Principio e applicazione del rivestimento ionico
Mar 16, 2019| Principio e applicazione del rivestimento ionico
Esistono molti tipi di metodi di rivestimento utilizzati nell'industria aeronautica moderna, come la placcatura elettrolitica, la spruzzatura, la placcatura chimica, la diffusione, la laminazione e il rivestimento. Molti di questi processi sono stati controllati e hanno svolto un ruolo significativo nella produzione. Tuttavia, la tecnologia di rivestimento esistente non può tenere il passo con il rapido sviluppo dei prodotti, in modo che le persone esplorino nuove tecnologie di rivestimento. "Ion plating" è una nuova tecnologia di rivestimento sottovuoto sviluppata negli ultimi anni.
1. Introduzione
Placcatura ionica, placcatura ionica) in condizioni di vuoto, utilizzando lo scarico del gas rendere ionizzazione del gas o evaporare parte del materiale, e lo ione del gas o materiale vaporizzato sotto il bombardamento di ioni, il materiale di evaporazione o il modo della deposizione dei reagenti sul substrato . Questi includono placcatura ionica a sputtering di magnetron, placcatura ionica reattiva, placcatura ionica a scarica a catodo cavo (metodo di evaporazione a catodo cavo), placcatura ionica a più archi (placcatura ionica ad arco catodico), ecc.
2. L'importanza di
Nell'industria aeronautica e aerospaziale, i componenti di vari velivoli, missili, satelliti e dirigibili lavorano spesso in condizioni complesse e dannose. Gli aerei, ad esempio le ali, la pelle della fusoliera e il carrello di atterraggio e altre parti esterne, sono direttamente interessati dall'atmosfera, dall'umidità, dalla polvere e dai prodotti di combustione del carburante contenuti nell'attività chimica della corrosione del gas. Le parti esterne di un idrovolante, in particolare la cellula e la boa, sono spesso erose da acqua di mare, acqua di lago o acqua di fiume. Le camere di combustione, le parti della turbina e le parti dei pistoni dei cilindri dei motori aeronautici sono spesso ossidate da flussi di gas ad alta temperatura contenenti acidi e altre sostanze attive. Ci sono anche componenti di strumenti come aerobearings, dispositivi di micro-trasmissione, ingranaggi di precisione, potenziometri, ecc., Che sono spesso soggetti a vari gradi di attrito e usura. Per fare in modo che le varie parti sopra possano adattarsi alla temperatura, alla corrosione, all'usura e ad altri requisiti severi, semplicemente dalle parti della struttura o del materiale da pensare, spesso non è sufficiente. Come fare? Uno dei metodi più utilizzati è quello di utilizzare il metodo di rivestimento superficiale per proteggere le parti della matrice in modo da soddisfare i suddetti requisiti. Questo è come se le persone in base alle diverse condizioni ambientali indossassero vestiti diversi, in base alla necessità delle parti del calore, della corrosione o del rivestimento resistente all'usura.
3. Sviluppo
Esistono molti tipi di metodi di rivestimento utilizzati nell'industria aeronautica moderna, come la placcatura elettrolitica, la spruzzatura, la placcatura chimica, la diffusione, la laminazione, il rivestimento e così via. Molti di questi processi sono stati controllati e hanno svolto un ruolo significativo nella produzione. Tuttavia, la tecnologia di rivestimento esistente non può tenere il passo con il rapido sviluppo dei prodotti, in modo che le persone esplorino nuove tecnologie di rivestimento. "Ion plating" è una nuova tecnologia di rivestimento sottovuoto sviluppata negli ultimi anni.
4. Principi e processo
La placcatura ionica è un nuovo sviluppo della tecnologia del rivestimento sottovuoto. Rivestimento del vuoto ordinario (noto anche come evaporazione sottovuoto), il pezzo bloccato nel coperchio del vuoto, quando il riscaldamento elettrico della sorgente di evaporazione ad alta temperatura, promuovere di essere materiale placcato - evaporazione di fusione del materiale di evaporazione. A causa dell'innalzamento della temperatura, le particelle dell'evaporatore acquisiscono una certa energia cinetica, quindi aumentano lentamente lungo la linea di vista e infine aderiscono alla superficie del pezzo da lavorare accumulata in un film. Lo strato di placcatura che si forma con questo tipo di imbarcazione, né ha un'unione chimica stabile con la superficie della parte, ha una connessione senza diffusione, la prestazione aderente è molto scarsa, la polvere che cade come il desktop a volte è la stessa, toccare con la mano anche può cancellare Tuttavia, il processo di placcatura dello ione è diverso, sebbene anche nella copertura del vuoto, ma poi il processo di rivestimento è sotto forma di trasferimento di carica da raggiungere. In altre parole, le particelle dell'evaporatore, come ioni ad alta energia con carica positiva, sono attratte dal catodo ad alta pressione (cioè il pezzo) e iniettate nella superficie del pezzo ad alta velocità. Equivalente a un proiettile ad alta velocità sparato dalla canna, può penetrare in profondità nel bersaglio formando un solido rivestimento di diffusione sul pezzo.
Il processo di rivestimento ionico è il seguente: la sorgente di evaporazione è collegata all'anodo e il pezzo in lavorazione è collegato al catodo. Viene generata una scarica di bagliore tra la sorgente di evaporazione e il pezzo in lavorazione dopo l'applicazione di una corrente continua ad alta tensione da tre a cinquemila volt. Poiché il gas argon inerte viene riempito nel coperchio del vuoto, parte del gas argon viene ionizzata sotto l'azione del campo elettrico di scarica, formando così un'area scura del plasma attorno al pezzo in lavorazione del catodo. Gli ioni di argon positivi, attratti dall'alta pressione negativa del catodo, bombardavano violentemente la superficie del pezzo, provocando la fuoriuscita di particelle e sporco sulla superficie del pezzo da lavorare, in modo che la superficie del pezzo da placcare fosse completamente pulito da bombardamento di ioni. Le particelle dell'evaporatore si sciolgono ed evaporano, entrano nell'area di scarica a incandescenza e sono ionizzate. Gli ioni dell'evaporatore caricati positivamente, attratti dal catodo, si sono precipitati sul pezzo insieme agli ioni di argon. Quando la quantità di ioni evaporatore sulla superficie del pezzo ha superato la quantità di spruzzi di ioni, essi si sono accumulati gradualmente per formare uno strato di rivestimento che aderiva saldamente alla superficie del pezzo. Questo è il semplice processo di placcatura ionica.
5. Caratteristiche
Il rivestimento ha una buona adesione
Nel normale rivestimento sotto vuoto, le particelle dell'evaporatore sono solo circa un elettrone di volt sulla superficie del pezzo, nella superficie del pezzo e tra il rivestimento, la formazione della profondità di diffusione dell'interfaccia è solitamente di poche centinaia di angstrom (10000 angstrom = 1 micron = 0,0001 cm). Quello è meno dell'uno percento di un capello umano. Si può dire che non c'è quasi nessuna connessione tra i due livelli di transizione, come se fosse completamente separato. Nella placcatura ionica, le particelle dell'evaporatore ionizzano e hanno un'energia cinetica da 3.000 a 5.000 elettronvolt. Se le particelle di rivestimento del vuoto ordinario sono equivalenti ad un corridore senza fiato, quindi la placcatura ionica è come i passeggeri del razzo ad alta velocità, quando il suo pezzo di bombardamento ad alta velocità, deposita non solo velocemente, ma può anche penetrare la superficie del pezzo, formando un profondo strato di diffusione della matrice, la profondità di diffusione dell'interfaccia della placcatura dello ione sarebbe da quattro a cinque micron, vale a dire, rispetto alla normale profondità di diffusione del rivestimento sottovuoto decine di volte, anche cento volte, e aderito l'uno all'altro così velocemente. Il test di trazione del campione dopo la placcatura ionica mostra che il rivestimento si estende ancora plasticamente insieme al metallo di base e non si verifica alcuna desquamazione o desquamazione fino a quando il campione non sta per rompersi. Mostra quanto è forte l'attaccamento! Nel caso della placcatura ionica con elevata capacità di placcatura, le particelle dell'evaporatore si muovono nel campo elettrico sotto forma di ioni caricati lungo la direzione della linea elettrica, in modo che tutte le parti con campo elettrico possano ottenere un buon rivestimento, che è molto meglio che il normale rivestimento sotto vuoto può essere ottenuto solo nella direzione diretta. Pertanto, questo metodo è molto adatto per parti placcate sul foro interno, scanalatura e fessura stretta. Altri metodi difficili da placcare parti. Con il normale rivestimento sotto vuoto si possono placcare solo direttamente sulla superficie, le particelle di materiale di evaporazione, come la scala di risalita, possono seguire solo la scala; La placcatura ionica, d'altra parte, può essere avvolta uniformemente nella parte posteriore della parte e nel foro interno, e gli ioni caricati possono essere trasportati in qualsiasi luogo entro il raggio del suo raggio seguendo un percorso prestabilito, come in un elicottero. Il rivestimento di buona qualità ha una struttura compatta, nessun foro di spillo, nessuna bolla e spessore uniforme. Anche i bordi e le scanalature possono essere placcati in modo uniforme senza formare noduli metallici. Parti come le filettature possono anche essere placcate, poiché questo processo può anche riparare le micro incrinature della superficie del pezzo e i difetti di vaiolatura, in modo che possa migliorare efficacemente la qualità della superficie e le proprietà fisiche e meccaniche delle parti placcate. I test di fatica mostrano che, se maneggiata correttamente, la vita a fatica del pezzo è superiore del 20-30% rispetto alla placcatura.
Semplificazione del processo di pulizia
Processo di rivestimento esistente, la maggior parte dei requisiti prima del pezzo per una pulizia accurata, sia complessa che problematica. Tuttavia, il processo di placcatura dello ione stesso ha un effetto di pulizia del bombardamento di ioni, e questo effetto è stato continuato durante tutto il processo di rivestimento. Eccellente effetto pulente, può rendere il rivestimento direttamente vicino al substrato, migliorare efficacemente l'adesione, semplificare la pulizia prima della placcatura.
Una vasta gamma di materiali per placcatura
La placcatura ionica è l'uso di ioni ad alta energia che bombardano la superficie del pezzo in lavorazione, in modo tale che una grande quantità di energia elettrica sulla superficie del pezzo da lavorare in energia termica, promuovendo così la diffusione del tessuto superficiale e la reazione chimica. Tuttavia, l'intero pezzo, in particolare il nucleo del pezzo, non è stato influenzato dalla temperatura elevata. Pertanto, questo tipo di processo di rivestimento ha una vasta gamma di applicazioni, ma i limiti sono piccoli. In generale, tutti i tipi di metalli, leghe e alcuni materiali sintetici, materiali isolanti, materiali termici e materiali ad alto punto di fusione possono essere placcati. Può essere placcato sul pezzo di metallo non metallico o metallo, può anche essere placcato su metallo non metallico o non metallico, o anche plastica, gomma, quarzo, ceramica e così via.
6. Applicazioni aerospaziali
Olio non lubrificante
Negli aerei moderni, nei motori degli aerei o negli strumenti aeronautici, in particolare nell'aerospaziale, come i veicoli spaziali, i satelliti, ci sono un certo numero di parti rotanti per avere una buona lubrificazione, ma spesso a causa di una sigillatura troppo lunga, la temperatura dell'ambiente è troppo alta o volatilizzazione spaziale, il grasso lubrificante ordinario non è più applicabile, in modo da proporre invece un lubrificante solido. I risultati sperimentali mostrano che è meglio realizzare film lubrificanti solidi mediante placcatura ionica rispetto ad altri metodi. Non solo una forte adesione, un rivestimento sottile e uniforme, non influisce sulle parti della precisione dimensionale e della tolleranza. Anche l'economia è buona, un piccolo materiale di lubrificazione può essere placcato in una vasta area. Anche la qualità del film lubrificante è migliore, il coefficiente di attrito è piccolo, la durata è lunga. Ad esempio, c'è un satellite sui cuscinetti di precisione, non placcato prima della vita utile di pochi minuti, semplicemente non può essere utilizzato; Tuttavia, la pellicola di lubrificazione solida con rivestimento ionico può funzionare in modo affidabile per migliaia di ore in volo. La placcatura ionica può essere placcata non solo con molti tipi di materiali di lubrificazione solidi a temperatura ambiente, ma può anche essere rivestita con una varietà di materiali di lubrificazione solidi ad alta temperatura, alcuni possono anche essere più di ottocento gradi Celsius sotto l'alta temperatura svolgono un buon ruolo nella lubrificazione. I materiali lubrificanti solidi che possono essere placcati includono argento, oro, rame, piombo, lega piombo-stagno, fluoruro e così via.
Il vero oro non teme il fuoco
Le parti di aeromobili, in particolare molte parti del motore, spesso hanno bisogno di lavorare a temperature elevate. Ad esempio, la temperatura di lavoro delle pale della turbina e delle lame di guida è solitamente di circa 1.000 gradi centigradi e alcuni addirittura raggiungono i 1.400 gradi centigradi. Nel viaggio del romanzo mitologico ad ovest, quando il sole wukong fu messo nella fornace dal Signore supremo, probabilmente non riuscì a raggiungere una temperatura così elevata. I moderni componenti aerodinamici funzionano a temperature così elevate, è difficile soddisfare i requisiti solo in base alle prestazioni del materiale della matrice parziale stesso. Quindi, come possono le parti del motore senza ablazione ad alta temperatura? Allo stato attuale oltre alle parti della struttura per prendere misure (come l'uso di lame di raffreddamento cavo, lame di raffreddamento divergenti, ecc.), La maggior parte della necessità di rivestimento di resistenza al calore per la protezione. La placcatura ionica presenta molti vantaggi per la deposizione di film resistenti al calore. Può essere applicato a una varietà di materiali ad alto punto di fusione, come ossido di alluminio, ossido di silicio, ossido di berillio, lega di afnio, ecc. La composizione del rivestimento in lega è anche più facile da controllare, adatta per la composizione del calore più complesso lega resistente, come ferro cromo-alluminio ittrio, cobalto-cromo-alluminio-alluminio o nichel-cromo-alluminio-lega di ittrio.
Allo stato attuale, la pala della turbina è l'oggetto principale del tentativo di utilizzare il rivestimento resistente al calore della placcatura ionica. È stato riferito che la durata di vita ad alta temperatura di un tipo di lama placcato con questo metodo con una lega di nichel-cromo-alluminio è tre volte superiore a quella dell'alluminio placcato. Adatto per l'uso di parti del motore resistenti al calore e disco della turbina, parti del pistone del cilindro. Dopo essere stati trattati con questa tecnologia avanzata, alcune parti possono funzionare per migliaia di ore a temperature elevate.
Il metallo non arrugginisce
Le parti metalliche devono arrugginire, ma se le parti sono rivestite con uno strato di rivestimento anticorrosione, possono impedire la ruggine delle parti. Come risultato dell'elevata densità del rivestimento di rivestimento ionico, meno pinhole, resistenza alla corrosione e può depositare molti altri processi non è possibile depositare un buon rivestimento anticorrosivo. Pertanto, la placcatura ionica è attualmente la più utilizzata nei materiali resistenti alla corrosione. Come la parete dell'idrovolante e altre parti esterne, questo metodo può essere utilizzato per prevenire la corrosione del rivestimento a spruzzo salino e alla corrosione dell'acqua marina; Altre parti in materiale con parti in lega di alluminio possono essere placcate con questo metodo per prevenire la potenziale corrosione. Inoltre, con il miglioramento della velocità di volo e dell'altitudine e il progresso dell'esplorazione spaziale, l'applicazione della lega di titanio è sempre di più. Ma se placcato con allumina, può soddisfare completamente i requisiti. Tuttavia, la placcatura elettrolitica e altri processi non possono essere placcati in questo materiale. La placcatura ionica, d'altra parte, fa miracoli. Finora, oltre all'allumina, i materiali resistenti alla corrosione adatti per la placcatura ionica includono cromo, titanio, tantalio, acciaio inossidabile, ecc. Le parti aeronautiche placcate includono viti, dadi, rivetti, perni, tubi, giunti, giroscopi, ingranaggi di precisione, anelli di tenuta in metallo, ecc.
In breve, la placcatura ionica nell'industria aeronautica e in altri settori del potenziale applicativo è grande, oltre a quanto sopra, ce ne sono molti, come la placcatura conduttiva, il film indurente, il film decorativo e utilizzati per saldatura di precisione, tenuta di precisione, superficie riparazione. Il processo di placcatura ionica è una nuova tecnologia sviluppata da oltre dieci anni. Ha alcuni vantaggi unici e può risolvere alcune chiavi di produzione che erano difficili da superare in passato. Tuttavia, a causa dell'emergere del tempo non è lungo, ci sono molte chiavi tecniche da risolvere, come il controllo dello spessore del rivestimento, la protezione della superficie non placcante del pezzo, ecc. In secondo luogo, la capacità dell'apparecchiatura è piccola, le parti grandi sono difficili alla placcatura, grandi investimenti. Crediamo che con l'ulteriore studio di questa tecnologia, la placcatura ionica sarà gradualmente migliorata e sviluppata, e sarà pienamente applicata e promossa nel settore dell'aviazione.
IKS PVD, sulla tecnologia di rivestimento ionico, abbiamo così tante esperienze applicative nel settore, contattaci ora, iks.pvd@foxmail.com