Вакуумное напыление. Ионное напыление. Камеры вакуумного напыления. Установки вакуумного напыления

Покрытие — это оболочка плоскости, характеристики которой рознятся от качеств основы (подслоя). Образовывается данная зона или модифицированным веществом основы — диффузионные либо хим. конверсионные напыления, или отложением другого вещества на плоскости подслоя — покрывающие напыления. Формирование 1-го вида напыления управляется термодинамическими данными материй, вступающих в систему. В то же время, покрывающие напыления, в том числе, металлизирование, фактически автономны от разных термодинамических ограничений и, следовательно, обладают обширными способностями для эластичности при использовании в сверхтехнологичных производствах. Материал — слой/ покрывающая облицовка, может обладать изобилием всевозможных (необходимых) качеств, отдельные из каковых формируются подложкой, а прочие — покрытием. Это неосуществимо в случае несложного, монолитного вещества.

Ранее осуществление кроющих покрытий часто возлагалось на электрические технологии. Долгий период обработки, отслаивающиеся и шелушащиеся ненадежные напыления, непомерное потребление дорогого покрывного вещества, трудности с переработкой остатков изготовления — совершенно не соответствуют нынешним условиям. Максимально загазованные, занимающие обширные территории, гальванические цеха безысходно стали неактуальными. На замену им приходит вакуумное покрытие, владеющее целым рядом бесспорных превосходств, из числа которых:

• Экологическая безупречность процесса;
• Значительное снижение времени на обрабатывание: покрытие сплава — процедура скоротечная, в отличие от длительного электрического осаждения;
• Улучшение свойства напыления за счет сцепления многофункционального пласта с подложкой на атомном уровне;
• Уменьшение расхода покрывного вещества.

Методы

Сферы применения

Технология обработки поверхностей методом вакуумной металлизации применяется в производстве многих товаров:

• Сантехнической фурнитуры – сильфонов, кнопок смыва и др. Самая распространённая металлизация — алюминием, придающая изделиям хромированный вид.
• Мебельная фурнитура – ручки для мебельных дверок и ящиков, декоративные отделочные детали, вешалки для одежды и др.
• Зеркальные покрытия. Небьющиеся зеркала изготавливаются способом металлизации полимерных плёнок, натянутых на рамки.
• Кожгалантерея – пряжки для ремней, пуговицы, люверсы.
• Упаковочные материалы – крышки для флаконов с парфюмерией, дозаторы косметических средств, декоративные коробочки для бижутерии и др.
• В производстве бижутерии, декоративных сувениров и подобных изделий.
• При изготовлении предметов геральдики – гербов и других предметов.
• Радиоэлектроника – приборные панели телевизоров, крышки мониторов, кнопки и др.
• Микроэлектроника – изготовление интегральных микросхем, полупроводников и других деталей. Обычно применяется напыление меди.
• Автомобильная промышленность – внутренняя светоотражающая часть фар и многие декоративные детали снаружи и внутри машины.
• Светотехнические изделия – для декорации деталей светильников.

Визуально можно сделать имитацию под любой драгоценный или полудрагоценный металл. Вакуумная металлизация придаёт изделиям не только красивые декоративные свойства, но и создаёт защитный слой от коррозии для металлов, износа для других материалов. Металлизация пластмасс позволяет из дешёвых материалов создавать практичные и красивые изделия. Стойкое покрытие обеспечивает долгий срок эксплуатации изделий.

Вакуумно-плазменное напыление

В таких системах под неким давлением газа металлизированное покрытие создается путем сильного нагрева источника металла, вследствие чего происходит его испарение, и частицы оседают на заготовку. Камера может быть металлической, стеклянной, обязательно с системой водяного охлаждения. Для нагревания напыляемого элемента используют такие испарители:

• проволочный либо ленточный вольфрамовый или молибденовый испаритель прямого накала;
• электронно-радиальный, создающий нагрев с помощью электрической бомбардировки.

В соответствии с исходным металлом или сплавом, который необходимо напылить на деталь, выставляется температура нагрева в теплообменнике, она может достигать 20 тыс. °С. Если у напыляемого металла не очень хорошая адгезия с материалом заготовки, сначала наносится первичный слой из металла с более высокими адгезионными свойствами.

Организация процесса в домашних условиях

Без специального оборудования можно применить технологию поверхностного химического покрытия, но для вакуумной обработки в любом случае потребуется соответствующая камера. На первом этапе подготавливается сама заготовка – ее следует очистить, обезжирить и при необходимости выполнить шлифование. Далее объект помещается в камеру вакуумной металлизации. Своими руками можно выполнить и специальную оснастку на рельсах из профильных элементов. Это будет удобный способ загрузки и выгрузки материала, если планируется обработка в регулярном режиме. В качестве источника частиц металлизации применяются так называемые болванки – из алюминия, латуни, меди и др. После этого камера настраивается на оптимальный режим обработки и начинается процесс напыления. Готовое изделие сразу после металлизации можно покрыть вручную вспомогательными защитными покрытиями на основе лаков.

Ионно-вакуумное напыление

Главным преимуществом данного метода считается отсутствие необходимости очень сильно нагревать испаритель. Металл распыляется под воздействием бомбардировки отрицательно заряженными ионами газа. Создание такой среды возможно благодаря особым разрядам внутри рабочей камеры. Для этого в оборудовании используется магнитная система с охлаждением. Тлеющий разряд для распыления напыляемого элемента создается между 2 электродами благодаря подаче высоковольтного напряжения до 4 кВ. В рабочей камере создается газовая среда с давлением до 0,6 Паскаль. По схожему принципу производится также ионно-плазменное напыление на специализированном оборудовании.

Особенности электроплазменной полировки.

С помощью ЭПП можно не только снять заусенцы и шероховатости с поверхности изделия, но и добиться максимально возможного класса чистоты. После обработки исчезают даже мелкие вкрапления абразивов, удаляется окалина, неровности в зонах сварных швов. Следов побежалости, которые портят эстетичный вид, также не остается.

Благодаря отработанной методике электролитно-плазменное полирование выполняется за несколько минут. Ионно-плазменная полировка считается особенно эффективной по отношению к стальным сплавам с повышенным содержанием хрома — именно этот элемент позволяет добиться красивого зеркального блеска. Также применяется ко всем другим нержавеющим сталям.

Поверхности, пригодные для напыления

Для металлизации пригодны любые предметы, способные выдерживать нагрев до 80 °С и воздействие специализированных лаков. Достоинством технологии является то, что для придания изделиям эффекта медных покрытий, зеркального хромирования, золочения, никелирования не нужно предварительно полировать поверхности. Чаще путем вакуумной металлизации покрывают детали из пластика, стекла, металлических сплавов, различные полимерные и керамические изделия. Реже, но все же технология используется для более мягких материалов, таких как древесина, текстиль, мех.

Обработка металлических заготовок и изделий из металлосплавов благодаря хорошей совместимости основания и покрытий не требует использования дополнительных расходных материалов. В то время как полимеры необходимо грунтовать предварительно защитными и адгезионными составами. Для предотвращения деформации полимерных заготовок и снижения напряжения в рабочей среде во время вакуумной металлизации используют специальные модифицирующие компоненты и режимы диффузии материала.

Эклектика в физике или лучевые испарители

Идея электронно-лучевого испарения заключается в непрерывном воздействии потока электронов на поверхность мишени. Кинетическая энергия движения при ударе частично используется на разрыв кристаллических связей, частично превращается в тепло, за счет которого осуществляется нагрев до температуры испарения. Факел содержит не только пар, но и микрочастицы, которые легко поддаются управлению за счет электрических и магнитных полей. Очевидно, что поддержание плотности ионного факела упирается лишь в непрерывное облучение, поэтому нет ограничений на толщину напыления.

Многочисленные инженерно-научные достижения позволили создать несколько разных модификаций электронно-лучевых испарителей. Основное различие прототипов заключается в конструкции катода и системы стабилизации потока, построенной на силовых и магнитных линиях.

В конечном счете, на катоде в месте контакта с факелом формируются так называемые пятна, характеризующиеся высокой энергией и температурой. Давление паров на этом участке в миллионы раз превышает средние показатели рабочей среды, поэтому инертный заполнитель в этот момент физически не может реагировать с напыляемым металлом. Взаимодействие происходит сразу же после смещения катодного пятна. Скорость перемещения факела зависит в основном от скорости испарения поверхностных слоев мишени.

Как уже было сказано, немногие металлы располагают к сублимации, поэтому катодное пятно содержит капли расплава. Размер и концентрация зависит не только от физико-химических показателей напыляемого металла, но и от плотности инициирующей плазму дуги.

Этапы вакуумной металлизации

Технологический процесс металлизации на различные изделия включает несколько последовательных этапов:

• Подготовка детали. Важно, чтобы заготовка имела максимально простую форму, без труднодоступных для оседания конденсата мест.
• Нанесение защиты. На полимерные основы, содержащие низкомолекулярные наполнители, необходимо нанести антидиффузионное покрытие.
• Сушка. В течение 3 часов детали сушатся при 80 градусах по Цельсию, что позволяет удалить впитавшуюся влагу.
• Обезжиривание. В вакуумной камере с помощью тлеющего разряда заготовка обезжиривается. Это особенно хорошо влияет на структуру полимеров.
• Активационная обработка. Способ обработки выбирается в зависимости от материала изделия, необходимо это для повышения адгезии поверхности перед металлизацией.
• Напыление металла. Путем конденсации создается металлизированный слой на заготовке.
• Контроль качества покрытия. Декоративные детали осматриваются на предмет равномерности напыления и его прочности. Технические изделия испытываются дополнительно с помощью липкой ленты, ультразвуковых колебаний, трения и т.д.

Подготовка к проведению хромирования

Для хромирования пластмассы своими руками дома необходимо подготовить следующие материалы и инструменты:

• подходящая по размерам ёмкость, в которую будет налит диэлектрический раствор, это может быть стеклянная банка или пластиковое ведро;
• электролитный раствор;
• пластиковое ведро или пластиковый тазик, в который помещают ёмкость;
• ящик из фанеры или дерева, который необходимо предварительно изолировать стеклотканью и утеплить минеральной ватой или песком — это нужно для хорошей термоизоляции;
• специальная кисть для нанесения раствора;
• нагревательный элемент — лучше всего для этого подойдёт обыкновенный ТЭН;
• источник электропитания необходимого напряжения, мощности и силы тока (трансформатор или автомобильный аккумулятор);
• термометр, с помощью которого можно измерять жидкость с температурой до 1000 C;
• кронштейн, необходимый для свободного подвешивания обрабатываемой детали в ёмкости;
• щиток для плотного накрывания ёмкости — это может быть лист из фанеры;
• зажим.

Хромированные детали

Первым делом, необходимо подготовить специальный электролитический раствор, без которого весь процесс невозможен. Сделать его можно в домашних условиях. Для этого понадобятся следующие ингредиенты:

• дистиллированная вода (объем зависит от объёма тары и размера обрабатываемой детали);
• хромовый ангидрит (250 г/литр воды);
• серная кислота H2SO4 (2.5 г/л).

Независимо от выбора метода проведения хромирования деталей в домашних условиях для его осуществления понадобится электролитический раствор.

Чтобы приготовить электролит, необходимо в дистиллированную воду, предварительно нагретую до 600 C, насыпать и тщательно размешать хромовый ангидрит, после этого добавить и размешивать серную кислоту. Через полученный раствор в течение 2 – 3 часов прогоняем электрический ток до приобретения им темно-бордового оттенка. Силу тока рассчитываем исходя из количества жидкости, она должна составлять 6.5 А./литр жидкости. Готовый раствор настаиваем в течение суток.

Оборудование для металлизации

Установки вакуумной металлизации – довольно сложное и дорогое оборудование, потребляющее много электричества. Для создания комплексного технологического цикла требуется довольно просторное помещение, так как разместить следует несколько разнофункциональных устройств. Основные узлы вакуумной системы:

• Блок энергообеспечения и управления в совокупности с источником конденсируемых металлов.
• Газораспределительная система, создающая вакуумное пространство и регулирующая потоки газов.
• Рабочая камера для проведения вакуумной металлизации.
• Блок термического контроля, управления толщиной и скоростью напыления, свойствами покрытий.
• Транспортирующий блок, отвечающий за изменение положения заготовок, их подачу и изъятие из камеры.
• Устройства блокировки узлов, газовые фильтры, заслонки и прочее вспомогательное оборудование.

Магнетронное и ионно-плазменное вакуумное оборудование бывает разных габаритов, от небольших, с камерами в несколько литров до весьма крупных, с объемом камер в несколько кубических метров.

располагает достаточными производственными мощностями и соответствующим оборудованием для обеспечения различных способов вакуумного напыления. У нас можно заказать ионно-плазменное покрытие изделий из любых материалов такими металлами, как титан, медь, алюминий, латунь, хром, различные сплавы и пр. Гарантируем высокое качество работы и лояльные цены.

Климатические камеры

Такие установки относят к категории испытательного оборудования. Климатические камеры дают возможность проводить тестирование продукции и различных материалов на их устойчивость к агрессивным природным и механическим воздействиям. Наибольшее распространение оборудование получило в научной и исследовательской деятельности. Его используют в оборонной промышленности, металлургии и производстве пищевой продукции.

Климатические камеры, цена которых зависит от их комплектации, позволяют точно имитировать перепады температур, воздействие влажной, соляной и кислотной сред, вибрации, солнечную радиацию, давление и прочие факторы, влияющие на долговечность материалов и средств. В зависимости от типа воздействия оборудование классифицирует по таким функциональным возможностям:

• камеры тепла – КТ;
• камеры холода – КХ;
• камеры тепла-холода – КТХ;
• установки тепла-холода-влаги – КТХВ;
• системы тепла-влаги или холода-влаги – КТВ и КХВ;
• камеры соляного тумана и солнечной радиации – КСТ и КСР;
• установки для проведения лабораторных взрывов и прочие агрегаты.

Модификации оборудования настолько разнообразные, что при необходимости можно подобрать определенный вариант конструкции для проведения техпроцесса. Агрегаты бывают узкой специализации (камеры тепла или холода) или универсальными (установки тепло-холод-влага и другие).

Стандартная конструкция оборудования:

• корпус с рабочим объемом – имеет вид шкафа, внутри которого находятся теплообменники и различные устройства для контроля проведения испытаний;
• холодильная установка – обеспечивает создание низкого температурного режима, монтируется на фундаментной плите;
• щит управления – в нем установлены устройства и приборы для управления оборудованием.

В некоторых модификациях установок предусмотрено наличие нескольких камер, каждая из которых выполняет определенные функции.

Сравнение электроплазменной и электрохимической полировки.

Применение токсичных компонентов заставили отказаться от электрохимической обработки в пользу электроплазменной. Пары кислот являются разрушающими для оборудования и опасными для обслуживающего персонала. А мелкие риски и заусенцы, которые могут быть на погружаемых деталях, электрохимическая полировка не удаляет. Также требуется специальная утилизация отработанных растворов, которые представляют экологическую опасность для окружающей среды. В отличие от электрохимической, электроплазменная полировка считается экологически безопасной. В комплектацию установок не входят дополнительные системы очистки, что удешевляет стоимость оборудования и, соответственно, самой услуги. В 2-3 раза сокращается время на обработку, что положительно влияет на производительность. Полировка получается равномерной даже в местах с микрорельефом или на участках с остаточной деформацией, сварными швами.