. Teniendo en cuenta que la película de Al recubierta en la superficie del material compuesto es una película blanda típica, y la fuerza aplicada en la aplicación práctica de esta película es principalmente la fuerza de cizallamiento, utilizamos el método de banda de tracción para evaluar la fuerza de unión entre la película de Al y la película de Al. Base de material compuesto. [4] método de toma del método de implementación de concreto para la cinta adhesiva de resistencia al pelado para 7 n / cm, densa y uniforme en la superficie de la película delgada y alejada del borde de no menos de 3 mm, con la cinta de tracción manual en un extremo y La cinta adhesiva y la superficie de la película en 90 °, el uniforme se retirará lentamente (aproximadamente 5 mm / s) de la superficie de la membrana, mirará la película con y sin desprendimiento o dañada. Cuando la película esté intacta sin desprenderse, se considerará que la película está bien combinada con el material compuesto y cumple con los requisitos de uso. Cuando la película se cae, se considera que la fuerza de unión no cumple con los requisitos. La prueba de adhesión se llevó a cabo en diferentes posiciones en la superficie de los materiales compuestos por el método de tensión.

 

Se usó un multímetro para probar en dos puntos cualquiera de la superficie de los materiales compuestos, y los resultados fueron todos conductores. El método de sonda de cuatro puntos se utiliza para probar la pasta en las partes compuestas con diferentes partes de la muestra en la superficie de la resistividad de la película de Al, los resultados se muestran en la tabla 2, y la resistividad del material del bloque de Al es de 2. 66 x 10-8 Ω m. Por el mismo orden de magnitud .

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4. Conclusión

La tecnología de placas de iones de arco puede realizar la metalización de la superficie de componentes de materiales compuestos complejos con alta calidad, densidad uniforme, unión firme y espesor controlable, que tiene una amplia perspectiva de aplicación. Sin embargo, esta tecnología también tiene limitaciones como equipos grandes, alto costo y ciclo largo.


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