Автоматизация технологического процесса ионного осаждения покрытий позволяет сократить длительность процесса напыления, повысить качество покрытия и повысить производительности процессов. Ионное осаждение покрытий или ионное распыление – это метод вакуумного напыления, в основе которого лежит испарение вещества на подложку при одновременной обработке ускоренными ионами, получаемыми из ионного источника. Иными словами, ионное напыление - это технология «осаждения» вещества, при которой специальное покрытие наносится на деталь потоком ионов. Декоративно-защитное покрытие получается равномерным, тонким и без слоев, поскольку металл корпуса перемешивается с металлом покрытия.
Ионное осаждение покрытий обеспечивает:
высокую коррозионную стойкостью,
защиту от царапин и повреждений,
жаропрочность и жаростойкость,
износостойкость и долговечность.
Область применения защитных и декоративных покрытий обширна: радиоэлектронная аппаратура, детали, узлы, механизмы, двигатели, протезирование в медицинской технике, промышленные приборы и установки. От качества покрытия зависят основные эксплуатационные характеристики, надежность и долговечность изделий, поэтому сегодня технологии нанесения защитных покрытий совершенствуются и упрощаются. АСУ ТП решает целый ряд задач при нанесении покрытий. За счет функций системы возрастает качество распыления, исключаются поверхностные дефекты, обеспечивается непрерывность пленочного покрытия и существенно повышается скорость обработки.
Сфера применения метода ионного осаждения покрытий
Ионное напыление – это востребованный метод нанесения покрытий в сфере нанотехнологий, оптоэлектронике, наноэлектронике, в производстве солнечных батарей, режущих инструментов. Ионное осаждение используют в оптической, полупроводниковой и других наукоемких отраслях промышленности. Метод применяют в авиапромышленности, машиностроении, производстве оборудования и техники специального назначения. Например, ионное напыление покрытий применяется в производстве часов и оправ для очков. IP-покрытие (ионное напыление) или PVD-покрытие наносят на материал для защиты от коррозии, повышения прочности и износостойкости изделия.
Ионно-диффузионное насыщение широко востребовано при азотировании коррозионностойких металлов, стали. Ионно-плазменное напыление в вакууме используют для нанесения покрытий на поверхность лопаток турбин реактивных двигателей, для того, чтобы обеспечить жаро- и износостойкие качества. От качества ионного покрытия зависит эстетичность, срок службы, эксплуатационная надежность и долговечность изделий. Совершенствование методов ионного напыления и технологий обработки материалов позволяет повысить качество, долговечность и стойкость покрытий.
Метод ионного осаждения позволяет получать слои самых разных элементов: оксидов, полупроводников, нитридов, металлов. К современным методам нанесения покрытий относят ионно-лучевое распыление, при котором атомы материала осаждаются на поверхность, формируя защитное покрытие. Используя метод, получают нитридные, оксидные и другие пленки. Процесс нанесения покрытий включает в себя ввод активных реагентов, испарение материалов в камере, измерение толщины покрытия и оптических характеристик с помощью контрольно-измерительных устройств.
Технологические этапы нанесения покрытий
Автоматизация всего цикла получения покрытий требует применения специальных установок, камеры с системой нагрева и охлаждения, устройств высокочастотного распыления непрерывного действия. Различают следующие технологические этапы по нанесению покрытий: загрузка материала на подставке в камеру, откачивание воздуха из камеры, нагрев камеры, очистка материала ионным травлением, испарение и ионизация материала при одновременной подаче реакционного газа, перенос частиц, охлаждение камеры и выгрузка материала. В результате получают покрытие, которое обладает повышенной твердостью, коррозионной стойкостью, износостойкостью.
АСУ ТП ионного осаждения – это способ минимизировать участие персонала в процессе обработки изделий. Автоматизированная система управления процессом ионного осаждения покрытий упрощает работу технолога и оператора. Система позволяет автоматизировать работу установки ионного напыления и контролировать стадии технологического процесса за счет их визуализации на экране. Для работы с устаревшим неавтоматизированным оборудованием по ионному напылению работники обязаны понимать технологию всех происходящих процессов, знать физико-химические свойства исходных поверхностей изделий и вручную выполнять множество функций в цехах. Такой устаревший подход по нанесению покрытий имеет ряд недостатков: низкую производительность, трудоемкость и сложность всего процесса, а также не исключает риск ошибок, потерь, сбоев по вине рабочих.
Функции АСУ ТП ионного осаждения покрытий:
Выбор и регулировка параметров процесса;
Визуализация последовательности этапов;
Отображение технологических параметров;
Анализ и стабилизация заданных показателей;
Контроль всего процесса ионного осаждения;
Защита от аварийных ситуаций, сбоев системы;
Формирование отчетов, хранение информации.
С помощью АСУ ТП осаждения ионного покрытия даже оператор, который лишь поверхностно знаком с технологией протекающих процессов, сможет управлять работой установки, обеспечивать качество нанесения покрытий и соблюдение технологии. Объясняется это тем, что режимы обработки изделий унифицированы. Все этапы технологического процесса отображаются на экране: включение насоса для откачки воздуха в камере и откачка воздуха, стадии очистки ионами газа, металла, обработка и нанесение покрытия, охлаждение и другие.
Для обслуживания установки предусмотрены ручные функции по открытию и закрытию камеры, включения, остановки и отключения отдельных устройств. На практике заготовки изделий помещаются в вакуумную камеру, а оператор запускает процессы откачки воздуха. Затем выбирает технологический рецепт с готовым набором параметров. Далее он заполняет паспорт изделия и запускает процесс. После завершения работы система автоматически формирует отчет. Автоматизированная система сигнализирует о начале и завершении технологического процесса, своевременно предупреждает об ошибках, блокирует действия персонала, которые могут привести к аварийным ситуациям.
