ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНЕСЕНИЯ ДЕКОРАТИВНО-ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ВАКУУМНЫМИ
ИОННО-ПЛАЗМЕННЫМИ МЕТОДАМИ
Введение
Нанесение декоративно-защитных покрытий с помощью вакуумных ионно-плазменных
(вакуумно-дугового и магнетронного) методов напыления находит широкое распространение
благодаря экологической чистоте производства и высокому качеству получаемых
декоративно-защитных плёнок. Факторами, сдерживающими дальнейшее распространение этих
методов являются: достаточно высокая стоимость оборудования, высокая требуемая культура
производства, жёсткие требования к качеству и чистоте поверхности заготовок.
С помощью вакуумных методов нанесения защитно-декоративных покрытий возможно формировать
плёнки из различных металлов и их соединений: титана, циркония, алюминия, серебра, хрома,
никеля, ниобия, тантала, нержавеющей стали, нитрида титана (TiNx), нитрида
циркония (ZrNx), оксида титана (TiOx), оксида циркония (ZrOx),
оксида алюминия (Al2O3), оксикарбида титана (TiCxOy),
оксикарбида циркония (ZrCxOy), карбонитрида титана
(TixNyCz), карбонитрида циркония
(ZrxNyCz) и т.д.
Путём применения различного сочетания реактивных газов (азота, ацетилена, кислорода,
углекислого газа) можно получить практически любой цветовой оттенок.
Декоративно-защитные покрытия наносятся вакуумными методами на изделия из меди, латуни,
мельхиора, нейзильбера, стали, алюминиевых сплавов, томпака, пластмасс, стекла, керамики,
и т.д. Для исправления недостатков шероховатости и фактуры поверхности заготовок, получения
требуемых механических и коррозионных свойств поверхности изделий необходимо наносить на
некоторые материалы дополнительно барьерные (запирающие) слои. В качестве барьерных слоёв
применяются гальванические (хром, медь-хром), лакокрасочные материалы (например, при
напылении на пластмассы). Иногда на декоративные покрытия наносятся защитные плёнки
(например, лаковые при напылении на пластик).
Качество декоративно-защитных покрытий целиком и полностью определяется качеством
поверхности заготовок (шероховатость, фактура и т. д.), качеством подготовки поверхности
заготовок (наличие загрязнений, наличие окисных плёнок, степенью активации поверхности
ионным травлением), культурой производства.
Вакуумное ионно-плазменное напыление является финишной операцией. Не допускается последующая
механическая обработка деталей, их пайка, сварка.
Себестоимость нанесения декоративно-защитных покрытий зависит от характерного габарита,
формы и материала деталей; требований, предъявляемых к покрытию; годовому объёму деталей
(вакуумные ионно-плазменные методы напыления относятся к промышленным методам производства).
Цвета декоративно-защитных покрытий принято представлять в так называемых единицах "Cielab",
полученных в результате обработки данных отражения покрытий от источника света, наиболее
сильно приближающегося к спектральному распределению дневного света (типа "С") по параметрам:
L* (блеск покрытия), +a* (красный цветовой компонент), -a* (зелёный цветовой компонент,
+b* (жёлтый цветовой компонент), -b* (синий цветовой компонент).
Металлические покрытия
Для получения декоративных покрытий металлического цвета на деталях из пластмасс широко
используется в качестве материала катода алюминий. Алюминий обладает более высоким
коэффициентом отражения, по сравнению с титаном, цирконием. Алюминий также является более
легкоплавким металлом по сравнению с ними. Но так как поверхность алюминия очень быстро
окисляется, необходимо на алюминиевую плёнку наносить защитное лаковое покрытие.
Нитриды титана и циркония
Очень широко используются для получения покрытий золотого цвета. Покрытия золотого цвета
на основе титана и циркония по сравнению с золотыми покрытиями имеют тот недостаток,
что они имеют более низкие коэффициенты отражения.
Сравнение цветов золота и нитрида титана
Материал/цвет | L* (блеск покр.) | +a* | +b* |
Золото (24 кар.) | 89 | 3,0 | 40 |
Нитрида титана | 71 | 3,2 | 34 |
|
Цветовые компоненты покрытий из TiNy в зависимости от расхода N2
FN2, sccm. | L* | +a* | +b* |
15 | 72 | 0,9 | 6 |
20 | 75 | 0,8 | 5,5 |
25 | 74 | 0,87 | 5,7 |
35 | 73 | 0,5 | 12 |
38 | 73 | 0,63 | 18 |
40,5 | 75 | 1,5 | 22,3 |
44 | 71 | 3,2 | 34 |
47 | 70 | 6,4 | 35 |
|
Цветовые компоненты покрытий из WxNy в зависимости от расхода N2
FN2, sccm. | L* | +a* | +b* |
50 | 75 | 0 | 2,2 |
100 | 75 | 0 | 3 |
150 | 78 | 0 | 2,1 |
200 | 73 | 0 | 2 |
|
Карбиды, оксикарбиды, карбонитриды титана и циркония
При использовании ацетилена, углекислого газа в качестве реактивных газов в процессе
распыления титана и циркония возможно получить серые, чёрно-серые и коричнево-чёрно-серые
цвета.
Цветовые компоненты покрытий из TixNyCz в зависимости
от расхода N2 и C2H2
FN2, sccm. | fC2H2, sccm. | +a* | +b* |
27,0 | 4,1 | 2,1 | 27,3 |
26,5 | 5,0 | 4,7 | 27,0 |
23,5 | 8,0 | 8,8 | 19,8 |
23,3 | 8,3 | 4,9 | 19,2 |
23,1 | 8,4 | 2,8 | 18,9 |
22,7 | 9,0 | 3,2 | 17,4 |
22,5 | 9,4 | 3,9 | 16,5 |
22,4 | 9,5 | 3,5 | 15,6 |
|
|