イオンコーティングの原理と応用

- Mar 16, 2019-

イオンコーティングの原理と応用

 

電気メッキ、スプレー、化学メッキ、拡散、圧延およびコーティングのような現代の航空産業で使用される多くの種類のコーティング方法がある。 これらのプロセスの多くは習得されており、生産において重要な役割を果たしてきました。 しかし、既存のコーティング技術は製品の急速な発展に追いつくことができないので、人々は新しいコーティング技術を模索する。 「イオンプレーティング」は、近年開発された新しい真空コーティング技術です。

定1

はじめに

ガス放電を用いた真空条件下でのイオンプレーティング、イオンプレーティング)イオンプレーティングは、ガス部分をイオン化または蒸発させる材料部分、およびイオンの衝突の下のガスイオンまたは蒸発材料、蒸発材料または基板上への反応物堆積の方法である。 。 これらには、マグネトロンスパッタリングイオンプレーティング、反応性イオンプレーティング、ホローカソード放電イオンプレーティング(ホローカソード蒸着法)、マルチアークイオンプレーティング(カソードアークイオンプレーティング)などが含まれる。

sa07

2.の重要性

航空および航空宇宙産業では、さまざまな航空機のコンポーネント、ミサイル、衛星、および飛行船は、複雑で有害な条件下で機能することがよくあります。 航空機、例えば翼、胴体外板および着陸装置ならびに他の外部部品は、ガス腐食の化学的活性に含まれる大気、水分、粉塵および燃料燃焼生成物によって直接影響を受ける。 水上飛行機の外部の部品、特に機体とブイは、海水、湖水、または河川水によってしばしば浸食されます。 航空エンジンの燃焼室、タービン部品およびシリンダーピストン部品も、酸および他の活性物質を含む高温ガス流によってしばしば酸化される。 航空機ベアリング、マイクロトランスミッション装置、精密歯車、電位差計などのような計器部品もあり、それらはしばしば様々な程度の摩擦および磨耗を受ける。 上記の様々な部品を作るためには、構造や材料の部品から考えるだけで、温度、腐食、磨耗およびその他の過酷な要件に適応することができますが、しばしば十分ではありません。 実行する方法? 最も広く使用されている方法の1つは、上記要件を満たすためにマトリックスの部分を保護するために表面被覆方法を使用することである。 これは、熱、腐食、または耐摩耗性コーティングの部分に対する必要性に応じて、さまざまな環境条件に従ってさまざまな服を着ている人々とまったく同じです。

 

3. 開発

電気メッキ、スプレー、化学メッキ、拡散、圧延、コーティングなど、現代の航空産業で使用されている多くの種類のコーティング方法があります。 これらのプロセスの多くは習得されており、生産において重要な役割を果たしてきました。 しかし、既存のコーティング技術は製品の急速な発展に追いつくことができないので、人々は新しいコーティング技術を模索する。 「イオンプレーティング」は、近年開発された新しい真空コーティング技術です。

 

原則とプロセス

 

イオンプレーティングは、真空コーティング技術の新しい発展です。 通常の真空コーティング(真空蒸着としても知られている)、高温蒸発源の電気加熱時にワークピースが真空カバーに固定され、メッキ材料 - 蒸発材料の溶融蒸発を促進する。 温度上昇のために、蒸発器粒子はいくらかの運動エネルギーを獲得し、次に視線に沿ってゆっくり上昇し、そして最終的にフィルムに蓄積された加工物の表面に付着する。 このような工芸品で形成されるめっき層は、部品の表面との強固な化学結合もなく、拡散接合がなく、密着性能が非常に悪く、デスクトップのように落ちる埃も同じで、手で触れることもあります消去することができます。 しかし、イオンプレーティングプロセスは、真空カバーにおいても異なるが、その場合、コーティングプロセスは達成するための電荷移動の形をとる。 換言すれば、蒸発器の粒子は、正電荷を有する高エネルギーイオンとして、高圧カソード(すなわちワークピース)によって引き寄せられ、高速でワークピース表面に注入される。 銃身から発射された高速の弾丸に相当し、それはターゲットの奥深くまで浸透し、ワークピース上に固体拡散コーティングを形成します。

イオンプレーティングのプロセスは次のとおりです。蒸発源は陽極に接続され、ワークピースは陰極に接続されます。 3〜5000ボルトの高電圧直流が印加された後、グロー放電が蒸発源と加工物との間に発生する。 不活性アルゴンガスが真空カバー内に充填されると、アルゴンガスの一部が放電電界の作用下でイオン化され、それによって陰極ワークピースの周囲にプラズマ暗領域が形成される。 陰極の負の高圧によって引き寄せられたアルゴン陽イオンは、ワークピースの表面を激しく衝撃し、ワークピースの表面上の粒子および汚れをはねかけ、それによってメッキされるべきワークピースの表面は徹底的にされた。イオン衝撃で洗浄した。 蒸発器粒子は溶融して蒸発し、グロー放電領域に入り、そしてイオン化される。 カソードに引き寄せられた正電荷を帯びた蒸発イオンは、アルゴンイオンと一緒にワークピースに押し寄せられました。 加工物表面上の蒸発イオンの量が飛散するイオン量を超えると、それらは徐々に蓄積して加工物表面にしっかり付着したコーティングの層を形成する。 これはイオンプレーティングの簡単なプロセスです。

 

5.特徴

コーティングは良好な接着力を持っています

通常の真空コーティングでは、蒸発粒子はワークピースの表面、ワークピースの表面およびコーティングの間に約1電子ボルトのエネルギーしかないため、界面拡散深さの形成は通常わずか数百オングストローム(10000オングストローム= 1ミクロン=)である。 0.0001 cm)。 それは人間の髪の毛の1パーセント未満です。 まるで完全に分離しているかのように、2つの遷移層の間にはほとんど関係がないと言えます。 イオンプレーティングでは、蒸発器粒子はイオン化し、3,000から5,000電子ボルトの運動エネルギーを有する。 通常の真空コーティング粒子が息を切らないランナーと同等である場合、そのイオン衝撃は高速ロケットの乗客のようなものであり、その高速衝撃工作物は急速に沈着するだけでなく工作物表面を貫通して深く入り込むマトリックス拡散層、イオンプレーティングの界面拡散深さは4から5ミクロン、つまり、通常の真空コーティング拡散深さよりも数十倍、さらには100倍深く、そしてお互いに非常に速く付着します。 イオンプレーティング後のサンプルの引っ張り試験は、コーティングが依然として卑金属と共に塑性的に広がっており、サンプルが破壊しようとするまで剥離または剥離が生じないことを示している。 アタッチメントの強度がわかります。 高いメッキ能力を有するイオンプレーティングの場合、蒸発器粒子は電場の方向に沿って荷電イオンの形態で電場内を移動するので、電場を有する全ての部分は良好なコーティングを得ることができ、それははるかに良好である。通常の真空コーティングよりも直接方向でしか得られない。 したがって、この方法は、内孔、溝および狭いスロットのメッキ部品に非常に適しています。 他の方法では部品のめっきが困難です。 通常の真空コーティングでは、表面に直接メッキすることしかできないため、クライミングラダーなどの蒸発材料粒子はラダーにしか追従できません。 一方、イオンプレーティングは、部品の裏側と内側の穴に均等に巻くことができ、荷電イオンはヘリコプターのように所定の経路をたどることによってその半径の半径内の任意の場所に輸送することができます。 良質のコーティングは密集した構造、ピンホール無し、泡無しそして均一な厚さを有する。 金属の小塊を形成せずに、縁部および溝でさえも均一にめっきすることができる。 ねじ山などの部品にもメッキを施すことができます。これは、このプロセスでワークピースの表面のマイクロクラックや点食欠陥も修復できるため、メッキ部品の表面品質と物理的および機械的特性を効果的に向上できるためです。 疲労試験は、適切に取り扱えば、ワークピースの疲労寿命はめっき前よりも20〜30パーセント高いことを示しています。

 

洗浄工程の簡略化

既存のコーティングプロセス、厳密な洗浄のためのワークピースの前のほとんどの要件、複雑さとトラブルの両方。 しかし、イオンプレーティングプロセス自体がイオン衝撃洗浄効果を有し、この効果はコーティングプロセスを通して継続してきた。 優れた洗浄効果は、コーティングを基材に直接近づけることができ、効果的に接着力を高め、めっき前の多くの洗浄を単純化します。

 

幅広いめっき材料

 

イオンプレーティングは、加工物の表面に衝突する高エネルギーイオンの使用であり、その結果、加工物の表面上の大量の電気エネルギーが熱エネルギーになり、したがって表面組織拡散および化学反応が促進される。 しかしながら、工作物全体、特に工作物のコアは、高温の影響を受けなかった。 それ故、この種のコーティング方法は広範囲の用途を有するが、その限界は小さい。 一般に、あらゆる種類の金属、合金およびいくつかの合成材料、絶縁材料、熱材料および高融点材料をメッキすることができる。 非金属または金属の金属加工物にメッキすることができます、また非金属または非金属、さらにはプラスチック、ゴム、石英、セラミックなどにメッキすることができます。

 

6.航空宇宙アプリケーション

 

非潤滑油

現代の航空機、航空機エンジンまたは航空機機器、特に宇宙船、衛星などの航空宇宙では、良好な潤滑性を得るために多数の回転部品が必要とされるが、密閉が長すぎるために環境温度が高すぎることが多い。あるいは空間揮発のために、普通のグリース潤滑剤はもはや適用できず、その代わりに固体潤滑剤にする。 実験結果は、イオンプレーティングによって他の方法より固体潤滑膜を作ることがより良いことを示した。 強固な接着力だけでなく、薄く均一なコーティングも、寸法精度や公差の部分に影響を与えません。 経済性も良好で、少量の潤滑材を広い面積にメッキできます。 潤滑膜の品質も優れている、摩擦係数が小さい、耐用年数が長いです。 たとえば、わずか数分の作業寿命の前にメッキされていない、精密ベアリング上の衛星があり、単に使用することはできません。 ただし、イオンプレーティング固体潤滑膜は、飛行中に数千時間にわたって確実に機能します。 イオンプレーティングは、室温で多くの種類の固体潤滑材料をメッキすることができるだけでなく、様々な高温固体潤滑材料でコーティングすることもでき、高温下で摂氏800度を超えるものでさえもよい役割を果たすことができる。潤滑に。 メッキすることができる固体潤滑材料は、銀、金、銅、鉛、鉛 - スズ合金、フッ化物などを含む。

 

真の金は火を恐れない

航空機部品、特に多くのエンジン部品は、しばしば高温で作業する必要があります。 例えば、タービンブレードおよびガイドブレードの作動温度は通常約1000℃であり、そしていくつかは1400℃にさえ達する。 西への神話の小説の旅では、太陽の光が最高の主によって炉に入れられたとき、彼はおそらくそのような高温に達することができませんでした。 現代の航空エンジン部品はそのような高温で作動し、部品マトリックス材料自体の性能によってのみ要件を満たすことは困難である。 それでは、どのようにエンジンは高温アブレーションなしで部品を切り離すことができますか? 現時点では対策を講ずるための構造部分(中空冷却ブレード、分岐冷却ブレードなどの使用)に加えて、保護のための耐熱コーティングの必要性の大部分。 イオンプレーティングは、耐熱性フィルムの堆積にとって多くの利点を有する。 それは、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ベリリウム、ハフニウム合金などのような様々な高融点材料に適用することができる。合金コーティングの組成も制御がより簡単で、より複雑な熱の組成に適している。鉄クロムアルミニウムイットリウム、コバルトクロムアルミニウムイットリウムまたはニッケルクロムアルミニウムイットリウム合金などの耐食性合金。

 

現在、タービンブレードは、イオンプレーティングの耐熱コーティングを使用しようとすることの主な目的である。 この方法によってニッケル - クロム - アルミニウムイットリウム合金でメッキされた一種のブレードの高温作業寿命はアルミニウムメッキのそれより3倍高いことが報告されている。 イオンプレーティング耐熱エンジン部品やタービンディスク、シリンダーピストン部品の使用に適しています。 この高度な技術で処理された後、一部の部品は高温で数千時間動作します。

 

金属は錆びません

金属部品は錆びますが、部品に防食コーティングが施されていると、錆びるのを防ぐことができます。 イオンプレーティングコーティングの高密度の結果として、より少ないピンホール、耐食性、および他の多くのプロセスを堆積させることができ、良好な腐食コーティングを堆積させることができない。 したがって、イオンプレーティングは現在、耐腐食性材料に最も広く使用されています。 水上飛行機の壁や他の外部部品など、この方法は塩水噴霧や海水腐食コーティングの腐食を防ぐために使用することができます。 アルミニウム合金部品を有する他の材料部品は、潜在的な腐食を防ぐためにこの方法によってメッキすることができる。 さらに、飛行速度と高度の向上と宇宙探査の進歩と共に、チタン合金の応用はますます多くなっている。 しかし、アルミナでメッキすれば、それは完全に要件を満たすことができます。 しかしながら、電気メッキおよび他のプロセスはこの材料にメッキすることができない。 一方、イオンプレーティングは驚異的に働きます。 これまでのところ、アルミナに加えて、イオンプレーティングに適した耐腐食性材料には、クロム、チタン、タンタル、ステンレス鋼などが含まれる。メッキされた航空部品には、ネジ、ナット、リベット、ピン、パイプ、ジョイント、ジャイロローター、精密歯車などがある。メタルシールリング等

 

要するに、航空産業や応用の可能性の他の分野でのイオンプレーティングは、上記に加えて、偉大な、導電性フィルムメッキ、硬化フィルム、装飾フィルムなど多くあり、精密溶接、精密シール、表面に使用されている修復。 イオンプレーティングプロセスは10年以上にわたって開発されてきた新しい技術です。 それはいくつかのユニークな利点を持ち、過去に克服することが困難であったいくつかの生産キーを解決するかもしれません。 しかし、時間の出現のために長くはないので、そのようなコーティングの厚さの制御、ワークピースの非めっき表面のシールドなど、解決すべき多くの技術的なキーがあります。第二に、設備容量が小さい、大型部品が難しいめっきへの、大きい投資。 この技術をさらに研究することで、イオンプレーティングは徐々に改良され発展していき、航空業界では完全に応用され促進されると信じています。

 

イオンコーティング技術についてのIKS PVDは、私たちは今、私たちと連絡を取って、非常に多くの業界アプリケーションの経験を持っている、iks.pvd @ Firefoxmail.com