مبدأ وتطبيق طلاء أيون

مبدأ وتطبيق طلاء أيون

هناك العديد من أنواع طرق الطلاء المستخدمة في صناعة الطيران الحديثة ، مثل الطلاء الكهربائي والرش والطلاء الكيميائي والانتشار والدرفلة والطلاء. لقد تم إتقان العديد من هذه العمليات ولعبت دورًا مهمًا في الإنتاج. ومع ذلك ، فإن تكنولوجيا الطلاء الحالية لا تستطيع مواكبة التطور السريع للمنتجات ، بحيث يتمكن الناس من استكشاف تكنولوجيا الطلاء الجديدة. "Ion plating" هي تقنية طلاء الفراغ الجديدة التي تم تطويرها في السنوات الأخيرة.

1 المقدمة

الطلاء الأيوني ، الطلاء الأيوني) الطلاء الأيوني تحت ظروف الفراغ ، باستخدام تصريف الغاز يجعل من تأين الغاز أو يتبخر جزء المواد ، وأيون الغاز أو المواد المبخرة تحت قصف الأيونات ، مادة التبخر أو طريقة ترسب المادة المتفاعلة على الركيزة . وتشمل هذه الأيونات طلاء المغنطرون الأيوني ، والطلاء الأيوني التفاعلي ، والطلاء الأيوني لإفراز الكاثود المجوف (طريقة تبخر الكاثود المجوف) ، والطلاء الأيوني متعدد القوس (تصفيح قوس أيون الكاثود) ، إلخ.

2. أهمية

في صناعة الطيران والفضاء ، غالبًا ما تعمل مكونات الطائرات والصواريخ والأقمار الصناعية والمطارات المختلفة في ظل ظروف معقدة وضارة. الطائرات ، على سبيل المثال ، الأجنحة وجسم الطائرة وجهاز الهبوط والأجزاء الخارجية الأخرى ، تتأثر بشكل مباشر بالغلاف الجوي والرطوبة والغبار ومنتجات حرق الوقود الموجودة في النشاط الكيميائي للتآكل الغاز. غالبًا ما تتآكل الأجزاء الخارجية لطائرة مائية ، خاصة هيكل الطائرة والعوامات ، بمياه البحر أو مياه البحيرة أو مياه النهر. تتأكسد أيضًا غرف الاحتراق وأجزاء التوربينات وأجزاء مكبس الأسطوانات من المحركات الهوائية عن طريق تدفقات الغاز عالية الحرارة التي تحتوي على الأحماض والمواد الفعالة الأخرى. هناك أيضًا مكونات للأدوات مثل aerobearings ، وأجهزة النقل الدقيقة ، والعتاد الدقيق ، ومقاييس الجهد ، وما إلى ذلك ، والتي تتعرض غالبًا لدرجات متفاوتة من الاحتكاك والتآكل. لجعل الأجزاء المختلفة أعلاه يمكن أن تتكيف مع درجة الحرارة والتآكل وارتداء وغيرها من المتطلبات القاسية ، ببساطة من أجزاء الهيكل أو المواد إلى التفكير ، في كثير من الأحيان لا يكفي. كيف تفعل؟ إحدى الطرق الأكثر استخدامًا هي استخدام طريقة طلاء السطح لحماية أجزاء المصفوفة للوفاء بالمتطلبات المذكورة أعلاه. هذا يشبه الأشخاص وفقًا لظروف بيئية مختلفة ترتدي ملابس مختلفة ، وفقًا للحاجة إلى أجزاء من الحرارة أو التآكل أو الطلاء المقاوم للتآكل.

3. التنمية

هناك العديد من أنواع طرق الطلاء المستخدمة في صناعة الطيران الحديثة ، مثل الطلاء الكهربائي والرش والطلاء الكيميائي والانتشار والدرفلة والطلاء وما إلى ذلك. لقد تم إتقان العديد من هذه العمليات ولعبت دورًا مهمًا في الإنتاج. ومع ذلك ، فإن تكنولوجيا الطلاء الحالية لا تستطيع مواكبة التطور السريع للمنتجات ، بحيث يتمكن الناس من استكشاف تكنولوجيا الطلاء الجديدة. "Ion plating" هي تقنية طلاء الفراغ الجديدة التي تم تطويرها في السنوات الأخيرة.

4. المبدأ والعملية

الطلاء الأيوني هو تطور جديد لتكنولوجيا طلاء الفراغ. طلاء الفراغ العادي (المعروف أيضًا باسم التبخر الفراغي) ، قطعة العمل المثبتة في الغطاء الفراغي ، عندما يكون التسخين الكهربائي بمصدر التبخر في درجة حرارة عالية ، تشجع على أن تكون المادة المطلية - تبخر ذوبان مادة التبخر. بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، تكتسب جزيئات المبخر بعض الطاقة الحركية ، ثم ترتفع ببطء على طول خط الرؤية ، وتلتصق أخيرًا بسطح قطعة العمل المتراكمة في فيلم. طبقة الطلاء التي تتشكل مع هذا النوع من الحرفة ، لا تملك اتحادًا كيميائيًا ثابتًا مع سطح الجزء ، ليس لها صلة بالانتشار ، والأداء الملتصق رديء للغاية ، والغبار الذي يسقط مثل سطح المكتب في بعض الأحيان يكون نفسه ، ولمس اليد أيضًا يمكن أن تمحو. ومع ذلك ، فإن عملية الطلاء الأيوني مختلفة ، على الرغم من ذلك أيضًا في الغطاء الفراغي ، ولكن بعد ذلك تكون عملية الطلاء في شكل نقل الشحنة لتحقيقها. بمعنى آخر ، تنجذب الكاثود عالي الضغط (أي قطعة العمل) إلى جزيئات المبخر ، مثل أيونات عالية الطاقة ذات شحنة موجبة ، ويتم حقنها في سطح الشغل بسرعة عالية. بما يعادل رصاصة عالية السرعة من البرميل ، يمكن أن تخترق عمق الهدف ، وتشكيل طلاء نشر قوي على الشغل.

تكون عملية الطلاء الأيوني كما يلي: يتم توصيل مصدر التبخر بالأنوود ، ويتم توصيل الشغل بالكاثود. يتم إنشاء تفريغ توهج بين مصدر التبخر والشغل بعد تطبيق تيار مباشر عالي الجهد من ثلاثة إلى خمسة آلاف فولت. عندما يتم ملء غاز الأرجون الخامل في الغطاء الفراغي ، يتم تأين جزء من غاز الأرجون تحت تأثير مجال التفريغ الكهربائي ، وبالتالي تكوين منطقة مظلمة بالبلازما حول قطعة عمل الكاثود. قصفت أيونات الأرجون الموجبة ، التي يجذبها ارتفاع الضغط السلبي للكاثود ، سطح قطعة العمل بعنف ، مما تسبب في رش الجسيمات والأوساخ على سطح الشغل ، بحيث تم سطح سطح الشغل المطلي تمامًا. تنظيفها بواسطة القصف الأيوني. تذوب جزيئات المبخر وتتبخر ، تدخل منطقة تصريف التوهج وتتأين. هرع أيونات المبخر ذات الشحنة الإيجابية ، التي تجذبها الكاثود ، إلى الشغل مع أيونات الأرجون. عندما تتجاوز كمية أيونات المبخر على سطح قطعة الشغل مقدار رش الأيونات ، تتراكم تدريجياً لتشكل طبقة من الطلاء تلتصق بشدة بسطح قطعة العمل. هذه هي عملية بسيطة من الطلاء أيون.

5. الخصائص

طلاء لديه التصاق جيدة

في الطلاء الفراغي العادي ، تكون جسيمات المبخر حوالي واحد فقط من طاقة الإلكترون فولت إلى سطح الشغل ، وفي سطح الشغل وبين الطلاء ، يكون تشكيل عمق انتشار الواجهة عادة بضع مئات من الأنجستروم (10000 أنجستروم = 1 ميكرون = 0.0001 سم). هذا أقل من واحد في المئة من الشعر البشري. يمكن القول أنه لا يوجد تقريبًا أي اتصال بين الطبقة الانتقالية ، كما لو كان منفصلًا تمامًا. في الطلاء الأيوني ، تتأين جزيئات المبخر ولديها طاقة حركية تتراوح من 3000 إلى 5000 فولت إلكتروني. إذا كانت جزيئات الطلاء الفراغية العادية تعادل عداءًا ضيق التنفس ، فإن الطلاء الأيوني يشبه الركاب على الصاروخ عالي السرعة ، عندما تودع الشغل بسرعة عالية في قصفها بسرعة عالية ، ولكن يمكنها أيضًا اختراق سطح الشغل ، مما يشكل عمقًا في طبقة نشر المصفوفة ، وعمق نشر واجهة الطلاء الأيوني سيكون من أربعة إلى خمسة ميكرونات ، وهذا يعني ، من عمق نشر طلاء الفراغ العادي عشرات المرات العميقة ، حتى مائة مرة ، وتلتزم بعضها البعض بسرعة. يُظهر اختبار الشد للعينة بعد الطلاء الأيوني أن الطلاء لا يزال يمتد بلاستك مع المعادن الأساسية ولا يحدث أي تقشير أو تقشر حتى تكون العينة على وشك الانهيار. هذا يدل على مدى قوة المرفق! في حالة الطلاء الأيوني ذو قدرة الطلاء العالية ، تتحرك جزيئات المبخر في الحقل الكهربائي في شكل أيونات مشحونة على طول اتجاه خط الطاقة ، بحيث يمكن لجميع الأجزاء ذات الحقل الكهربائي الحصول على طلاء جيد ، وهو أفضل بكثير من طلاء الفراغ العادي لا يمكن الحصول عليه إلا في الاتجاه المباشر. لذلك ، هذه الطريقة مناسبة جدًا للأجزاء المطلية على الفتحة الداخلية ، الأخدود وفتحة ضيقة. طرق أخرى يصعب تصفيح أجزاء. مع طلاء الفراغ العادي لا يمكن إلا أن يكون مطلي مباشرة على السطح ، جزيئات مواد التبخر ، مثل سلم التسلق ، لا يمكن إلا أن تتبع سلم. من ناحية أخرى ، يمكن جرح الطلاء الأيوني بالتساوي حول الجزء الخلفي للجزء وفي الفتحة الداخلية ، ويمكن نقل الأيونات المشحونة إلى أي مكان داخل دائرة نصف قطرها من خلال اتباع طريق محدد ، كما هو الحال في طائرة هليكوبتر. الطلاء بجودة جيدة لديه هيكل مدمج ، لا يوجد ثقب ، لا فقاعة وسمك موحد. حتى الحواف والأخاديد يمكن مطلي بالتساوي دون تشكيل العقيدات المعدنية. يمكن أيضًا مطلي أجزاء مثل الخيوط ، لأن هذه العملية يمكنها أيضًا إصلاح الشقوق الدقيقة لسطح الشغل وعيوب الحفر ، بحيث يمكنها تحسين جودة السطح والخصائص الفيزيائية والميكانيكية للأجزاء المطلية بشكل فعال. تُظهر اختبارات التعب أنه إذا تم التعامل معها بشكل صحيح ، فإن عمر التعب في الشغل يزيد بنسبة 20 إلى 30 بالمائة عن العمر قبل الطلاء.

عملية التنظيف التبسيط

عملية الطلاء الحالية ، معظم متطلبات قبل الشغل لتنظيف صارمة ، على حد سواء معقدة والمتاعب. ومع ذلك ، فإن عملية الطلاء الأيوني نفسها لها تأثير تنظيف القصف الأيوني ، وقد استمر هذا التأثير طوال عملية الطلاء. تأثير تنظيف ممتاز ، يمكن أن يجعل الطلاء على مقربة مباشرة من الركيزة ، وتعزيز فعالية التصاق ، وتبسيط الكثير من التنظيف قبل الطلاء.

مجموعة واسعة من مواد الطلاء

الطلاء الأيوني هو استخدام أيونات عالية الطاقة تقصف سطح الشغل ، بحيث تتحول كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية على سطح الشغل إلى طاقة حرارية ، مما يعزز انتشار الأنسجة السطحية والتفاعل الكيميائي. ومع ذلك ، فإن الشغل كله ، وخاصة قلب الشغل ، لم يتأثر بارتفاع درجة الحرارة. لذلك ، يحتوي هذا النوع من عمليات الطلاء على مجموعة واسعة من التطبيقات ، ولكن القيود محدودة. بشكل عام ، يمكن مطلي جميع أنواع المعادن والسبائك وبعض المواد الاصطناعية ومواد العزل والمواد الحرارية ومواد نقطة انصهار عالية. يمكن مطلي على الشغل المعدنية غير المعدنية أو المعدنية ، ويمكن أيضا مطلي على غير المعدنية أو غير المعدنية ، أو حتى البلاستيك والمطاط والكوارتز والسيراميك وهلم جرا.

6. تطبيقات الفضاء

زيت غير مشحم

في الطائرات الحديثة أو محركات الطائرات أو أدوات الطائرات ، خاصة في الفضاء الجوي ، مثل المركبات الفضائية والأقمار الصناعية ، هناك عدد من الأجزاء الدوارة اللازمة لتزييت جيد ، ولكن غالبًا ما تكون درجة حرارة البيئة مرتفعة للغاية بسبب غلقها أو تطاير المساحات ، لم يعد زيوت التشحيم العادية قابلة للتطبيق ، بحيث يتم وضعها في مواد التشحيم الصلبة بدلاً من ذلك. أظهرت النتائج التجريبية أنه من الأفضل صناعة فيلم تزييت صلب بالطلاء الأيوني أكثر من الطرق الأخرى. ليس فقط التصاق قوي ، طلاء رقيق وموحد ، لا يؤثر على أجزاء من دقة الأبعاد والتسامح. الاقتصاد هو أيضا جيدة ، ويمكن مطلي قليلا مواد التشحيم مساحة كبيرة. نوعية فيلم تزييت هو أيضا أفضل ، معامل الاحتكاك صغير ، الخدمة الطويلة. على سبيل المثال ، هناك قمر صناعي على محامل الدقة ، وليس مطلي قبل الحياة العملية لبضع دقائق فقط ، ببساطة لا يمكن استخدامها ؛ ومع ذلك ، يمكن لفيلم التشحيم الصلب المطلي بالأيونات أن يعمل بشكل موثوق لآلاف الساعات في الرحلة. لا يمكن فقط طلاء أيونات الطلاء بأنواع كثيرة من مواد التشحيم الصلبة في درجة حرارة الغرفة ، ولكن يمكن أيضًا طلاءها بمجموعة متنوعة من مواد التشحيم الصلبة ذات درجة الحرارة العالية ، بل يمكن أن يكون بعضها أكثر من ثمانمائة درجة مئوية تحت درجة حرارة عالية تلعب دورًا جيدًا في تزييت. تشتمل مواد التشحيم الصلبة التي يمكن مطلي بها على الفضة والذهب والنحاس والرصاص وسبائك الرصاص والفلورايد وما إلى ذلك.

الذهب الحقيقي لا يخاف النار

غالبًا ما تحتاج أجزاء الطائرات ، وخصوصًا العديد من أجزاء المحرك ، إلى العمل في درجات حرارة عالية. على سبيل المثال ، تكون درجة حرارة عمل ريش التوربينات وشفرات التوجيه حوالي 1000 درجة مئوية ، وبعضها يصل إلى 1400 درجة مئوية. في رحلة الرواية الأسطورية إلى الغرب ، عندما وضع الرب الأسمى سون وو كونغ في الفرن ، ربما لم يتمكن من الوصول إلى درجة حرارة عالية. تعمل أجزاء المحرك الهوائي الحديثة في درجة حرارة عالية ، ومن الصعب تلبية المتطلبات فقط اعتمادًا على أداء مادة مصفوفة الأجزاء نفسها. لذلك ، كيف يمكن أن أجزاء المحرك دون الاجتثاث ارتفاع درجة الحرارة؟ في الوقت الحاضر بالإضافة إلى أجزاء الهيكل لاتخاذ التدابير (مثل استخدام شفرات التبريد المجوفة ، ريش التبريد المتباعدة ، وما إلى ذلك) ، فإن معظم الحاجة إلى طلاء مقاوم للحرارة للحماية. يتميز الطلاء الأيوني بالعديد من المزايا لترسيب الأفلام المقاومة للحرارة. يمكن تطبيقه على مجموعة متنوعة من مواد نقطة انصهار عالية ، مثل أكسيد الألومنيوم ، وأكسيد السيليكون ، وأكسيد البريليوم ، وسبائك الهافنيوم ، وما إلى ذلك. تركيبة طلاء السبائك أسهل أيضًا في التحكم ، ومناسبة لتكوين الحرارة الأكثر تعقيدًا سبيكة مقاومة ، مثل الحديد والكروم الإيتريوم الألومنيوم ، والكوبالت والكروم الإيتريوم الألومنيوم أو سبائك النيكل والكروم الإيتريوم.

في الوقت الحاضر ، شفرة التوربين هي الهدف الرئيسي لمحاولة استخدام الطلاء المقاوم للحرارة للطلاء الأيوني. تشير التقارير إلى أن العمر التشغيلي العالي لدرجة حرارة نوع من الشفرة مطلية بهذه الطريقة مع سبائك الإيتريوم المصنوعة من الألومنيوم والنيكل والكروم أعلى بثلاث مرات من عمر مطلي بالألومنيوم. مناسبة لاستخدام أيون أجزاء المحرك المقاوم للحرارة الطلاء وقرص التوربينات وأجزاء مكبس الاسطوانة. بعد المعالجة بهذه التكنولوجيا المتقدمة ، يمكن لبعض الأجزاء العمل لآلاف الساعات في درجات حرارة عالية.

المعادن لا تصدأ

الأجزاء المعدنية من الصدأ ، ولكن إذا كانت الأجزاء مطلية بطبقة من الطلاء لمنع التآكل ، فإنها يمكن أن تمنع الأجزاء من الصدأ. نتيجة للكثافة العالية لطلاء الطلاء الأيوني ، أقل الثقب ، ومقاومة التآكل ، ويمكن أن تودع العديد من العمليات الأخرى لا يمكن إيداع طلاء تآكل جيد. لذلك ، فإن الطلاء الأيوني هو الأكثر استخدامًا في المواد المقاومة للتآكل. مثل جدار الطائرة المائية والأجزاء الخارجية الأخرى ، يمكن استخدام هذه الطريقة لمنع تآكل رش الملح وطلاء تآكل مياه البحر ؛ يمكن مطلي أجزاء المواد الأخرى مع أجزاء سبائك الألومنيوم بهذه الطريقة لمنع التآكل المحتمل. بالإضافة إلى ذلك ، مع تحسين سرعة الطيران والارتفاع والتقدم المحرز في استكشاف الفضاء ، أصبح تطبيق سبائك التيتانيوم أكثر وأكثر. ولكن إذا كان مطلي بالألومينا ، فإنه يمكن أن تلبي تماما المتطلبات. ومع ذلك ، لا يمكن مطلي بالكهرباء وغيرها من العمليات هذه المواد. الطلاء الأيوني ، من ناحية أخرى ، يعمل العجائب. حتى الآن ، بالإضافة إلى الألومينا ، تشتمل المواد المقاومة للتآكل المناسبة للطلاء الأيوني على الكروم والتيتانيوم والتنتالوم والفولاذ المقاوم للصدأ ، إلخ. تشمل أجزاء الطيران المطلية المسامير والمكسرات والمسامير والدبابيس والأنابيب والمفاصل والدوارق الدوارة والتروس الدقيقة ، حلقات ختم المعدن ، الخ

باختصار ، يعد الطلاء الأيوني في صناعة الطيران وقطاعات أخرى من إمكانات التطبيق رائعًا ، بالإضافة إلى ما سبق ، هناك العديد ، مثل طلاء الأفلام الموصلة والأفلام المقسّمة والأفلام المزخرفة وتستخدم في اللحام الدقيق والختم الدقيق والسطح يصلح. تعتبر عملية الطلاء الأيوني تقنية جديدة تم تطويرها منذ أكثر من عشر سنوات. له بعض المزايا الفريدة وقد يحل بعض مفاتيح الإنتاج التي كان من الصعب التغلب عليها في الماضي. ومع ذلك ، نظرًا لظهور الوقت غير الطويل ، فهناك العديد من المفاتيح التقنية التي يتعين حلها ، مثل التحكم في سماكة الطلاء ، التدريع السطحي للطلاء بقطع العمل ، إلخ. ثانياً ، سعة المعدات صغيرة ، الأجزاء الكبيرة صعبة إلى الطلاء ، استثمار كبير. نعتقد أنه مع إجراء مزيد من الدراسة لهذه التكنولوجيا ، سيتم تحسين وتطوير طلاء الأيونات تدريجياً ، وسيتم تطبيقه وترويجه بالكامل في صناعة الطيران.

IKS PVD ، حول تكنولوجيا طلاء أيون ، لدينا الكثير من الخبرة في تطبيق الصناعة ، اتصل بنا الآن ، iks.pvd@foxmail.com