이온 코팅의 원리와 응용

이온 코팅의 원리와 응용

전기 도금, 분무, 화학 도금, 확산, 롤링 및 코팅과 같은 현대 항공 산업에서 사용되는 다양한 코팅 방법이 있습니다. 이 과정들 중 많은 부분이 마스터되었으며 생산에 중요한 역할을했습니다. 그러나 기존의 코팅 기술은 제품의 빠른 개발을 따라갈 수 없기 때문에 새로운 코팅 기술을 연구합니다. "이온 도금"은 최근 몇 년간 개발 된 새로운 진공 코팅 기술입니다.

1. 소개

이온화, 이온 플레이 팅) 가스 방전을 이용하여 기체 상태의 이온화 또는 증발 물질 부분과 기체 이온 또는 기화 물질을 이온 조건, 기화 물질 또는 기판상의 반응물 증착 방법으로 만든다 . 마그네트론 스퍼터링 이온 플레이 팅, 반응성 이온 플레이 팅, 할로우 캐소드 방전 이온 플레이 팅 (할로우 캐소드 증착법), 멀티 아크 이온 플레이 팅 (캐소드 아크 이온 플레이 팅) 등이있다.

2. 중요성

항공 및 우주 산업에서 다양한 항공기, 미사일, 인공위성 및 비행선의 구성 요소는 종종 복잡하고 해로운 환경에서 작동합니다. 항공기, 예를 들어 날개, 동체 스킨 및 착륙 장치 및 기타 외부 부품은 가스 부식의 화학적 활동에 포함 된 대기, 습기, 먼지 및 연료 연소 제품의 영향을 직접받습니다. 수상 비행기의 외부 부품, 특히 항공기 및 부표는 종종 해수, 호수 물 또는 강물로 침식됩니다. 연소 챔버, 에어로 엔진의 터빈 부품 및 실린더 피스톤 부분은 산 및 기타 활성 물질을 함유 한 고온 가스 흐름에 의해 자주 산화되기도합니다. 또한 에어로어링, 미세 전달 장치, 정밀 기어, 전위차계 등과 같은 계기 구성 요소가 있으며 마찰 및 마모의 정도가 다양합니다. 위의 다양한 부품이 온도, 부식, 마모 및 기타 가혹한 요구 사항에 적응할 수 있도록하려면 구조 또는 재료의 부품에서 간단히 생각하면 충분하지 않을 수 있습니다. 수행하는 방법? 가장 널리 사용되는 방법 중 하나는 위의 요구 사항을 충족시키기 위해 표면 코팅 방법을 사용하여 매트릭스 부분을 보호하는 것입니다. 이것은 열, 부식 또는 내마모성 코팅의 부품에 따라 다른 환경 조건에 따라 사람이 다른 옷을 입는 것과 같습니다.

3. 개발

전기 도금, 분무, 화학 도금, 확산, 롤링, 코팅 등과 같은 최신 항공 산업에서 사용되는 코팅 방법에는 여러 가지 종류가 있습니다. 이 과정들 중 많은 부분이 마스터되었으며 생산에 중요한 역할을했습니다. 그러나 기존의 코팅 기술은 제품의 빠른 개발을 따라갈 수 없기 때문에 새로운 코팅 기술을 연구합니다. "이온 도금"은 최근 몇 년간 개발 된 새로운 진공 코팅 기술입니다.

4. 원리와 과정

이온 도금은 진공 코팅 기술의 새로운 발전입니다. 일반적인 진공 코팅 (또한 진공 증발로 알려진), 고온 증발 소스 전기 가열 때, 진공 커버에 고정 된 작업 물은 도금 재료로 촉진 - 증발 물질 녹이는 증발. 온도가 상승함에 따라 증발기 입자는 약간의 운동 에너지를 얻은 다음 시선을 따라 서서히 상승하고 마지막으로 필름에 축적 된 공작물의 표면에 부착합니다. 이러한 종류의 공예품으로 형성되는 도금층은 부품의 표면과 확고한 화학적 결합을 갖지 않으며 확산 연결이 없으며 접착 성능이 매우 좋지 않으며 때로는 탁상과 같이 떨어지는 먼지도 손으로 만지며 지울 수 있습니다. 그러나 이온 도금 프로세스는 진공 커버에서도 다르지만 코팅 프로세스는 달성하기 위해 전하 이동의 형태입니다. 즉, 증발기의 입자는 포지티브 전하를 갖는 고 에너지 이온으로서 고압 캐소드 (즉, 공작물)에 흡착되어 공작물 표면에 고속으로 주입됩니다. 배럴에서 고속으로 탄환을 발사하는 것과 동일하게, 목표물 깊숙히 침투하여 공작물에 단단한 확산 코팅을 형성 할 수 있습니다.

이온 도금의 과정은 다음과 같습니다 : 증발원이 양극에 연결되고 공작물이 음극에 연결됩니다. 3 내지 5 천 볼트의 고전압 직류가인가 된 후에 증발원과 워크 피스 사이에 글로우 방전이 발생한다. 불활성 아르곤 가스가 진공 커버 내에 채워짐에 따라, 방전 전계의 작용에 의해 아르곤 가스의 일부가 이온화되어, 음극의 주위에 플라즈마 암흑 부를 형성한다. 양극의 음의 고압에 의해 끌어 당겨지는 양의 아르곤 이온은 작업 물의 표면에 격렬히 충돌하여 작업 물 표면의 입자 및 오물이 튀어 나와 도금 될 표면이 완전히 철저하게되었다 이온 폭격으로 청소. 증발기 입자가 녹아 증발하여 글로우 방전 영역으로 들어가 이온화됩니다. 캐소드에 의해 끌어 당겨진 양으로 대전 된 증발기 이온은 아르곤 이온과 함께 작업 물로 돌진했다. 공작물 표면의 증발기 이온 양이 스패 터 발생량을 초과하면 점진적으로 축적되어 피 가공물 표면에 단단히 달라 붙은 코팅층을 형성합니다. 이것은 이온 도금의 간단한 과정입니다.

5. 특성

코팅은 우수한 접착력을 갖는다.

통상의 진공 코팅에서, 증발기 입자는 공작물의 표면, 공작물 표면 및 코팅 사이에서 단지 약 1 전자 볼트 에너지이며, 계면 확산 깊이의 형성은 통상적으로 수 백 옹스트롬 (10000 옹스트롬 = 1 미크론 = 0.0001 cm). 그것은 인간의 머리카락의 1 % 미만입니다. 마치 완전히 분리 된 것처럼 두 전환 레이어간에 연결이 거의 없다고 말할 수 있습니다. 이온 플레이 팅에서, 증발기 입자는 이온화되고 3,000 내지 5,000 전자 볼트의 운동 에너지를 갖는다. 평범한 진공 코팅 입자가 숨가쁜 주자와 동등한 경우, 이온 도금은 고속 로켓의 승객과 같으며, 고속 포격 공작물이 고속으로 입금 될뿐만 아니라 공작물 표면을 관통하여 깊숙이 침투 할 수 있습니다 매트릭스 확산층, 이온 플레이 팅의 계면 확산 깊이는 4 ~ 5 미크론, 즉 일반 진공 코팅 확산 깊이보다 수십 배, 심지어 100 배 이상 빠르며 서로 너무 빨리 달라 붙는다. 이온 플레이 팅 후 샘플의 인장 시험은 코팅이베이스 금속과 함께 여전히 소 성적으로 연장되고 샘플이 파손될 때까지 박리 또는 박리가 발생하지 않음을 나타낸다. 첨부 파일이 얼마나 강력한 지 보여줍니다! 높은 도금 능력을 가진 이온 도금의 경우, 증발기 입자는 전기장의 방향을 따라 전하를 띤 이온의 형태로 전기장을 이동하므로 전기장이있는 모든 부품이 우수한 코팅을 얻을 수있어 훨씬 좋습니다 일반적인 진공 코팅보다 직접적인 방향으로 만 얻을 수 있습니다. 따라서이 방법은 내부 구멍, 홈 및 좁은 슬롯의 도금 부품에 매우 적합합니다. 부품을 도금하기 어려운 다른 방법. 일반 진공 코팅은 표면에 직접 도금 만 할 수 있으며 등반 사다리와 같은 증발 물질 입자는 사다리를 따라갈 수 있습니다. 반면에 이온 도금은 부품의 뒤쪽과 내부 구멍으로 균일하게 감을 수 있으며, 충전 된 이온은 헬리콥터 에서처럼 지정된 경로를 따라 반경 반경 내의 모든 위치로 운반 할 수 있습니다. 좋은 품질의 코팅은 조밀 한 구조, 핀 홀 없음, 기포 및 균일 한 두께를 갖습니다. 모서리와 홈조차도 금속 노듈을 형성하지 않고 고르게 도금 할 수 있습니다. 나사산과 같은 부품도 도금 할 수 있습니다.이 공정은 공작물 표면의 미세 균열 및 움푹 들어간 결함을 복구 할 수 있기 때문에 도금 부품의 표면 품질과 물리적 및 기계적 특성을 효과적으로 개선 할 수 있습니다. 피로 시험을 통해 적절하게 처리하면 공작물의 피로 수명이 도금 전의 피로 수명보다 20 ~ 30 % 더 높음을 알 수 있습니다.

청소 과정 단순화

기존의 코팅 공정, 엄격한 청소를위한 공작물 이전의 요구 사항 대부분, 복잡하고 문제. 그러나, 이온 도금 공정 자체는 이온 폭격 세정 효과를 가지며,이 효과는 코팅 공정 전반에 걸쳐 계속되었다. 탁월한 세척 효과로 코팅을 기판에 직접 가깝게 만들 수 있으며 효과적으로 접착력을 향상시키고 도금하기 전에 많은 세척을 단순화합니다.

다양한 도금 재료

이온 도금은 공작물 표면에 충돌하는 고 에너지 이온을 사용하므로 공작물 표면에 많은 양의 전기 에너지가 열에너지로 흡수되어 표면 조직의 확산과 화학 반응이 촉진됩니다. 그러나 전체 공작물, 특히 공작물의 코어는 고온의 영향을받지 않았습니다. 따라서 이러한 종류의 코팅 공정은 광범위한 응용 분야를 가지고 있지만 그 한계는 작습니다. 일반적으로 모든 종류의 금속, 합금 및 일부 합성 재료, 절연 재료, 열 재료 및 고 융점 재료를 도금 할 수 있습니다. 비금속 또는 금속 금속 가공물에 도금 할 수 있으며 비금속 또는 비금속 또는 플라스틱, 고무, 석영, 도자기 등에도 도금 할 수 있습니다.

6. 항공 우주 분야

비 윤활 오일

현대 항공기에서 항공기 엔진 또는 항공기 계기류, 특히 우주선, 우주선과 같은 인공위성에서는 회전하는 부품의 수가 많아 윤활유를 잘 사용해야하지만 밀봉이 너무 오래되어 환경 온도가 너무 높습니다. 또는 공간 휘발을 방지하기 위해 일반 그리스 윤활제는 더 이상 적용 할 수 없으므로 고체 윤활제를 대신 사용합니다. 실험 결과는 다른 방법보다 이온 도금으로 고체 윤활 필름을 만드는 것이 낫다는 것을 보여준다. 강한 밀착성, 얇고 균일 한 코팅은 치수 정확성과 공차의 부품에 영향을 미치지 않습니다. 경제성도 좋고, 약간의 윤활 재료가 넓은 영역을 도금 할 수 있습니다. 윤활 필름의 품질도 좋고, 마찰 계수가 작으며 수명이 길다. 예를 들어, 정밀 베어링에 인공위성이 있으며 단 몇 분만 작업하기 전에 도금하지 않아 단순히 사용할 수 없습니다. 그러나 이온 도금 된 고체 윤활 필름은 비행 중에 수천 시간 동안 안정적으로 작동 할 수 있습니다. 이온 도금은 실온에서 여러 종류의 고체 윤활 재료를 도금 할 수있을뿐만 아니라 다양한 고온 고체 윤활 재료로 코팅 할 수 있으며 일부는 고온에서 섭씨 800도 이상이 될 수도 있습니다. 윤활에. 도금 할 수있는 고체 윤활제는은, 금, 구리, 납, 납 - 주석 합금, 불화물 등을 포함합니다.

진실한 금은 불을 두려워하지 않는다.

항공기 부품, 특히 많은 엔진 부품은 종종 고온에서 작동해야합니다. 예를 들어, 터빈 블레이드 및 가이드 블레이드의 작동 온도는 일반적으로 약 섭씨 1,000도이며, 일부는 약 섭씨 1,400도에 이릅니다. 서쪽에 신화적인 소설 여행에서는, 태양 wukong가 최고 주님에 의해 용광로에 넣어 졌을 때, 그는 아마도 그렇게 높은 온도에 도달 할 수 없었다. 현대의 에어로 엔진 부품은 높은 온도에서 작동하기 때문에 부품 매트릭스 재료 자체의 성능에 따라 요구 사항을 충족시키기가 어렵습니다. 그럼, 어떻게 고온 절제없이 엔진 부품 수 있습니까? 현재 중공 냉각 블레이드, 발산 냉각 블레이드 등의 조치를 취하는 구조의 부품 이외에 내열 코팅을위한 보호의 필요성이 대부분 있습니다. 이온 플레이 팅은 내열 필름의 증착에 많은 장점을 가지고 있습니다. 그것은 산화 알루미늄, 산화 규소, 산화 베릴륨, 하프늄 합금 등과 같은 다양한 고 융점 재료에 적용될 수 있습니다. 합금 코팅의 조성은 또한 제어가 더 쉽고 더 복잡한 열의 조성에 적합합니다 철 크롬 알루미늄 이트륨, 코발트 크롬 알루미늄 이트륨 또는 니켈 크롬 알루미늄 이트륨 합금과 같은 내열성 합금이다.

현재, 터빈 블레이드는 이온 플레이 팅의 내열성 코팅을 사용하려는 주요 대상입니다. 이 방법으로 니켈 - 크롬 - 알루미늄 이트륨 합금으로 도금 된 블레이드의 고온 작동 수명은 도금 된 알루미늄보다 3 배 이상 높다. 이온 도금 내열 엔진 부품 및 터빈 디스크, 실린더 피스톤 부품의 사용에 적합합니다. 이 첨단 기술로 처리 된 후 일부 부품은 고온에서 수천 시간 동안 작동 할 수 있습니다.

금속이 녹슬지 않는다.

금속 부는 녹슬지 만 부식 방지 코팅층으로 도금하면 부식을 방지 할 수 있습니다. 이온 도금 피막의 고밀도화로 인하여 핀 홀 (pinhole)이 적고 내식성이 우수하며 많은 다른 공정을 증착 할 수있어 우수한 부식 방지 코팅을 할 수 없습니다. 따라서 이온 플레이 팅은 현재 내 부식성 재료에서 가장 널리 사용되고 있습니다. seaplane 벽 및 기타 외부 부품과 같은이 방법은 소금 스프레이와 바다 물 부식 코팅의 부식을 방지하는 데 사용할 수 있습니다; 잠재적 인 부식을 방지하기 위해 알루미늄 합금 부품이있는 다른 재료 부품을이 방법으로 도금 할 수 있습니다. 또한, 비행 속도와 고도의 향상과 우주 탐사의 진행에 따라 티타늄 합금의 응용은 점점 더 많아지고 있습니다. 그러나 알루미나로 도금하면 요구 사항을 완전히 충족시킬 수 있습니다. 그러나 전기 도금 및 기타 공정에는이 재료를 도금 할 수 없습니다. 이온 도금은 다른 한편으로는 놀라운 일을합니다. 지금까지 알루미나 외에도 크롬, 티타늄, 탄탈륨, 스테인리스 강 등의 이온 플레이 팅에 적합한 부식 방지 재료로는 스크류, 너트, 리벳, 핀, 파이프, 조인트, 자이로 로터, 정밀 기어, 금속 씰 링 등

즉, 항공 산업 및 응용 분야 잠재력의 다른 부문에서 이온 도금은 위와 같이 전도성 필름 도금, 경화 필름, 장식용 필름과 같은 정밀 용접, 정밀 씰링, 표면 처리 등에 사용됩니다. 수리. 이온 도금 공정은 10 년 이상 개발 된 새로운 기술입니다. 여기에는 몇 가지 고유 한 이점이 있으며 과거에 극복하기 어려운 일부 프로덕션 키를 해결할 수 있습니다. 그러나, 시간의 출현으로 인해 길지 않다, 코팅 두께 제어, 공작물이 아닌 도금 표면 차폐 등 해결할 수있는 많은 기술적 인 열쇠가있다. 둘째, 장비 용량이 작고, 큰 부품은 어렵습니다 도금, 대규모 투자. 우리는이 기술에 대한 더 깊은 연구를 통해 이온 도금이 점진적으로 개선되고 개발 될 것이며 항공 산업에 완전히 적용되고 촉진 될 것이라고 믿습니다.

IKS PVD, 이온 코팅 기술에 관해서, 우리는 지금 많은 산업 응용 경험을 가지고 있습니다. iks.pvd@foxmail.com