В дипломном проекте разрабатывается ионно-плазменная технологическая установка для реализации технологического процесса нанесения функционального покрытия на крышки масляных фильтров производства ООО ПНТП «Колан».
Обрабатываемое изделие представляет собой цилиндрическую деталь диаметром 0,15 м и высотой 0,08 м. Материал деталей сталь 10 ГОСТ 8560-78. В качестве функционального покрытия выбирается нитрид титана, обеспечивающий как защиту деталей от коррозии, так и придающий ей товарный вид.
Технологический процесс должен включать в себя такие этапы, как химическая очистка поверхностей деталей, очистка деталей в вакууме и нанесение покрытия на поверхность деталей.
Таким образом, разрабатываемая установка должна содержать такие отсеки как технологический, в котором осуществляется вакуумная очистка деталей и нанесение покрытия, а также отсеки загрузки и выгрузки деталей.
Для обеспечения равномерности нанесения покрытия по поверхности детали необходимо обеспечить вращение детали вокруг своей оси, а также ее перемещение внутри камеры в процессе реализации технологического процесса. В качестве распыляемых используются титановые мишени, рабочий газ – азот.
Очевидно, проектирование ионно-плазменной технологической установки для обработки одной маленькой детали экономически не выгодно. Исходя из этого выбирается число одновременно обрабатываемых в установке изделий равным 15, три ряда по пять изделий в каждом. Отсюда задаемся размерами лотка с обрабатываемыми изделиями: 0,7х0,8 м, а также количеством таких лотков, одновременно загружаемых в камеру – семь. Таким образом, за один цикл работы установки будет обработано 105 изделий.
В технологическом отсеке камеры первым этапом производится очистка изделий, а затем нанесение покрытия. И очень важно выбрать скорость перемещения лотков с деталями таким образом, чтобы за время между этими операциями на уже очищенную поверхность деталей не успели адсорбироваться частицы остаточных газов.
Из сказанного
в [4] следует, что в 1 сек на каждую единицу площади поверхности,
ограничивающей газ, который находится в тепловом равновесии и в котором
плотность частиц равна 
, а средняя скорость молекул - 
, падает 
молекул
азота. При комнатной температуре и давлении 1 мм рт.ст. плотность 
молекул/см3, а скорость 
см/сек. Если принять, что вероятность
прилипания имеет постоянное значение 0,5, то к поверхности прилипает 2,5·1020
молекул/см2·сек. Таким образом, первый моноатомный слой образуется
примерно за 10-6 сек. При давлении 10-6 мм рт.ст. время
образования моноатомного слоя составляет около 1 сек, при давлении 10-3 мм рт.ст. около
10-3 сек.. Но для образования второго слоя вследствие уменьшения
вероятности прилипания после возникновения первого слоя потребуется несколько
секунд, а для достижения равновесия – несколько минут.
Тогда, если
задаться временем, за которое лоток с изделиями переместится из отсека для
чистки в отсек для нанесения покрытия, равным 1 минуте, и расстоянием между
этими отсеками 
м, то получим скорость
перемещения лотка 0.2 м/мин либо 12 м/ч. При такой скорости на каждое изделие
покрытие толщиной 0,5 мкм должно наноситься за время не более чем 0,058 ч.
В процессе производства (изготовления, обработки, хранения) на поверхности детали возникают загрязнения - посторонние вещества, наличие которых на поверхности нежелательно или вредно.
Состояние поверхности перед нанесением покрытий определяет качество напыляемого слоя и многие функциональные характеристики покрытий.
Деталь предварительно проходит визуальный осмотр на наличие трещин, сколов, выбоин. Если такие имеются, деталь отбраковывается сразу.
Технологический процесс нанесения покрытия включает в себя следующие основные этапы:
химическая очистка поверхности подложки;
очистка поверхности изделий в вакууме;
нанесение покрытия на поверхность изделий.
Для облегчения доступа атома распыляемого металла к поверхности необходимо удалить имеющуюся на ней пленку загрязнений и адсорбированные газы. Очистка заключается в удалении с поверхности слоев органических загрязнений: остатков масел, отпечатков пальцев и жировых пятен [5].
Все химические методы очистки деталей можно разделить на две основные группы [6]:
1) Методы, основанные на применении нейтральных растворителей, которые не разрушают молекул загрязнений, а благодаря сорбционной активности вытесняют их с поверхности в раствор; при этом в растворителе образуется однородная стабильная молекулярно-дисперсная (коллоидная) система.
2) Методы, основанные на применении химически активных жидкостей (кислот и щелочей) и электролитических процессов, которые разрушают молекулы загрязнений и одновременно воздействуют на материал самой детали.
Применение для очистки деталей методов первой группы наиболее желательно, так как при этом лучше всего сохраняются форма и размеры деталей; но эти методы не всегда универсальны, так как существуют загрязнения, на которые растворители действуют очень слабо, оставляя на поверхностях деталей тонкие пленки загрязнений. В связи с этим промывку деталей в нейтральных растворителях приходится иногда дополнять (или даже полностью заменять) травлением в химически агрессивных жидкостях, часто даже с применением электролиза, стремясь при этом к наименьшему воздействию на материал самой детали. Заключительный этап такой очистки – удаление химически активной жидкости – состоит опять-таки в применении растворителя, чаще всего воды.
Активные методы очистки имеют, по сравнению с очисткой в нейтральных растворителях, следующее большое преимущество: вместе с поверхностными загрязнениями удаляется также и тонкий слой металла, который сильно насыщен окислами и другими загрязнениями.
К недостаткам способов очистки с применением химически активных жидкостей и электролиза следует отнести кроме ухудшения точности деталей образование внутри некоторых металлов пузырьков, наполненных водородом.
Схема технологического процесса приведена на листе ХАИ.461.06.ДП.12.СГ.01.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.