1.3.4 Дугове нагрівання при напиленні покриття термічним випаровуванням
Випаровування розпилюваного матеріалу також можливе при використанні для цього дугового розряду прямої полярності.
Спочатку для нагрівання і розплавлення матеріалу використовують електронний промінь, а потім замінюють джерело теплоти на дуговий розряд, анодну форму дуги, фіксацією анода на поверхні розплаву.
Схема процесу показана на рисунку 1.9.
В основу устаткування покладено конструкцію електронно-променевої гармати з кільцевим катодом, який живиться від джерела живлення накалу катода І. Термокатод працює в режимі електронно-променевого та дугового процесів.
I
III
II
1 – розпилюваний матеріал (анод); 2 – система стабілізації та фокусування; 3 – термокатод; 4 – потік напилюваних частинок;
5 – напилюваний виріб;
І – джерело живлення накалу катода; II – високовольтне джерело живлення при електронно-променевому нагріванні;
III – низьковольтне джерело живлення дугового розряду
Рисунок 1.9 – Схема процесу напилення покриття дуговим випаровуванням розплавленого матеріалу у вакуумі
На розпилюваний матеріал подається позитивний потенціал від високовольтного джерела живлення II при електронно-променевому нагріванні та низьковольтного ІІІ для дугового розряду. На початку процесу від кільцевого катода 3, який розігрівається за допомогою джерела живлення І емітуються електрони. Ці електрони за допомогою джерела II прискорюються і бомбардують заготівку.
Електронний промінь не тільки розплавляє і випаровує матеріал, але й іонізує потік пари, створює умови наступного збудження дугового розряду. Вмикається джерело живлення III і загоряється дуга. При цьому джерело живлення II вимикається.
Енергія і кількість частинок, які бомбардують катод, замалі для емісії вторинних електронів. Тому утворюваний розряд належить до несамостійних.
Для полегшення збудження розряду доцільно використовувати набігання в камеру робочого газу, наприклад, аргону. У процесі інтенсифікації набігання газу зменшують і в подальшому розряд горить тільки в парі розпилюваного матеріалу при тиску в камері (10-2 - 10-3) Па. При цьому параметри розряду становлять: сила струму до 150 А і більше, напруга від 30 В до 70 В.
Спосіб забезпечує високу продуктивність напилення, яка не поступається електронно-променевому нагріванню. Ступінь іонізації потоку пари може досягати 100 %. Завдяки цьому з'являється можливість керування енергією частинок за допомогою їх прискорення у напрямку поверхні напилення. З цією метою передбачено високовольтний випрямляч II, від'ємний потенціал якого подається на виріб. Змінюючи напругу на джерелі від'ємного зміщення, проводять активацію і очищення поверхні.
Найважливішим параметром, який визначає ефективність процесу є потужність дуги.
В установках, які працюють за схемою випаровувача з анодною формою дуги реалізуються високі потужності розряду до 10 кВт і більше. Цим досягається висока продуктивність процесу. Практично повністю іонізований потік пари дозволяє формувати покриття з високою адгезійною та когезійною міцністю.