Teknologi Ion Arc Plating Pada Permukaan Komposit

Teknologi pelapisan ion busur pada permukaan komposit

Komponen integrasi fungsi struktur komposit dengan bobot ringan, kekuatan spesifik yang tinggi, dari modulus tinggi, ketahanan korosi yang baik, kinerja ketahanan lelah yang baik, adalah desain yang kuat dan serangkaian keunggulan yang unik dan semakin menjadi bagian penting dalam bidang penerbangan, kedirgantaraan dan pertahanan lainnya, untuk mencapai fungsi tertentu, perlu berurusan dengan permukaan material komposit, yang secara luas digunakan adalah sarana pemrosesan metalisasi permukaan. Ada banyak cara untuk metalisasi permukaan material komposit, termasuk plating kimia, elektroplating, penyemprotan termal, pelapisan vakum, dll. Lapisan vakum dapat dibagi menjadi lapisan penguapan, sputtering magnetron, pelapisan ion busur, dll.

Karena dimensi komponen material komposit integratif struktural dan fungsional mungkin besar dan permukaan melengkung mungkin kompleks, ini membawa dua masalah yang luar biasa untuk realisasi metalisasi permukaan material komposit dengan metode pelapisan vakum. Teknologi pelapisan ion busur adalah pilihan yang lebih baik. Keunggulannya termasuk jarak energi tinggi dari partikel pengendapan, rentang difraksi yang baik, kekuatan pengikatan film logam yang tinggi dan kecepatan deposisi yang cepat, dll.

1. Pengenalan singkat teknologi pelekatan ion busur

Arc Ion Plating, (AIP) adalah teknologi yang digunakan dalam lapisan vakum, Arc pada bahan katoda di bawah ruang vakum dan vakum yang terbentuk antara anoda debit Busur, penggunaan evaporasi debit Arc bahan target, dan deposito ke permukaan proses pelapisan. Teknologi pelapisan ion busur mendapat perkembangan besar pada abad ke-20, terutama pada akhir tahun 1970-an, para ilmuwan di Uni Soviet dan Amerika Serikat untuk aplikasi industri telah melakukan penelitian ekstensif terhadapnya, dan menyadari teknologi pelapisan ion busur pada tahun 1980 Di bidang film keras, industrialisasi film dekoratif, saat ini, aplikasi di kedua bidang ini memiliki skala yang cukup besar. Dalam 20 tahun terakhir, teknologi pelapisan ion busur telah mulai berkembang di optik, film tipis listrik dan aplikasi lainnya.

Busur debit akan membentuk bintik-bintik busur yang bergerak secara acak pada permukaan target katoda. Kerapatan titik busur saat ini setinggi 1012A / m2 dan densitas energi setinggi 1013W / m2. Kepadatan energi yang tinggi secara langsung mengarah pada transformasi material target dari fase padat menjadi plasma uap logam di titik busur.

(1) dapat dilapisi dengan berbagai logam, terutama logam tahan api (seperti tungsten dan tantalum), yang sulit dicapai oleh teknologi penguapan uap (PVD) fisik lainnya;

(2) tidak seperti sedimen dari teknologi PVD lainnya, yang terutama partikel netral, katoda busur spot dapat menghasilkan sejumlah besar muatan (muatan tunggal atau beberapa biaya) partikel, dan ion dapat dipercepat, terkendali dan bergerak ke arah tertentu, dan mereka disimpan di permukaan bagian-bagiannya.

(3) ion energi awal yang dihasilkan oleh bintik-bintik busur katoda antara 20 dan 200 ev, dalam proses deposisi film tipis, efek pemboman terjadi, meningkatkan kemampuan difusi partikel sedimen dan kepadatan nukleasi, dan menanggalkan permukaan film tipis longgar partikel, sebagian menghilangkan tegangan internal dari kristal kolumnar dan film, alasan telah meningkatkan aktivitas permukaan membran, seperti efek densifikasi film tipis;

(4) ketika titik busur katoda menghasilkan partikel bermuatan untuk membentuk plasma, itu juga menghasilkan sejumlah besar tetesan dan fragmen, sementara teknologi PVD lainnya menghasilkan beberapa partikel besar.

Oleh karena itu, teknologi busur ion plating memiliki kelebihan film kompak dan kekuatan pengikatan yang tinggi. Selain itu, dapat mewujudkan deposisi film tipis pada permukaan kompleks. Kerugian terbesar dari teknologi pelapisan ion busur adalah bahwa tetesan yang lebih besar juga akan diendapkan pada permukaan film, yang menghasilkan permukaan kasar dari film dan mempengaruhi kinerja film. Tetapi dengan perkembangan teknologi filter magnetik, sudah merupakan cara yang baik untuk mengontrol penurunan yang lebih besar, menghindari pengendapan ke permukaan membran, teknologi pelapisan ion busur dari kualitas permukaan film tipis dekat dengan teknologi PVD lainnya, busur listrik teknologi ion plating diterapkan untuk film di bidang optik, listrik dan lainnya.

2. Dua masalah pelapisan vakum pada permukaan komposit

Dibandingkan dengan bahan logam atau semikonduktor, material komposit dengan struktur dan fungsi terintegrasi tidak dapat menahan suhu tinggi, dan beberapa bagian fungsional memerlukan presisi profil yang tinggi. Oleh karena itu, suhu tinggi tidak diperbolehkan dalam lapisan vakum dari material komposit, sehingga dapat menghindari kerusakan material dan pengurangan akurasi profil. Namun, suhu deposisi tinggi sangat menguntungkan untuk memperoleh film-film logam padat dan padat. Dari perspektif mendapatkan film berkualitas tinggi, suhu tinggi yang diinginkan. Cara yang layak untuk menyelesaikan kontradiksi ini adalah dengan menggunakan pembersihan sumber ion dan sarana teknis lainnya untuk melakukan perawatan aktivasi in-situ pada permukaan komposit sebelum pengendapan film, sehingga dapat meningkatkan aktivitas permukaan untuk meningkatkan kekuatan pengikatan antara logam film dan substrat.

Bahan komposit untuk bagian ukuran besar, dalam proses pelapisan bahan hampa vakum adalah masalah utama, tingkat outgassing dari bahan yang lebih tinggi dapat menyebabkan serangkaian masalah seperti oksidasi film logam, yang dapat mempengaruhi kualitas nyata dan sifat listrik dari film logam, jadi Anda perlu melakukan aktivitas ventilasi dan teknis lainnya untuk menangani material komposit.

3. Contoh penerapan lapisan ion busur pada permukaan komposit

Teknologi pelekatan ion busur telah berhasil digunakan untuk menyimpan film Al pada permukaan material komposit besar. Film yang dihasilkan memiliki warna seragam dan kilauan, ketebalan seragam, konduktivitas listrik dekat ke blok aluminium, dan ikatan padat dengan alasnya.

Prosedur pengujian untuk menyimpan film Al pada permukaan material komposit menggunakan teknologi pelapisan ion busur adalah sebagai berikut:

(1) bersihkan permukaan bahan komposit, bersihkan dengan kain bebas debu yang dicelupkan ke dalam etanol selama 3-5 kali, dan keringkan secara alami;

(2) bagian-bagian komposit dihubungkan dan dipasang pada perkakas pelapisan ruang vakum;

(3) memompa kekosongan latar belakang menjadi lebih baik dari 5 x 10-3pa;

(4) permukaan material komposit dibersihkan oleh sumber ion;

(5) film pelapisan ion busur;

(6) ruang vakum dibuka ke atmosfer, dan material komposit diambil.

Parameter teknologi lapisan ion busur adalah sebagai berikut:

(1) tekanan gas adalah 1,1 ~ 1,5 x 10-1pa;

(2) tekanan busur debit adalah 45 ~ 50V;

(3) debit arus busur adalah 50 ~ 55A;

(4) jarak antara permukaan komposit dan sumber busur adalah 0,3-1m.

Penampilan lokal dari lapisan Al pada permukaan komposit setelah pelapisan ion busur ditunjukkan pada gambar 1. Seperti dapat dilihat dari gambar 1, membran Al seragam dan kompak dengan hampir tidak ada tetesan, dan topografi permukaan film adalah pemetaan morfologi permukaan matriks komposit. Morfologi permukaan film Al diamati dengan menggunakan profiler optik Wyko NT9300, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2. Permukaan film itu datar dan seragam dalam ketebalan. dan kekasaran permukaannya Ra adalah 0,145 μm.

Ketebalan film Al pada permukaan material komposit diuji dengan menggunakan stepmeter. Sampel diambil dari slide yang ditempel di bagian-bagian berbeda dari bagian. Hasil tes ditunjukkan pada tabel 1.

Kekuatan gaya pengikatan antara film dan substrat adalah indeks penting untuk mengevaluasi kualitas film. Ada banyak metode untuk menguji gaya pengikatan, termasuk metode tegangan, metode strip, metode goresan, metode gesekan, metode ultrasonik dan metode gaya sentrifugal. Menimbang bahwa film Al yang dilapisi pada permukaan material komposit adalah film lunak yang khas, dan gaya yang diterapkan dalam aplikasi praktis film ini terutama gaya geser, kami menggunakan metode pull band untuk mengevaluasi gaya pengikatan antara film Al dan dasar material komposit. [4] mengambil metode metode pelaksanaan konkret untuk pita perekat kekuatan kulit untuk 7 n / cm, padat dan seragam di permukaan film tipis dan jauh dari tepi tidak kurang dari 3 mm, dengan pita tarik tangan satu ujung dan pita perekat dan permukaan film menjadi 90 °, seragam akan perlahan (sekitar 5 mm / s) pita tarik menjauh dari permukaan membran, menonton film dengan dan tanpa mengupas atau rusak. Ketika film utuh tanpa shedding, itu harus dianggap bahwa film ini juga dikombinasikan dengan material komposit dan memenuhi persyaratan untuk digunakan. Ketika film jatuh, dianggap bahwa kekuatan pengikatan tidak memenuhi persyaratan. Uji adhesi dilakukan pada posisi yang berbeda pada permukaan material komposit dengan metode tegangan.

Multimeter digunakan untuk menguji dua titik pada permukaan komposit, dan hasilnya semuanya konduktif. Metode probe empat titik digunakan untuk menguji pasta di bagian komposit dengan bagian yang berbeda dari sampel pada permukaan resistivitas film Al, hasilnya ditunjukkan pada tabel 2, dan resistivitas bahan blok Al dari 2. 66 x 10-8 Ω m. untuk urutan yang sama besarnya .

4. Kesimpulan

Teknologi pelapisan ion busur dapat merealisasikan metalisasi permukaan komponen material komposit yang kompleks dengan kualitas tinggi, kerapatan seragam, pengikatan perusahaan dan ketebalan yang dapat dikontrol, yang memiliki prospek aplikasi yang luas. Namun, teknologi ini juga memiliki keterbatasan seperti peralatan besar, biaya tinggi dan siklus panjang.

IKS PVD menyesuaikan mesin pelapisan PVD vakum yang cocok untuk Anda, hubungi kami sekarang,

iks.pvd@foxmail.com