Ионно-плазменные методы

Данные методы весьма эффективны. В связи с тем, что их применение требует высокого разрежения,они осуществляются в вакуумных камерах, поэтому являются достаточно дорогостоящими и применяются лишь для весьма ответственных деталей, работающих при высоких температурах в условиях адгезионного и окислительного изнашивания. В условиях вакуума наносимый металл превращается в газ, пар, ионизированный пар и плазму, а затем в атмосфере реакционного или инертного газа оседает на поверхности детали. Покрытие может быть получено способами термического испарения, катодного или ионно-плазменного распыления или с помощью бомбардировки поверхности потоком из частиц осаждаемого вещества. В качестве реакционного газа применяются азот или углеводород, в результате формируется нитридное или карбидное покрытие.

Имеется несколько разновидностей метода. Катодное распыление основано на использовании расположенных в вакуумной камере 2-х электродов. После откачки воздуха камера заполняется аргоном, на электрод с деталью подают отрицательный потенциал. Поверхность детали очищается в газовом разряде путем бомбардировки ионами. Далее отрицательный потенциал подается на испаряемый материал, который распыляется и ионизируется в плазме разряда. Частицы осаждаются на детали, создавая покрытие. Если использовать реакционный газ, пролетая через который атомы металла образуют нитриды, карбиды или окислы, можно получить требуемый структурно-фазовый состав покрытия. Скорость осаждаемых частиц достигает 10 км/с, поэтому они прочно сцепляются с основой. Наилучшие результаты получаются при использовании для испарения лучевых методов нагрева (электронно-лучевого и лазерного). Применяется дополнительное ускорение ионов наложением электрического поля.

Широко распространена технология нанесения покрытий из плазмы дугового разряда с холодным катодом. Материал испаряется катодным пятном электрической дуги - сильноточным низковольтным разрядом, развивающимся в парах материала электродов. Между анодом и катодом из напыляемого материала возникает разряд, протекающий в парах продуктов эрозии катода. Металлическая плазма выделяется из микропятен катода, в зонах которых возникают локально высокая температура и давление. Прикладывая к детали ускоряющий потенциал, повышают скорость генерируемых в плазме ионов. Такая технология реализуется в имеющихся на многих предприятиях установках "Булат". Наиболее часто наносят покрытия из TiC, TiN, Al₂O₃ - наиболее твердых износостойких материалов. Развитие метода связано с внедрением плазменных ускорителей, формирующих сфокусированный высокоскоростной ионно-плазменный пучок, сканирующий поверхность детали. Здесь так же, как и в электронно-лучевой трубке, фокусирование пучка и сканирование осуществляются с помощью электростатических, магнитных линз и отклоняющих пластин. Покрытия имеют небольшую толщину 4¸10 мкм, вызывают заметное улучшение качества поверхностей, обладают высокой коррозионной стойкостью. Они используются для повышения износостойкости металлообрабатывающего инструмента, коленвалов, деталей топливной аппаратуры дизелей, клапанов и т.д.