Установка «ННВ-2» предназначена для ионно-плазменного нанесения в вакууме покрытий на различные изделия, формирования переходных слоев между основой и покрытием, осаждения эрозионностойких и износостойких покрытий, модификации материалов и изделий.
В одном рабочем цикле выполняются процессы:
- ионно-плазменная очистка и активация поверхности изделий;
- ионно-плазменное нанесение функциональных покрытий;
- формирование упрочненного азотированного подслоя.
Установка «ННВ-2» состоит из следующих основных узлов:
− Камера;
− Дверь;
− Рама;
− Испаритель (3 шт.);
− Вакуумная система;
− Вращатель;
− Тележка;
− Пневматическая система;
− Система водоохлаждения;
− Система напуска газа;
− Шкаф управления;
− Силовой шкаф;
− Электроразводка;
− Защитные экраны.
Рабочая камера имеет шестигранную форму. Камера имеет систему водоохлаждения. На гранях камеры установлены три планарных испарителя, патрубок вакуумной системы и внешний пирометр. Одна грань выполнена в виде фланца для загрузки и выгрузки обрабатываемых изделий.
Камера закрывается откатной дверью с рубашкой охлаждения.
Дверь перемещается на тележке по направляющим рамы. На раме также установлена и рабочая камера. Тележка приводится в движение асинхронным электродвигателем через мотор-редуктор. Скорость перемещения двери регулируется частотным приводом.
На двери консольно закреплен вращатель с 12-ю шпинделями для установки оснастки с обрабатываемыми изделиями. Вращение шпинделя производится через гермоввод от мотор-редуктора с асинхронным электродвигателем. Скорость вращения шпинделя регулируется частотным приводом.
В центре вакуумной камеры расположен планетарный механизм, а по ее периметру установлены испарители. Для предварительной очистки и активации поверхности подложек камера оснащается ионным источником и нагревательным элементом. При равномерном нагреве вращающихся деталей происходит испарение воды и углеводородных соединений и увеличение подвижности поверхностных атомов и молекул. Для очистки поверхности от оксидной пленки и других относительно термостабильных загрязнений проводится ее обработка выходящим из ионного источника пучком ионов с энергией 1–1,5 кэВ, причем предварительная обработка поверхности в вакууме значительно улучшает адгезию защитной пленки. Такая установка используется в промышленном производстве для нанесения различных видов покрытий.
Напуск технологических газов производится через 3-х канальный цифровой газовый натекатель с вакуумметром, который установлен в силовом шкафу.
Контроль температуры проходит с помощью пирометра и термопары, устанавливаемой на вращателе.
При физическом осаждении (PVD - Physical Vapor Deposition, физическое осаждение из паровой фазы) материал покрытия переходит из твердого состояния в газовую фазу в результате испарения под воздействием тепловой энергии или в результате распыления за счет кинетической энергии столкновения частиц материала. Нанесение покрытий методом PVD проводится при температуре до 450°С, что практически не накладывает ограничения к используемым материалам, на которые наносится покрытие. PVD-процессы проводят в вакууме или в атмосфере рабочего газа при достаточно низком давлении - около 10
-2мбар). Это необходимо для облегчения переноса частиц от источника (мишени) к изделию (подложке) при минимальном количестве столкновений с атомами или молекулами газа. Это же условие определяет обязательность прямого потока частиц. В результате покрытие наносится только на ту часть изделия, которая ориентирована к источнику частиц. Скорость осаждения зависит от относительного расположения источника и материала. Для равномерного нанесения покрытия необходимо систематизированное движение материала или применение нескольких, определенным образом расположенных, источников. В то же время, поскольку покрытие наносится только на поверхности "в прямой видимости источника", метод позволяет селективно наносить покрытие только на определенные части поверхности, оставляя другие без нанесенного слоя. Основными факторами, определяющими качество покрытия, нанесенного методом физического осаждения, являются чистота исходных материалов и реакционного газа, а также необходимый уровень вакуума.
Процессы протекают в среде инертного газа в присутствии реакционного газа (например, азота и/или ацетилена) при отрицательном напряжении смещения на покрываемом материале.
Толщина покрытия определяется расходом испаряемого вещества с момента открытия заслонок испарителей.