СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1997 года по МПК C23C4/12 

Изобретение относится к технике нанесения покрытий и может быть использовано в машиностроении, металлургии и других отраслях промышленности.

Из предшествующего уровня техники известен способ получения аморфных покрытий (см. Быстрозакаленные металлы, Сб. научных трудов под ред. Б.Кантора, М. Металлургия, 1983, с. 245-247), включающий нагрев исходного материала в вакууме до температуры плавления и осаждение паров материала на охлаждаемую подложку.

Недостаток этого способа заключается в том, что при его реализации необходимо использовать сложное оборудование, а также криогенные теплоносители для охлаждения подложки. В частности при получении покрытий из железа температура подложки должна быть ниже 4К, а в случае кобальта 33К.

Известен также способ получения аморфных покрытий, взятый в качестве прототипа [1] включающий нагрев исходного материала до температуры плавления, формирование направленного двухфазного высокотемпературного потока и осаждение исходного материала на вращающуюся охлаждаемую подложку. Охлаждение подложки осуществляется как за счет вращения, так и за счет воздействия на нее или покрытие жидким азотом, водой, углекислотой и т.п. Недостаток этого способа заключается в том, что он не обеспечивает получение целевого продукта, не содержащего включений кристаллической фазы.

В основу изобретения поставлена задача разработать способ аморфных покрытий, обеспечивающий получение целевого продукта баз включений кристаллической фазы, т.е. более высокого качества.

Поставленная задача решена тем, что в способе получения аморфных покрытий, включающем нагрев исходного материала до температуры плавления с последующим осаждением его на вращающуюся подложку, осаждение осуществляется при скорости вращения подложки, удовлетворяющей неравенству

где s_в(T_п) предел прочности кристаллического материала того же состава, что и материал покрытия, при температуре подложки Т_п, н/м²;
ρ плотность кристаллического материала того же состава, что и материал покрытия, кг/м³;
R минимальное расстояние от оси вращения до покрытия, м.

Преимущество предложенного способа заключается в том, что образующиеся в процессе охлаждения исходного материала локальные включения кристаллической фазы разрушаются в поле действующих растягивающих напряжений, что повышает качество целевого продукта. Кроме того, твердение материала покрытия в поле действующих растягивающих напряжений позволяет на 10-15% повысить температуру подложки, что снижает расход хладагента в процессе получения аморфных покрытий.

На фиг.1 изображено устройство для осуществления предложенного способа с подложкой, выполненной в виде диска; на фиг.2 -то же, но с подложкой, выполненной в виде цилиндра.

Устройство для осуществления способа содержит источник 1 напыляемого материала и вращающуюся подложку, выполненную либо в виде диска 2, либо в виде цилиндра 3 (фиг.2).

Способ получения аморфных покрытий осуществляется следующим образом.

Наносимый на подложку 2 или 3 материал подают из источника 1, в качестве которого могут быть использованы испарители с резистивным, лазерным или электроннолучевым нагревом, плазмоионные распылительные системы, газопламенные и плазменно-дуговые источники и т.п. Следовательно на выходе источника 1 имеет место либо направленный поток атомов, молекул, либо высокотемпературный двухфазный поток, содержащий капли расплавленного материала. Достигшие поверхности охлаждаемых подложек 2 или 3 частицы материала осаждаются на ней и формируют покрытие. Для получения однородных покрытий источник 1 в процессе нанесения покрытий приводят в колебательное движение с максимальным углом отклонения, равным a. Здесь следует отметить, что из-за больших скоростей вращения подложки n=(15^oC30)•10³ об/мин не представляется возможным из-за гироскопического эффекта изменять направление оси ее вращения в пространстве.

В процессе нанесения покрытия температура подложки повышается, что оказывает существенное влияние не только на структурообразование материала, наращиваемого на затвердевший аморфизированный слой, но и на структуру ранее выращенного слоя. При получении аморфных покрытий обязательным условием является уменьшение нагрева подложки и затвердевшего аморфизированного слоя. Для этого используются вращающиеся подложки, которые дополнительно охлаждаются жидким или газообразным хладагентом. Согласно же предложенному способу дополнительное условие налагается и на скорость вращения охлаждаемой подложки

В этом случае затвердевший аморфизированный слой будет постоянно находиться в поле растягивающих напряжений, величина которых будет превышать предел прочности s_в (T_п) кристаллического материала того же состава при температуре, равной температуре подложки (Т_п). Наложение поля растягивающих напряжений препятствует распаду аморфной структуры при возникновении (например, в случае местных перегревов) локальных условий для кристаллизации. С другой стороны наложение поля растягивающих напряжений на твердеющие слои покрытия оказывает тормозящее действие на процесс кристаллизации вследствие изменения диффузионной подвижности атомов.

Изобретение относится к технологии покрытий и может быть использовано в машиностроении, металлургии и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: в способе получения аморфных покрытий, включающем нагрев исходного кристаллического материала до температуры плавления и последующее осаждение его на вращающуюся подложку, осаждение осуществляют при скорости вращения подложки, удовлетворяющей неравенству

где σ_в - предел прочности кристаллического материала того же состава при температуре, равной температуре подложки (Т_п) (H/м²); ρ - плотность кристаллического материала того же состава (кг/м³); R-минимальное расстояние от оси вращения до поверхности покрытия (м). Способ обеспечивает получение аморфных покрытий без включений кристаллической фазы. 2 ил.

Способ получения аморфных покрытий, включающий нагрев исходного кристаллического материала до температуры плавления и последующее осаждение его на вращающуюся подложку, отличающийся тем, что осаждение осуществляют при скорости вращения подложки, удовлетворяющей неравенству

где σ_в- предел прочности кристаллического материала того же состава при температуре, равной температуре подложки, Н/м²;
ρ - плотность кристаллического материала того же состава, кг/м³;
R минимальное расстояние от оси вращения до поверхности покрытия, м.