Вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення
Вступ. Внаслідок механічного та хімічного зносу внутрішніх поверхонь трубоподібних виробів існує необхідність створення захисних покриттів останніх, що збільшить ресурс їх використання в різних галузях промисловості. Проблематика. При створенні обладнання для отримання якісних захисних покриттів вн...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наука та інновації |
|---|---|
| Datum: | 2020 |
| Hauptverfasser: | , , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2020
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184861 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення / В.М. Коломієць, О.І. Шкурат, С.М. Кравченко, Р.Ю. Лопаткін, І.Г. Чижов, П.Є. Самойлов, Ю.А. Павленко, М.О. Мельник, О.І. Гончаренко // Наука та інновації. — 2020. — Т. 16, № 4. — С. 53-59. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-184861 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Коломієць, В.М. Шкурат, О.І. Кравченко, С.М. Лопаткін, Р.Ю. Чижов, І.Г. Самойлов, П.Є. Павленко, Ю.А. Мельник, М.О. Гончаренко, О.І. 2022-07-24T09:20:48Z 2022-07-24T09:20:48Z 2020 Вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення / В.М. Коломієць, О.І. Шкурат, С.М. Кравченко, Р.Ю. Лопаткін, І.Г. Чижов, П.Є. Самойлов, Ю.А. Павленко, М.О. Мельник, О.І. Гончаренко // Наука та інновації. — 2020. — Т. 16, № 4. — С. 53-59. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin16.04.053 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184861 Вступ. Внаслідок механічного та хімічного зносу внутрішніх поверхонь трубоподібних виробів існує необхідність створення захисних покриттів останніх, що збільшить ресурс їх використання в різних галузях промисловості. Проблематика. При створенні обладнання для отримання якісних захисних покриттів внутрішньої поверхні труб виникають деякі труднощі, пов’язані з обмеженістю простору. В світовій практиці широко застосовують методи плазмового напилення з циліндричними магнетронами. Однак, актуальними залишаються питання удосконалення розпилювального обладнання для збільшення його ефективності та покращення фізико-механічних властивостей покриттів. Також нагальною потребою є виготовлення універсального обладнання для обробки трубних виробів різного діаметру. Мета. Розробка й створення стенду з дослідним зразком магнетронної розпилювальної системи для напилення покриттів на внутрішні поверхні трубних виробів діаметром від 30 мм з використанням методики магнетронного розпилення імпульсами високої потужності. Матеріали й методи. Елементи конструкції магнетронного розпилювача виготовлено з нержавіючої сталі з параметром шорсткості Ra ≤ 2,5. В експериментах використано метод магнетронного розпилення імпульсами високої потужності (HIPIMS — High-power impulse magnetron sputtering). Результати. Розроблено конструкторську документацію на магнетронну розпилювальну систему та виготовлено стенд для напилення захисних покриттів на внутрішні поверхні трубних виробів діаметром від 30 мм. Використовуючи створену циліндричну магнетронну розпилювальну систему, можна здійснювати в одному технологічному циклі як іонне очищення внутрішньої поверхні труб, так і напилення нових покриттів. Висновки. Позитивні результати з випробування дослідного зразка магнетронної розпилювальної системи показали перспективність створення промислового обладнання для вирішення актуальної проблеми отримання якісних покриттів внутрішньої поверхні труб. Introduction. Due to the mechanical and chemical wear of the inner surfaces of the tubular products, there is a need to create protective coatings for these surfaces, which will increase the life of such products in various industries. Problem Statement. When designing equipment to obtain high-quality protective coatings on the inner surface of pipes, there are some difficulties associated with space limitations. Plasma sputtering with cylindrical magnetrons is widely used in the world. However, the questions about improving the sputter equipment to increase its efficiency and to improve the physical and mechanical properties of the coatings are current interest. The need of manufacturing universal equipment for processing of different diameter pipe products of is also urgent. Purpose. Development and creation of the test bench magnetron sputtering system for deposition coatings on the inner surfaces of pipe products with a diameter of 30 mm using the method of high-power impulse magnetron sputtering. Materials and Methods. The design elements of the magnetron sputter are made of stainless steel with a roughness not greater than Ra 2.5. The method of high-power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) was used in the experiments. Results. The design documentation for the magnetron sputtering system has been developed. The stand for deposition of the protective coatings on the inner surface of pipe products with a diameter of 30 mm has been manufactured. Using created cylindrical magnetron sputtering system may be realized in one technological cycle as to ionic cleaning internal surface of tubes and as to deposition new coatings. Conclusion. The prospects for creating the industrial equipment to solve the urgent problem of obtaining the quality coatings inside the pipes have been confirmed by positive results during the magnetron sputtering system prototype tests. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Науково-технічні інноваційні проєкти Національної академії наук України Вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення The Vacuub Device for Receiving Coatings on the Inner Surface of the Pipes by Magnetron Sputtering Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення |
| spellingShingle |
Вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення Коломієць, В.М. Шкурат, О.І. Кравченко, С.М. Лопаткін, Р.Ю. Чижов, І.Г. Самойлов, П.Є. Павленко, Ю.А. Мельник, М.О. Гончаренко, О.І. Науково-технічні інноваційні проєкти Національної академії наук України |
| title_short |
Вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення |
| title_full |
Вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення |
| title_fullStr |
Вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення |
| title_full_unstemmed |
Вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення |
| title_sort |
вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення |
| author |
Коломієць, В.М. Шкурат, О.І. Кравченко, С.М. Лопаткін, Р.Ю. Чижов, І.Г. Самойлов, П.Є. Павленко, Ю.А. Мельник, М.О. Гончаренко, О.І. |
| author_facet |
Коломієць, В.М. Шкурат, О.І. Кравченко, С.М. Лопаткін, Р.Ю. Чижов, І.Г. Самойлов, П.Є. Павленко, Ю.А. Мельник, М.О. Гончаренко, О.І. |
| topic |
Науково-технічні інноваційні проєкти Національної академії наук України |
| topic_facet |
Науково-технічні інноваційні проєкти Національної академії наук України |
| publishDate |
2020 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Наука та інновації |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
The Vacuub Device for Receiving Coatings on the Inner Surface of the Pipes by Magnetron Sputtering |
| description |
Вступ. Внаслідок механічного та хімічного зносу внутрішніх поверхонь трубоподібних виробів існує необхідність створення захисних покриттів останніх, що збільшить ресурс їх використання в різних галузях промисловості.
Проблематика. При створенні обладнання для отримання якісних захисних покриттів внутрішньої
поверхні труб виникають деякі труднощі, пов’язані з обмеженістю простору. В світовій практиці широко застосовують методи плазмового напилення з циліндричними магнетронами. Однак, актуальними
залишаються питання удосконалення розпилювального обладнання для збільшення його ефективності
та покращення фізико-механічних властивостей покриттів. Також нагальною потребою є виготовлення
універсального обладнання для обробки трубних виробів різного діаметру.
Мета. Розробка й створення стенду з дослідним зразком магнетронної розпилювальної системи для
напилення покриттів на внутрішні поверхні трубних виробів діаметром від 30 мм з використанням методики магнетронного розпилення імпульсами високої потужності. Матеріали й методи. Елементи конструкції магнетронного розпилювача виготовлено з нержавіючої
сталі з параметром шорсткості Ra ≤ 2,5. В експериментах використано метод магнетронного розпилення імпульсами високої потужності (HIPIMS — High-power impulse magnetron sputtering). Результати. Розроблено конструкторську документацію на магнетронну розпилювальну систему
та виготовлено стенд для напилення захисних покриттів на внутрішні поверхні трубних виробів діаметром від 30 мм. Використовуючи створену циліндричну магнетронну розпилювальну систему, можна здійснювати в одному технологічному циклі як іонне очищення внутрішньої поверхні труб, так і напилення нових покриттів. Висновки. Позитивні результати з випробування дослідного зразка магнетронної розпилювальної
системи показали перспективність створення промислового обладнання для вирішення актуальної проблеми
отримання якісних покриттів внутрішньої поверхні труб.
Introduction. Due to the mechanical and chemical wear of the inner surfaces of the tubular products, there is a need to create
protective coatings for these surfaces, which will increase the life of such products in various industries.
Problem Statement. When designing equipment to obtain high-quality protective coatings on the inner surface of pipes,
there are some difficulties associated with space limitations. Plasma sputtering with cylindrical magnetrons is widely used in
the world. However, the questions about improving the sputter equipment to increase its efficiency and to improve the
physical and mechanical properties of the coatings are current interest. The need of manufacturing universal equipment for
processing of different diameter pipe products of is also urgent.
Purpose. Development and creation of the test bench magnetron sputtering system for deposition coatings on the inner
surfaces of pipe products with a diameter of 30 mm using the method of high-power impulse magnetron sputtering.
Materials and Methods. The design elements of the magnetron sputter are made of stainless steel with a roughness not
greater than Ra 2.5. The method of high-power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) was used in the experiments.
Results. The design documentation for the magnetron sputtering system has been developed. The stand for deposition of
the protective coatings on the inner surface of pipe products with a diameter of 30 mm has been manufactured. Using created
cylindrical magnetron sputtering system may be realized in one technological cycle as to ionic cleaning internal surface of
tubes and as to deposition new coatings.
Conclusion. The prospects for creating the industrial equipment to solve the urgent problem of obtaining the quality
coatings inside the pipes have been confirmed by positive results during the magnetron sputtering system prototype tests.
|
| issn |
1815-2066 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184861 |
| citation_txt |
Вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення / В.М. Коломієць, О.І. Шкурат, С.М. Кравченко, Р.Ю. Лопаткін, І.Г. Чижов, П.Є. Самойлов, Ю.А. Павленко, М.О. Мельник, О.І. Гончаренко // Наука та інновації. — 2020. — Т. 16, № 4. — С. 53-59. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT kolomíêcʹvm vakuumniipostdlânanesennâpokrittívnavnutríšnûpoverhnûtrubmetodommagnetronnogorozpilennâ AT škuratoí vakuumniipostdlânanesennâpokrittívnavnutríšnûpoverhnûtrubmetodommagnetronnogorozpilennâ AT kravčenkosm vakuumniipostdlânanesennâpokrittívnavnutríšnûpoverhnûtrubmetodommagnetronnogorozpilennâ AT lopatkínrû vakuumniipostdlânanesennâpokrittívnavnutríšnûpoverhnûtrubmetodommagnetronnogorozpilennâ AT čižovíg vakuumniipostdlânanesennâpokrittívnavnutríšnûpoverhnûtrubmetodommagnetronnogorozpilennâ AT samoilovpê vakuumniipostdlânanesennâpokrittívnavnutríšnûpoverhnûtrubmetodommagnetronnogorozpilennâ AT pavlenkoûa vakuumniipostdlânanesennâpokrittívnavnutríšnûpoverhnûtrubmetodommagnetronnogorozpilennâ AT melʹnikmo vakuumniipostdlânanesennâpokrittívnavnutríšnûpoverhnûtrubmetodommagnetronnogorozpilennâ AT gončarenkooí vakuumniipostdlânanesennâpokrittívnavnutríšnûpoverhnûtrubmetodommagnetronnogorozpilennâ AT kolomíêcʹvm thevacuubdeviceforreceivingcoatingsontheinnersurfaceofthepipesbymagnetronsputtering AT škuratoí thevacuubdeviceforreceivingcoatingsontheinnersurfaceofthepipesbymagnetronsputtering AT kravčenkosm thevacuubdeviceforreceivingcoatingsontheinnersurfaceofthepipesbymagnetronsputtering AT lopatkínrû thevacuubdeviceforreceivingcoatingsontheinnersurfaceofthepipesbymagnetronsputtering AT čižovíg thevacuubdeviceforreceivingcoatingsontheinnersurfaceofthepipesbymagnetronsputtering AT samoilovpê thevacuubdeviceforreceivingcoatingsontheinnersurfaceofthepipesbymagnetronsputtering AT pavlenkoûa thevacuubdeviceforreceivingcoatingsontheinnersurfaceofthepipesbymagnetronsputtering AT melʹnikmo thevacuubdeviceforreceivingcoatingsontheinnersurfaceofthepipesbymagnetronsputtering AT gončarenkooí thevacuubdeviceforreceivingcoatingsontheinnersurfaceofthepipesbymagnetronsputtering |
| first_indexed |
2025-11-26T12:03:00Z |
| last_indexed |
2025-11-26T12:03:00Z |
| _version_ |
1850620746812882944 |
| fulltext |
53
https://doi.org/10.15407/scin16.04.053
в.м. КОлОмІєць, О.І. шКурАт, с.м. КрАвЧенКО,
р.Ю. лОпАтКІн, І.Г. ЧижОв, п.є. сАмОйлОв,
Ю.А. пАвленКО, м.О. мельниК, О.І. ГОнЧАренКО
Інститут прикладної фізики НАН України,
вул. Петропавлівська, 58, Суми, 40030, Україна,
+380 54 222 2794, +380 54 222 3760, ipfmail@ipfcentr.sumy.ua
вакуумний пост для нанесення
покриттІв на внутрІшню поверхню труб
методом магнетронного розпилення
цитування: коломієць в.м., шкурат О.І., кравченко с.м., лопаткін р.Ю., Чижов І.Г., самойлов п.є.,
павленко Ю.А., мельник м.О., Гончаренко О.І. вакуумний пост для нанесення покриттів на внутріш-
ню поверхню труб методом магнетронного розпилення. Nauka innov. 2020. т. 16, № 4. с. 53—59. https://
doi.org/10.15407/scin16.04.053
Вступ. Внаслідок механічного та хімічного зносу внутрішніх поверхонь трубоподібних виробів існує не-
обхідність створення захисних покриттів останніх, що збільшить ресурс їх використання в різних галу-
зях промисловості.
Проблематика. При створенні обладнання для отримання якісних захисних покриттів внутрішньої
поверхні труб виникають деякі труднощі, пов’язані з обмеженістю простору. В світовій практиці широ-
ко застосовують методи плазмового напилення з циліндричними магнетронами. Однак, актуальними
залишаються питання удосконалення розпилювального обладнання для збільшення його ефективності
та покращення фізико-механічних властивостей покриттів. Також нагальною потребою є виготовлення
універсального обладнання для обробки трубних виробів різного діаметру.
Мета. Розробка й створення стенду з дослідним зразком магнетронної розпилювальної системи для
напилення покриттів на внутрішні поверхні трубних виробів діаметром від 30 мм з використанням ме-
тодики магнетронного розпилення імпульсами високої потужності.
Матеріали й методи. Елементи конструкції магнетронного розпилювача виготовлено з нержавіючої
сталі з параметром шорсткості Ra ≤ 2,5. В експериментах використано метод магнетронного розпи-
лення імпульсами високої потужності (HIPIMS — High-power impulse magnetron sputtering).
Результати. Розроблено конструкторську документацію на магнетронну розпилювальну систему
та виготовлено стенд для напилення захисних покриттів на внутрішні поверхні трубних виробів діа-
метром від 30 мм. Використовуючи створену циліндричну магнетронну розпилювальну систему, можна
здійснювати в одному технологічному циклі як іонне очищення внутрішньої поверхні труб, так і напи-
лення нових покриттів.
Висновки. Позитивні результати з випробування дослідного зразка магнетронної розпилювальної
системи показали перспективність створення промислового обладнання для вирішення актуальної проб-
леми отримання якісних покриттів внутрішньої поверхні труб.
К л ю ч о в і с л о в а: магнетронна розпилювальна система, метод HIPIMS, внутрішня поверхня труб, ци-
ліндричний магнетрон, магнетронний розпилювач.
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16(4)
в.м. Коломієць, О.І. шкурат, с.м. Кравченко, р.Ю. лопаткін, І.Г. Чижов, п.є. самойлов, Ю.А. павленко та ін.
54 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4)
внутрішні поверхні деталей та елементів про-
мислового обладнання трубоподібних форм
можуть піддаватися суттєвому механічному й
хімічному зносу, особливо при роботі в хіміч-
но агресивних середовищах. Очевидно, що
такі фактори призводять до зниження ресурсу,
руйнування і корозії трубних виробів. тому
підвищення механічної, термічної та хімічної
стійкості поверхонь таких деталей на сьогодні,
є досить актуальним [1].
На сучасному етапі розвитку технологій най-
більш перспективними й поширеними мето-
дами модифікації внутрішніх поверхонь труб-
них виробів є методи плазмового напилення
покриттів [2—4]. серед цих методів чільне міс-
це посідає метод магнетронного розпилення
зав дяки якому можна з високою відтворюва-
ністю технологічного процесу отримувати ви-
сокоякісні покриття з покращеними фізико-ме-
ханічними й хімічними властивостями [5—7].
Удосконалення зазначеного методу призвело
до появи його різновиду, так званої, методики
HIPIMS, в якій застосовано імпульси високої
потужності, завдяки чому в плазмі збільшу-
ється щільність іонів розпиленої речовини. як
наслідок, це приводить до кращої адгезії та, від-
повідно, покращення морфології поверхні от-
римуваних покриттів [8—10].
Через особливості форми трубоподібних де-
талей є певна складність доступу до їхніх внут-
рішніх поверхонь, що створює техніко-техно-
логічні труднощі реалізації ефективних магнет-
ронних розпилювальних систем для нанесення
високоякісних покриттів на внутрішні поверх-
ні труб. провідні наукові лабораторії пішли шля-
хом створення магнетронних розпилювачів
циліндричної форми [11]. проте залишаються
проблеми створення розпилювального облад-
нання з високою ефективністю і потужністю, а
також питання покращення фізико-механіч-
них та хімічних властивостей отримуваних плі-
вок й відпрацювання стабільно повторюваль-
них технологій.
Для вирішення завдання нанесення якісних
захисних покриттів на внутрішню поверхню
ви робів трубоподібної форми в Інституті прик-
ладної фізики НАН України (суми, Україна)
бу ло створено магнетронну розпилювальну сис-
тему (рис. 1), яка складається з 2-х циліндрич-
них магнетронів (рис. 2) (цм) [12].
використовуючи створену циліндричну маг-
нетронну розпилювальну систему, можна здійс-
нювати в одному технологічному циклі як іон-
не очищення внутрішньої поверхні труб, так і
напилення нових покриттів. До того ж, є мож-
ливість працювати в одному з режимів: робота
на постійному або імпульсному струмі. Ще од-
нією перевагою створеної магнетронної роз-
пилювальної системи є можливість отримува-
ти багатошарові покриття за рахунок збіль-
шення кількості цм.
в результаті проведених випробувань до-
слідного зразка магнетронного розпилювача
було отримано покриття з тугоплавких і хіміч-
но стійких матеріалів з покращеними фізико-
механічними властивостями (детально описано
Рис. 1. магнетронна розпилювальна система з цилінд-
ричним магнетроном: 1 — з’єднувальний фланець; 2 —
ущільнювач; 3, 4 — магнетрони; 5 — підкладки; 6 — фраг-
мент труби; 7 — механізм для переміщення магнетронів
Рис. 2. Дослідний зразок циліндричного магнетрону в
перетині: А — перший магнетрон; Б — другий магнетрон;
1 — магніти з smCo; 2, 9 — герметичні канали; 3, 6 —
катоди-мішені; 4, 5, 7, 8 — аноди; 10, 11 — захисні екрани
7 6 Б 8 11 5 А 3 4
9 1
2
10
1
6 5 1 2
3 4 7
вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) 55
в роботі [12]). Успішні випробування та наяв-
на конструкторська документація дають мож-
ливість створити промислову установку для
напилення захисних покриттів трубоподібних
виробів для різних сфер використання.
розроблену магнетронну систему з цм мо же
бути використано тільки для трубних виро бів
з внутрішнім діаметром не менше 60 мм. про-
довжуючи розробки, авторським колек тивом
створено конструкторську документацію і до-
слідний зразок магнетронної розпи лювальної
системи з використанням методи ки HIPIMS для
напилення покриттів на внутрішні поверхні тру-
боподібних виробів діаметром від 30 мм.
опис конструкцІї дослІдного
зразка магнетронної
розпилювальної системи
з використанням методики HIPIMS
3D-модель розробленого магнетронного роз-
пилювача для напилення захисних покриттів
на внутрішні поверхні труб діаметром від 30 мм
наведено на рис. 3.
магнетронний розпилювач складається з
ос новних елементів:
1. вакуумна камера, що забезпечує еколо-
гічність виконання технологічного процесу
при тиску залишкових газів 10—4 па. Зовніш-
німи нагрівальними елементами камера може
розігріватися до температури близько 180 °с;
2. Імітатор труби Ø30 мм, конструкція якого
дозволяє без додаткових витрат проводити
зміну зразків-свідків;
3. катод, охолоджуваний проточною дисти-
льованою водою;
4. Фланці, які забезпечують щільність з’єд-
нання катода та вакуумної камери, а також
їхню взаємну електричну ізоляцію;
5. Гумові кільця, які забезпечують вакуумну
щільність з’єднань;
6. канали для охолодження фланців-ізо-
ляторів проточною водою;
7. клапан фірми Leybold (Німеччина), що
забезпечує дозований напуск Ar в камеру під
час створення первинної плазми;
8. Заслінка, яка регулює швидкість відкачки
системи в процесі напилення;
9. Датчик для вимірювання величини розрі-
дження в вакуумній камері;
10. електричний ізолятор між камерою та
вакуумною системою.
11. Фланець для з’єднання камери стенду з
вакуумною системою.
Рис. 3. 3D-модель магнетронного розпилювача для на-
несення захисних покриттів: 1 — вакуумна камера; 2 —
імітатор труби Ø30 мм; 3 — катод; 4 — фланці-ізолятори
«катод-вакуумна камера»; 5 — гумові ущільнюючі кільця;
6 — канали для охолодження водою; 7 — клапан напус-
кання робочого газу аргону; 8 — заслінка; 9 — датчик ва-
кууму; 10 — ізолятор; 11 — фланець «вакуумна камера-
стенд»
Рис. 4. вакуумна камера із магнетронною розпилю валь-
ною системою
1
10 11
3
5
9
8
5
4
6 7
2 6 4
в.м. Коломієць, О.І. шкурат, с.м. Кравченко, р.Ю. лопаткін, І.Г. Чижов, п.є. самойлов, Ю.А. павленко та ін.
56 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4)
На рис. 4 показано розроблену вакуумну ка-
меру з магнетронною розпилювальною систе-
мою. всі елементи конструкції виготовлено
з нержавіючої сталі. враховуючи вимоги до
внутрішніх поверхонь вакуумних деталей, ос-
танні мають параметр шорсткості Ra ≤ 2,5.
Зварні шви вакуумно щільні, їхня якість пе-
ревірялася за допомогою гелієвого течошука-
ча Varian 925-40.
Для випробування й функціонування маг-
нетронного розпилювача було розроблено схе-
му його живлення та вакуумну принципову
схему, на основі яких спроєктовано та виго-
товлено стенд для відпрацювання технологіч-
ного процесу напилення (рис. 5).
всі елементи стенду для відпрацювання
технологічного процесу напилення магнетрон-
ним методом відповідають вимогам вакуумної
гігієни та герметичності й працюють в автома-
тичному режимі за заданою оператором про-
грамою. стенд обладнано необхідними систе-
мами водяного охолодження елементів кон-
струкції, він має ввід для підключення робо-
чого газу та вакуумно герметичні електричні
ро з’єми, які дозволяють виконати нагріван-
ня зразків до необхідної температури та конт-
ролювати цей процес. спроєктований та виго-
товлений дослідний зразок розпилювача пов-
ністю адаптовано для роботи з цією системою.
перед включенням стенду та періодично в
процесі його роботи проводили вимірювання
опору ізоляції конструктивних елементів за
допомогою вимірювача опору ізоляції типу
DT-6605 при напрузі випробувального сигна-
лу 2500 в. в діючій установці напруга жив-
лення магнетрону може бути до 1200 в.
електричне живлення магнетронного роз-
пилювача металів відбувається відповідно до
схеми, наведеної на рис. 6. електрична схема
базується на забезпеченні двох, необхідних
для роботи магнетрону, стабільних фізичних
явищ: створення взаємоперпендикулярних маг-
нітного та електричного полів в проміжку між
об’єктом напилення (труба) та катодом — дже-
релом розпилення тугоплавких металів.
Для формування магнітного поля в цилін-
дричному магнетроні як джерело живлення
обрано, блок випрямляча FlexKraft 12V/1200A
(kraftPowercon sweden AB, швеція) з повіт-
ряним охолодженням (рис. 7). Зазначений
блок живлення має режим стабілізації струму
або напруги і створює величину струму через
провідник—катод (мідна трубка) до 1200 А
при напрузі на його кінцях до 12 в. під час
проходження струму, перпендикулярно осі ка-
тоду виникає магнітне поле магнітною індук-
цією до 26 мтл (при силі струму 1200 А), вели-
чин якої достатньо для створення стабільної
«пастки» електронів.
принциповою відмінністю технології HIPIMS
від класичного магнетронного розпилення є ви-
сока щільність потужності розряду, яка мо же
досягати рівня декількох квт/см2. це в 100 ра-
зів більше, ніж при традиційному магнетрон-
ному розпиленні на постійному струмі (DC)
Рис. 5. стенд для відпрацювання технологічного процесу
напилення
Рис. 6. електрична схема підключення магнетронного
роз пилювача
провідник
сu
мішень
та (nb)
Аргон
Аргон
труба
1000 V+
+
–
–
вода вода
струм 400—1000 А
вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) 57
або в середньочастотному режимі (MF). кон-
центрація плазми поблизу мішені може на
кілька порядків перевищувати значення, ха-
рактерні для магнетронного розпилення на по-
стійному струмі, що, в свою чергу, призводить
до збільшення частки іонів в потоці розпиле-
ного матеріалу. ступінь іонізації матеріалу з
мішені може досягати понад 50 % із зарядами
металевих іонів як +1, так і +2, водночас при
магнетронному розпиленні на постійному стру-
мі вона не перевищує 15 %.
Для дослідного зразка магнетронної розпи-
лювальної системи для формування електрич-
ного поля використовували блок живлення
hip-V-6 kW типу 4А-PLASMA, зовнішній ви-
гляд якого показано на рис. 8. За допомогою
цього блоку можлива реалізація напилення
покриттів як в режимі постійного струму, так і
в режимі HIPIMS. параметри блоку живлення
магнетрона наведено нижче.
Блок 4A-PLASMA укомплектовано програм-
ним забезпеченням з можливістю підключен-
ня до персонального комп’ютера та повністю
керується ним.
Технічні характеристики блока
живлення hip-V-6 kW типу 4А-PLASMA
вихідна потужність, квт . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
вихідна імпульсна потужність, квт . . . . . . . . 500
вихідна напруга, в . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0—1200
вихідний струм, А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0—500
Частота вихідних імпульсів, кГц . . . . . . . . . . . 1
тривалість імпульсу, мкс . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5—1000
Час реакції на виникнення дугових розрядів,
не більше мкс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . <3
рівень захисту від струму дугового розряду, А 50—1000
пульсація напруги, % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . <5
Напруга живлення, в . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 фази 380
вхідний струм, А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . <13
Охолодження . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . повітряне
Основні функції програмного забезпечення:
1) контроль продуктивності приладу в ре-
жимі реального часу;
2) зміна параметрів приладу в режимі ре-
ального часу;
3) запис роботи приладу та автономне від-
творення записаного сеансу.
Рис. 7. Джерело живлення блок випрямляча типу Flex-
Kraft 12V/1200A
Рис. 8. Блок живлення hip-V-6 kW типу 4А-PLASMA
персональний комп’ютер також використо-
вується для контролю та керування роботою
вакуумної установки, він є центром, що про-
водить збір даних від усіх контрольних прила-
дів установки та організовує зворотній зв’язок
між ними.
таким чином, для вирішення проблеми на-
несення якісних захисних покриттів на вну-
трішню поверхню виробів трубоподібної фор-
ми, авторським колективом розроблено кон-
структорську документацію на дослідний зра-
зок магнетронної розпилювальної системи,
яка може застосовуватися для нанесення за-
в.м. Коломієць, О.І. шкурат, с.м. Кравченко, р.Ю. лопаткін, І.Г. Чижов, п.є. самойлов, Ю.А. павленко та ін.
58 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4)
хисних покриттів на внутрішні поверхні труб
діаметром від 30 мм.
керуючись розробленою документацією,
створено дослідний зразок магнетронної роз-
пилювальної системи та успішно проведено
його випробування, які здійснювали на спеці-
ально спроєктованому й виготовленому стен-
ді. тестові напилення виконували як в режимі
постійного струму, так і в режимі HIPIMS. ке-
рування технологічним процесом напилення
покриттів проводили за допомогою персо-
нального комп’ютера.
позитивні результати випробування дослід-
ного зразка магнетронної розпилювальної
системи вказують на перспективність ство-
рення промислового обладнання для напилен-
ня якісних покриттів на внутрішні поверхні
трубних виробів.
списОк лІтерАтУри
1. крутиков А.в., Девятьяров м.с. Увеличение ресурса работоспособности, ремонт и восстановление с применени-
ем технологий газотермического напыления. Сварка и диагностика: сборник докладов международного форума
(25—27 ноября 2014 г., Екатеринбург). екатеринбург, 2015. с.75—80.
2. Надтока в.Н., панков р.в., Дейнеко л.Н., масляный Н.в. Экологически безопасный метод нанесения покрытий
на внутренние поверхности. Артиллерийское и стрелковое вооружение. 2009. № 1. с. 54—57.
3. перекрестов в.и., кравченко с.Н., косминская Ю.А, кононенко и.Н. структура конденсатов системы ni-сu,
полученных при ионном распылении составных стержней. Металлофизика и новейшие технологии. 2011. № 2.
с. 203—210.
4. Ананьева е.А. Разработка технологии нанесения плазменных теплозащитных покрытий на малоразмерные внут-
ренние сложнопрофильные поверхности деталей горячего тракта ГТД: автореф. дис. … канд. техн. наук. самара,
2007. 16 с.
5. Гасій О.Б. розвиток технології вакуумного йонно-плазмового напилення та напрями її вдосконалення. Науковий
вісник НЛТУ України. 2018. т. 28, № 10. с. 85—91.
6. Бебенин. А.Н., рудый в.и, литовченко в.Н., воробьев р.А., янкитова и.А., карнавская т.Г. исследование меха-
нических свойств защитных тугоплавких покрытий, нанесенных методом ионно-плазменного вакуумного маг-
нетронного напыления. Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева.
2014. т. 107, № 5. с. 43—146.
7. москвитин Г.в., Биргер е.м., поляков А.Н., полякова Г.Н. Наукоемкие технологии нанесения упрочняющих
покрытий. Металлообработка. 2015. т. 85, № 1. с. 44—49.
8. kouznetsov V., Macаk k., schneider J. M., helmersson u., Petrov i. A novel pulsed magnetron sputter technique utili-
zing very high target power densities. Surface and Coatings Technology. 1999. V. 122, no. 2—3. P. 290—293.
9. лепеш Г.в., иванова е.с. имитационное моделирование термодинамического воздействия при испытании стой-
кости защитных покрытий. Технико-технологические проблемы сервиса. 2016. т. 36, № 2. с. 7—17.
10. Alami J., eklund P., Andersson J.M., lattemann M., Wallin e., Bohlmark J.,…, helmersson u. Phase tailoring of Ta thin
films by highly ionized pulsed magnetron sputtering. Thin Solid Films. 2010. V. 515. P. 3134—3438.
11. Yee F., Wotzak м., Cipollo M.l., Traszkowska k. Cylindrical magnetron sputtering in a ferromagnetic cylinder. Fall News
Bulletin SVC. 2004. р. 28—34.
12. шкурат О.І., Батурін в.А., Бугайов с.І., карпенко О.Ю., кравченко с.м., коломієць в.м.,…, Даниленко м.І.
розробка технології процесу обробки каналу ствола гармати для підвищення його ресурсу. Озброєння та військова
техніка. 2019. №1 (21). с. 35—40.
Стаття надійшла до редакції / Received 10.01.20
Статтю прорецензовано / Revised 28.02.20
Статтю підписано до друку / Accepted 18.03.20
вакуумний пост для нанесення покриттів на внутрішню поверхню труб методом магнетронного розпилення
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2020. 16 (4) 59
Kolomiets, V.M., Shkurat, O.I., Kravchenko, S.M., Lopatkin, R.Yu., Chyzhov, І.G.,
Samoilov, P.E., Pavlenko, Yu.A., Melnyk, M.O., and Honcharenko, O.I.
institute of Applied Physics, the nAs of ukraine,
58, Petropavlivska st., sumy, 40030, ukraine,
+380 54 222 2794, +380 54 222 3760, ipfmail@ipfcentr.sumy.ua
VACuuM DeViCe For APPlYinG CoATinGs To The inner surFACe
oF The PiPes BY MAGneTron sPuTTerinG
Introduction. Due to the mechanical and chemical wear of the inner surfaces of the tubular products, there is a need to create
protective coatings for these surfaces, which will increase the life of such products in various industries.
Problem Statement. When designing equipment to obtain high-quality protective coatings on the inner surface of pipes,
there are some difficulties associated with space limitations. Plasma sputtering with cylindrical magnetrons is widely used in
the world. however, the questions about improving the sputter equipment to increase its efficiency and to improve the
physical and mechanical properties of the coatings are current interest. The need of manufacturing universal equipment for
processing of different diameter pipe products of is also urgent.
Purpose. Development and creation of the test bench magnetron sputtering system for deposition coatings on the inner
surfaces of pipe products with a diameter of 30 mm using the method of high-power impulse magnetron sputtering.
Materials and Methods. The design elements of the magnetron sputter are made of stainless steel with a roughness not
greater than Ra 2.5. The method of high-power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) was used in the experiments.
Results. The design documentation for the magnetron sputtering system has been developed. The stand for deposition of
the protective coatings on the inner surface of pipe products with a diameter of 30 mm has been manufactured. using crea ted
cylindrical magnetron sputtering system may be realized in one technological cycle as to ionic cleaning internal surface of
tubes and as to deposition new coatings.
Conclusion. The prospects for creating the industrial equipment to solve the urgent problem of obtaining the quality
coatings inside the pipes have been confirmed by positive results during the magnetron sputtering system prototype tests.
Keywords: magnetron sputtering system, HIPIMS method, an inner surface of the pipes, cylindrical magnetron, and magnet-
ron sputter.
|