2. Установка осаждения покрытий с вертикально-протяженным паровым потоком

Характеристики установки с вертикально-протяженным паровым потоком (рис. 4.49):

– cкорость осаждения до 7 мкм/мин при вращении 5-и подложек 470×370 мм;

– максимальная толщина слоя – 1000 мкм;

– неравномерность по толщине +/− 1–4%;

– температура подложек 4–100°С.

Рис. 4.49. Установка для осаждения покрытий

С вертикально-протяженным паровым потоком

3. Установка МАП-2. Установка МАП-2 (рис. 4.50) предназначена для нанесения и снятия защитных, жаростойких, эрозионностойких, изностойких и других видов покрытий ионно- плазменным способом в вакууме на деталях, имеющих ось вращения.

Рис. 4.50. Установка МАП-2:

1 – вакуумная камера; 2 – система перемещения и охлаждения катода;

3 – пульт управления

Установка МАП-2 оснащена современной системой управления на базе промышленного компьютера и PLC-контроллеров, новыми инверторными блоками питания на базе IGBT-технологий для ионного источника и для дугового испарителя, 3-канальной системой газонапуска с возможностью автоматического регулирования суммарного давления смеси газов в технологической камере, что резко расширяет функциональные и технологические возможности установки, а также увеличивает ее производительность. Полная автоматизация процесса с высокоточной стабилизацией технологических параметров посредством современных устройств питания и управления обеспечивает воспроизводимость процессов с повышением качества покрытий. Применение в электрооборудовании элементной базы лучших мировых производителей увеличивает надежность работы установки.

Основные технические характеристики установки МАП-2:

• максимальные габариты обрабатываемых деталей:

- диаметр описанной окружности 120 мм;

- длина изделия 150 мм;

• давление в камере при нанесении покрытий 2,66×10^-2–6,65×10^-3 (2×10^-4 - 5×10^-5);

• давление охлаждающей воды на входе 9,8×10^-4–19,6×10^-4Па (кгс/см²);

• габаритные размеры установки 4100×2500×2600 мм;

• масса установки 3000 кг.

ФГУП «ВИАМ» является главным разработчиком технологии, промышленного оборудования и материалов, которые широко используются в серийном производстве ионно-плазменных защитных и упрочняющих покрытий на лопатки и других деталей авиационных ГТД.

ФГУП «ВИАМ» начал интенсивно заниматься ионно-плазменными процессами с 1975 г. Новая технология разрабатывалась с целью получения многокомпонентных покрытий из сплавов системы Me-Cr-Al-Y как альтернатива известному процессу электронно-лучевого напыления. При этом подразумевалось, что в отличие от процесса осаждения в вакууме из паровой фазы, где энергия частиц определяется температурой испарения и составляет доли эВ, ионное осаждение из плазменного потока обеспечит полностью управляемый процесс конденсации благодаря возможности управления энергиями частиц, взаимодействующих с подложкой.

Эта технология получила название «вакуумная плазменная технология высоких энергий». Термин «высокие энергии» при этом означал, что конденсация имеет место при энергиях частиц на 1-2 порядка больших, чем при термическом испарении. Именно высокие энергии частиц, взаимодействующие с подложкой, являются определяющим в новой технологии, так как обеспечивают очистку подложки на атомарном уровне, максимально возможную адгезию покрытия к подложке, позволяют получить субмелкозернистую и плотную структуру конденсата, его высокую пластичность. Возможность генерации металлической плазмы при помощи испарения материала катода вакуумной дугой, предопределила простоту и надежность технологического оборудования для нового технологического процесса (рис. 4.51).

Для управления процессом необходимо контролировать всего 3 или 4 параметра: ток вакуумной дуги, напряжение на подложке, время процесса, а для плазмохимических процессов получения керметных покрытий – давление реактивного газа.

Рис. 4.51. Сменные катоды из испаряемых материалов,

используемые для нанесения многокомпонентных ионно-плазменных покрытий

По сравнению с существующими традиционными технологиями получения защитных покрытий на лопатках ГТД (шликерное и порошковое алитирование, электронно-лучевое осаждение и др.), ионно-плазменный процесс характеризуется простотой, более широкими возможностями получения защитных покрытий, обеспечивает высокое качество «толстых» защитных и упрочняющих покрытий при одновременном снижении более чем в два раза стоимости покрытий в сравнении с электронно-лучевым методом нанесения.

4. Установка ВИАМ МЭШ-50. Установка ВИАМ МЭШ-50 (рис. 4.52) предназначена для высокоскоростного ионно-плазменного осаждения многослойных защитных и упрочняющих покрытий на внешнюю поверхность деталей машин. Толщины наносимых покрытий от единиц микрон до 120–200 мкм. Установка по своим технологическим возможностям не имеет аналогов и рекомендуется для нанесения многокомпонентных конденсированных, диффузионных и конденсационно-диффузионных защитных покрытий на лопатки турбин и компрессоров авиационных транспортных и энергетических силовых установок, а также для нанесения упрочняющих и защитных покрытий на детали машин, режущий и штамповый инструмент.

Рис. 4.52. Установка ВИАМ МЭШ-50

Технические характеристики установки ВИАМ МЭШ-50:

Размер изделия (L×Н) 60(120)×400 мм.

Количество носителей на карусели – 24 (12) шт.

Скорость испарения – до 800г/час.

Количество дуговых испарителей 4 (5) шт.

Ток дуговых испарителей 300–2400 А.

Запас испаряемого материала обеспечивает 100 ч непрерывной работы. Установка при работе в одну смену может обеспечить покрытие от 200 до 250 тыс. турбинных лопаток в год. Система управления размещена в шкафу управления и оснащена промышленным компьютером Advantech с плоской цветной панелью оператора и PLC-контроллером типа ADAM5510. Блок смещения на 50 кВт (1000 В, 50 А) с водяным охлаждением и устройством дугогашения размещен в отдельном шкафу. Блоки питания дуговых испарителей инверторного типа Sirion 500 размещены на отдельных этажерках. Управление откачкой от PLC-контроллера ADAM-5510. Компакт-датчики фирмы Inficon измеряют низкий и высокий вакуум и передают текущие значения на экран компьютера. Система откачки стандартная: механический насос и диффузионный насос. Управление затвором, клапанами от контроллера через пневмораспределитель Festo. Контроль температуры изделия определяется оптическим пирометром (0–800°С). Система ионной очистки стандартная с инверторным блоком питания мощностью 3 кВт. Система газонапуска 3-канальная на базе РРГ-9, один канал на ионный источник и 2 канала на дуговые испарители. Управление устройством поджига, заслонками – через пневмораспределители Festo и инверторные источники питания. Катоды дуговых испарителей цилиндрического типа с вращением для равномерной выработки.

5. Установка МЭШ-10

Основные технические характеристики установки МЭШ-10 (рис. 4.53):

- габаритные размеры 6900×2900×2200 мм;

- максимальная высота обрабатываемых деталей 300 мм;

- масса установки 4000 кг;

- питание – ~50 Гц / 380 В;

- потребляемая мощность – 40 кВт;

- управление циклом откачки – ручное с автоматическим отключением;

- управление технологическим процессом – автоматическое и ручное;

- количество каналов для рабочих газов – 4;

- расход воды, (холодная/горячая) – 2/0,3 м³/ч;

- время откачки – 25 мин;

- длительность рабочего цикла – от 15 до 35 мин;

- технологическое устройство – 1-ионный источник, 2-магнетрона;

- размер стола для обрабатываемых изделий – 0,9×1,5м.

Рис. 4.53. Установка МЭШ-10

6. Установка для нанесения многослойных покрытий в вакууме. Установка для нанесения многослойных покрытий в вакууме (пат. РФ № 2036246) (рис. 4.54) состоит из вакуумной камеры 1 в виде кольца коробчатого сечения, цельносъемной крышки 2, подложкодержателей 3 с подложками 4, установленными на катках 5, размещенных на направляющих 6 и соединенных между собой шарнирами 7 в виде замкнутого конвейера, механизма 8 циклического передвижения, механизма 9 вращения подложек, ионно-плазменных источников 10, системы 11 вакуумной двухступенчатой откачки, вертикальных и горизонтальных люков 12 с заглушками.

Рис. 4.54,а. Установка для нанесения многослойных покрытий в вакууме

[Пат. РФ № 2036246]:

(вид сверху)

Рис. 4.54,б. Установка для нанесения многослойных покрытий в вакууме

[Пат. РФ № 2036246]:

сечение А-А:

1 – вакуумная камера; 2 – цельносъемная крышка; 3 – подложкодержатель; 4 – подложки; 5 – катки; 6 – направляющие; 7 – шарниры; 8 – механизм циклического передвижения;

9 – механизм вращения подложек; 10 – ионно-плазменные источники; 11 – система вакуумной двухступенчатой откачки; 12 – вертикальные и горизонтальные люки

с заглушками; 13 – загрузочные люки; 14 – выгрузочные люки; 15 – смотровые окна;

16 – натекатели газа; 17 – источники подогрева загрузочных 13 и выгрузочных 14 люков

со смотровыми окнами 15, натекателей газа 16 и источников подогрева 17

Установка работает следующим образом. После установки необходимого количества в люках 12 ионно-плазменных источников 10 из различных компонентов в крышке 2 и боковой стенке камеры 1 через загрузочный люк 13 со смотровым окном 15 устанавливаются подложки 4, циклично передвигая с помощью механизма передвижения 8 замкнутый конвейер, образованный соединенными с помощью шарниров 7 между собой подложкодержателями 3 на катках 5 по направляющим 6.

После достижения с помощью системы 11 двухступенчатой вакуумной откачки разрежения и напуска необходимого газа через натекатели 16 включаются подогреватели 17, против часовой стрелки циклично передвигается замкнутый конвейер и производится напыление поочередно каждым из ионно-плазменных источников 10, одновременно вращая во время остановки конвейера и напыления механизмом 9 вращения подложек 4. Выгрузка производится через выгрузочный люк 14.

Профилактический осмотр и ремонт устройства производится при снятой цельносъемной крышке 2.