Principe et application du revêtement ionique

Principe et application du revêtement ionique

Il existe de nombreux types de méthodes de revêtement utilisées dans l’aviation moderne, telles que la galvanoplastie, la pulvérisation, le placage chimique, la diffusion, le laminage et le revêtement. Bon nombre de ces processus ont été maîtrisés et ont joué un rôle important dans la production. Cependant, la technologie de revêtement existante ne peut pas suivre le développement rapide des produits, de sorte que les gens explorent une nouvelle technologie de revêtement. "Ion Plating" est une nouvelle technologie de revêtement sous vide développée ces dernières années.

1. Introduction

Placage ionique, placage ionique) sous vide, en utilisant la décharge de gaz pour ioniser ou évaporer une partie du matériau, et l'ion gazeux ou le matériau vaporisé sous le bombardement d'ions, le matériau d'évaporation ou le dépôt du réactif sur le substrat . Ceux-ci comprennent le placage ionique par pulvérisation magnétron, le placage ionique réactif, le placage ionique à décharge par cathode creuse (procédé d’évaporation par cathode creuse), le placage ionique à arc multiple (placage ionique à arc cathodique), etc.

2. L'importance de

Dans l’industrie aéronautique et aérospatiale, les composants de divers aéronefs, missiles, satellites et dirigeables fonctionnent souvent dans des conditions complexes et néfastes. Les aéronefs, par exemple, les ailes, la peau du fuselage et le train d’atterrissage et d’autres pièces externes sont directement affectés par l’atmosphère, l’humidité, la poussière et les produits de combustion contenus dans l’activité chimique de la corrosion par le gaz. Les parties extérieures d'un hydravion, notamment la cellule et la bouée, sont souvent érodées par l'eau de mer, l'eau de lac ou de rivière. Les chambres de combustion, les pièces de turbine et les pièces de piston de cylindre des moteurs d'avion sont également fréquemment oxydées par des flux de gaz à haute température contenant des acides et d'autres substances actives. Il existe également des composants d'instruments tels que des pièces d'aérographe, des dispositifs de micro-transmission, des engrenages de précision, des potentiomètres, etc., qui sont souvent soumis à des degrés variables de friction et d'usure. Pour faire ce qui précède, diverses pièces peuvent s’adapter à la température, à la corrosion, à l’usure et à d’autres exigences sévères, le simple fait de penser des pièces de la structure ou du matériau n’est souvent pas suffisant. Comment faire? L'une des méthodes les plus utilisées consiste à utiliser une méthode de revêtement de surface pour protéger les parties de la matrice afin de répondre aux exigences ci-dessus. C’est comme si les gens portaient des vêtements différents selon les conditions environnementales, en fonction des besoins du revêtement résistant à la chaleur, à la corrosion ou à l’usure.

3. développement

Il existe de nombreux types de méthodes de revêtement utilisées dans l’aviation moderne, telles que la galvanoplastie, la pulvérisation, le placage chimique, la diffusion, le laminage, le revêtement, etc. Bon nombre de ces processus ont été maîtrisés et ont joué un rôle important dans la production. Cependant, la technologie de revêtement existante ne peut pas suivre le développement rapide des produits, de sorte que les gens explorent une nouvelle technologie de revêtement. "Ion Plating" est une nouvelle technologie de revêtement sous vide développée ces dernières années.

4. Principe et procédé

Le placage ionique est un nouveau développement de la technologie de revêtement sous vide. Revêtement sous vide ordinaire (également connu sous le nom d'évaporation sous vide), la pièce serrée dans le couvercle sous vide, lorsque le chauffage électrique de la source d'évaporation à haute température, favorise le plaquage du matériau - évaporation du matériau fusion évaporation. En raison de l'élévation de température, les particules d'évaporateur acquièrent une certaine énergie cinétique, puis remontent lentement le long de la ligne de mire et adhèrent enfin à la surface de la pièce à usiner accumulée dans un film. La couche de placage qui se forme avec ce type d’engin, n’a pas non plus de liaison chimique ferme avec la surface de la pièce, n’a pas de liaison de diffusion, la performance adhérente est très médiocre, la poussière qui tombe comme le bureau est parfois la même, le contact avec la main aussi peut effacer. Cependant, le procédé de placage ionique est différent, bien que ce soit également dans la couverture sous vide, mais le processus de revêtement est alors sous la forme d'un transfert de charge à réaliser. En d'autres termes, les particules de l'évaporateur, en tant qu'ions de haute énergie avec une charge positive, sont attirées par la cathode à haute pression (c'est-à-dire la pièce) et sont injectées à grande vitesse dans la surface de la pièce. Équivalent à une balle tirée à grande vitesse par le canon, il peut pénétrer profondément dans la cible et former un revêtement solide de diffusion sur la pièce.

Le procédé de placage ionique est le suivant: la source d'évaporation est connectée à l'anode et la pièce à usiner est connectée à la cathode. Une décharge luminescente est générée entre la source d’évaporation et la pièce après application d’un courant continu haute tension de trois à cinq mille volts. Lorsqu'un gaz d'argon inerte est rempli dans le couvercle sous vide, une partie du gaz d'argon est ionisée sous l'action d'un champ électrique de décharge, formant ainsi une zone sombre de plasma autour de la pièce à traiter de la cathode. Les ions argon positifs, attirés par la haute pression négative de la cathode, ont violemment bombardé la surface de la pièce à usiner, ce qui a provoqué l’éclaboussure de particules et de salissures sur la surface de la pièce à usiner, de sorte que la surface de la pièce à plaquer ait été complètement nettoyée. nettoyé par bombardement ionique. Les particules de l'évaporateur fondent et s'évaporent, pénètrent dans la zone de décharge luminescente et sont ionisées. Les ions de l'évaporateur chargés positivement, attirés par la cathode, se sont précipités vers la pièce à travailler avec des ions d'argon. Lorsque la quantité d'ions de l'évaporateur sur la surface de la pièce à usiner dépasse la quantité de projections d'ions, ils s'accumulent progressivement pour former une couche de revêtement qui adhère fermement à la surface de la pièce. C'est le processus simple de placage ionique.

5. Caractéristiques

Le revêtement a une bonne adhérence

Dans le revêtement sous vide ordinaire, les particules de l’évaporateur ne représentent qu’environ un électron-volt à la surface de la pièce, à la surface de la pièce et entre le revêtement, la formation de la profondeur de diffusion à l’interface n’est en général que de quelques centaines de angströms (10000 angströms = 1 micron = 0,0001 cm). C'est moins d'un pour cent d'un cheveu humain. On peut dire qu'il n'y a presque pas de connexion entre les deux couches de transition, comme si elles étaient complètement séparées. Dans le placage ionique, les particules de l'évaporateur s'ionisent et ont une énergie cinétique de 3000 à 5000 électron-volts. Si les particules de revêtement sous vide ordinaires sont équivalentes à un coureur sans souffle, le placage ionique est comme les passagers de la fusée à grande vitesse, lorsque sa pièce à bombarder à grande vitesse se dépose non seulement rapidement, mais peut également pénétrer à la surface de la pièce, formant ainsi une la couche de diffusion matricielle, la profondeur de diffusion à l’interface du placage ionique serait de quatre à cinq microns, c’est-à-dire que la profondeur de diffusion du revêtement sous vide ordinaire est profonde des dizaines de fois, voire cent fois, et adhère si rapidement. L’essai de traction de l’échantillon après le placage ionique montre que le revêtement s'étend toujours plastiquement avec le métal de base et qu’il n’ya ni pelage ni pelage tant que l’échantillon n’est pas sur le point de se rompre. Cela montre à quel point l'attachement est fort! Dans le cas du placage ionique à haute capacité d'électrodéposition, les particules de l'évaporateur se déplacent dans le champ électrique sous la forme d'ions chargés le long de la direction de la ligne électrique, de sorte que toutes les pièces à champ électrique puissent obtenir un bon revêtement, ce qui est bien meilleur que le revêtement sous vide ordinaire ne peut être obtenu que dans le sens direct. Par conséquent, cette méthode est très appropriée pour les pièces plaquées sur le trou intérieur, la gorge et la fente étroite. Autres méthodes difficiles à plaquer des pièces. Avec un revêtement sous vide ordinaire, le revêtement ne peut être appliqué que directement sur la surface. Les particules de matériau d’évaporation, telles que l’échelle grimpante, ne peuvent suivre que l’échelle; Le placage ionique, en revanche, peut être enroulé uniformément autour de l'arrière de la pièce et dans le trou intérieur, et les ions chargés peuvent être transportés à n'importe quel endroit dans le rayon de son rayon en suivant un itinéraire défini, comme dans un hélicoptère. Le revêtement de bonne qualité a une structure compacte, pas de trou d'épingle, pas de bulle et une épaisseur uniforme. Même les bords et les rainures peuvent être plaqués uniformément sans former de nodules métalliques. Des pièces telles que des filets peuvent également être plaquées, car ce processus permet également de réparer les micro-fissures et les défauts de piqûre à la surface de la pièce, afin d'améliorer efficacement la qualité de surface et les propriétés physiques et mécaniques des pièces plaquées. Les tests de fatigue montrent que, si elle est manipulée correctement, la durée de vie en fatigue de la pièce à travailler est 20 à 30% supérieure à celle avant placage.

Simplification du processus de nettoyage

Processus de revêtement existant, la plupart des exigences d’avant la pièce à usiner pour un nettoyage strict, complexe et compliqué. Cependant, le procédé de placage ionique lui-même a un effet de nettoyage par bombardement ionique et cet effet a été maintenu tout au long du processus de revêtement. Excellent effet de nettoyage, peut rendre le revêtement directement près du substrat, améliorer efficacement l'adhérence, simplifier beaucoup de nettoyage avant le placage.

Une large gamme de matériaux de placage

Le placage ionique consiste à utiliser des ions de haute énergie bombardant la surface de la pièce à usiner, de sorte qu'une grande quantité d'énergie électrique à la surface de la pièce à usiner se transforme en énergie thermique, favorisant ainsi la diffusion du tissu de surface et la réaction chimique. Cependant, la température élevée n'a pas affecté l'ensemble de la pièce, en particulier le noyau de la pièce. Par conséquent, ce type de procédé de revêtement a un large éventail d'applications, mais les limitations sont petites. En général, tous les types de métaux, alliages et certains matériaux synthétiques, les matériaux isolants, les matériaux thermiques et les matériaux à point de fusion élevé peuvent être plaqués. Peut être plaqué sur la pièce métallique non métallique ou en métal, peut également être plaqué sur le non métallique ou non métallique, ou même en plastique, caoutchouc, quartz, céramique, etc.

6. Applications aérospatiales

Huile non lubrifiante

Dans les aéronefs modernes, les moteurs d'aéronefs ou les instruments d'aéronef, en particulier dans l'aérospatiale, tels que les engins spatiaux, les satellites, il existe un certain nombre de pièces tournantes qui doivent avoir une bonne lubrification, mais souvent en raison d'une étanchéité trop longue, la température ambiante est trop élevée ou en cas de volatilisation dans l’espace, le lubrifiant ordinaire à base de graisse n’est plus applicable, de manière à présenter le lubrifiant solide à la place. Les résultats expérimentaux montrent qu’il est préférable de fabriquer un film de lubrification solide par placage ionique que d’autres méthodes. Non seulement une forte adhérence, un revêtement mince et uniforme, n’affecte pas les éléments de précision dimensionnelle et de tolérance. L'économie est également bonne, un peu de matériel de lubrification peut être plaqué sur une grande surface. La qualité du film de lubrification est également meilleure, le coefficient de frottement est faible, la durée de vie est longue. Par exemple, il existe un satellite sur les roulements de précision, non plaqué avant la durée de vie de quelques minutes seulement, qui ne peut tout simplement pas être utilisé; Cependant, le film de lubrification solide à placage ionique peut fonctionner de manière fiable pendant des milliers d’heures de vol. Le placage ionique peut non seulement revêtir de nombreux types de matériaux de lubrification solides à la température ambiante, mais également être recouvert d'une variété de matériaux de lubrification solides à haute température, certains pouvant même être supérieurs à huit cents degrés Celsius sous la haute température jouant un bon rôle en lubrification. Les matériaux lubrifiants solides qui peuvent être plaqués comprennent l'argent, l'or, le cuivre, le plomb, l'alliage plomb-étain, le fluorure, etc.

Le vrai or ne craint pas le feu

Les pièces d'aéronefs, en particulier de nombreuses pièces de moteur, doivent souvent fonctionner à des températures élevées. Par exemple, la température de travail des aubes de turbine et des aubes directrices est généralement d’environ 1 000 degrés Celsius, et certaines atteignent même 1 400 degrés Celsius. Dans le voyage mythologique à l'ouest, lorsque le Seigneur suprême plaça Sun wukong dans le fourneau, il ne pouvait probablement pas atteindre une température aussi élevée. Les pièces modernes de moteurs d'avion fonctionnent à une température aussi élevée qu'il est difficile de répondre aux exigences en fonction des performances du matériau de matrice de la pièce. Alors, comment les pièces du moteur peuvent-elles fonctionner sans une ablation à haute température? À l'heure actuelle, en plus des parties de la structure à prendre des mesures (telles que l'utilisation d'aubes de refroidissement creuses, des aubes de refroidissement divergentes, etc.), la plupart des besoins en revêtement de résistance à la chaleur pour la protection. Le placage ionique présente de nombreux avantages pour le dépôt de films résistant à la chaleur. Il peut être appliqué à une variété de matériaux à point de fusion élevé, tels que l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de silicium, l'oxyde de béryllium, l'alliage d'hafnium, etc. La composition du revêtement d'alliage est également plus facile à contrôler et convient à la composition de chaleur plus complexe. alliage résistant, tel que alliage fer, chrome, aluminium, yttrium, alliage de cobalt, de chrome, d'aluminium et d'yttrium ou de nickel, d'aluminium et d'yttrium.

À l’heure actuelle, le principal objectif de l’aube de la turbine est d’utiliser un revêtement de placage ionique résistant à la chaleur. Il a été rapporté que la durée de vie à haute température d'un type d'aube plaquée selon ce procédé avec un alliage nickel-chrome-aluminium yttrium est trois fois supérieure à celle d'un alliage d'aluminium. Convient à l'utilisation de pièces de moteur et de disques de turbine, de pistons de cylindre résistants à la chaleur par placage ionique. Après avoir été traitées avec cette technologie avancée, certaines pièces peuvent fonctionner pendant des milliers d’heures à haute température.

Le métal ne rouille pas

Les pièces métalliques doivent rouiller, mais si les pièces sont recouvertes d'une couche de revêtement anticorrosion, cela peut les empêcher de rouiller. En raison de la haute densité de revêtement par placage ionique, moins de trous d'épingle, résistance à la corrosion, et peut déposer de nombreux autres processus ne peuvent pas déposer un bon revêtement de corrosion. Par conséquent, le placage ionique est actuellement le matériau le plus largement utilisé dans les matériaux résistant à la corrosion. Telles que la paroi de l'hydravion et d'autres pièces externes, cette méthode peut être utilisée pour empêcher la corrosion des embruns salins et des revêtements de corrosion de l'eau de mer; Cette méthode permet de plaquer d’autres pièces en alliage d’aluminium afin d’éviter la corrosion. En outre, avec l'amélioration de la vitesse de vol et de l'altitude et les progrès de l'exploration spatiale, l'application de l'alliage de titane est de plus en plus importante. Mais si plaqué avec de l'alumine, il peut complètement répondre aux exigences. Cependant, les procédés de galvanoplastie et autres ne peuvent pas être plaqués sur ce matériau. Le placage ionique, en revanche, fonctionne à merveille. Jusqu'à présent, en plus de l'alumine, les matériaux résistants à la corrosion appropriés au placage ionique comprennent le chrome, le titane, le tantale, l'acier inoxydable, etc. bagues d'étanchéité métalliques, etc.

En bref, le placage ionique dans l’aviation et dans d’autres secteurs du potentiel d’application est important. réparation. Le procédé de placage ionique est une nouvelle technologie développée depuis plus de dix ans. Il présente des avantages uniques et peut résoudre certaines clés de production difficiles à surmonter par le passé. Cependant, du fait que l’émergence du temps n’est pas longue, il reste de nombreuses solutions techniques à résoudre, telles que le contrôle de l’épaisseur du revêtement, le blindage de la surface de la pièce, etc. au placage, gros investissement. Nous pensons qu'avec la poursuite de l'étude de cette technologie, le placage ionique sera progressivement amélioré et développé, et pleinement appliqué et promu dans le secteur de l'aviation.

IKS PVD, à propos de la technologie de revêtement ionique, nous avons une grande expérience des applications industrielles, contactez-nous maintenant, iks.pvd@foxmail.com