Конденсационный (вакуумный) способ нанесения покрытий металлами и сплавами. Вакуумное напыление.

КОНДЕНСАЦИОННЫЙ (ВАКУУМНЫЙ) СПОСОБ

Металлы, испаряющиеся при температуре ниже точки их плавления, можно нагревать прямым прохождением тока, серебро и золото испаряют в челноках из тантала или вольфрама. Напыление должно производиться в камере с давлением < 10^-4 мм рт. ст.

При вакуумном напылении из камеры откачивают воздух, затем разогревают тигель до температуры испарения наносимого металла. Испаряющиеся атомы, не испытывая столкновения с молекулами воздуха, движутся прямолинейно, пока не достигнут поверхности деталей или стенок камеры, где конденсируются, образуя покрытие. Для получения равномерного по толщине покрытия на деталях сложной конфигурации последние следует вращать.

Поверхность деталей перед вакуумным напылением предварительно обрабатывают паром. Затем детали помещают в вакуумную камеру, где при давлении ~4•10^-2 мм рт. ст. их подвергают очистке разрядом и напылению. Скорость напыления, например для кадмия, составляет ~ 15 мкм/ч (на стали); для алюминия 20 мкм/ч; для титана 70 мкм/ч и т. д.

Основными преимуществами вакуумного способа являются отсутствие водородной хрупкости, возможность нанесения алюминия, титана и других металлов, которые пока не удается получить гальваническим способом из водных электролитов; улучшенные санитарно-гигиенические условия труда. К недостаткам этого способа следует отнести сложность оборудования и процессов подготовки и нанесения покрытий, особенно на детали сложной формы.

В большинстве случаев вакуумное напыление ведут на установках типа УВН-4, состоящих из двух комплектов насосов, в которые входит двухступенчатый золотниковый насос с диффузионным и вспомогательным форвакуумным насосами. Первый комплект работает во время испарения и напыления металла. Вспомогательный насос используют для предварительного вакуумирования (после впуска воздуха) до момента, когда давление станет настолько малым, что можно подключить диффузионный насос.

Переключение с диффузионного насоса на вспомогательный и обратно ведут с помощью клапанного затвора сильфонного типа. Удаление воздуха из-под стеклянного колпака ведут фор-вакуумным насосом и после того, как давление понизится до 10^-2 мм рт. ст., объем колпака подключается к диффузионному насосу, который работает непрерывно. Диаметр колпака ~ 250 мм, высота 400 мм. Для катодного распыления, удаления газов и очистки с помощью газового разряда предусмотрен высоковольтный выпрямитель (5 кВ).

Петр Степанович Мельников. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении, 1979.