Сверхзвуковое напыление металла своими руками

Обновлено: 21.09.2024

Здравствуйте, зовут меня Алексей. Вот создал себе ещё одну технологию. Идея витала уже давно, поднабравшись знаний в инете, взялся за работу. В общем вот, что у меня получилось.

Что назвать началом, не знаю. Начну с самой крупной детали. Корпус, металл 1мм.

Кромка гиб. Загибаю края корпуса для жёсткости.

Сложил детали корпуса для примерки.

Вырезал отверстия для питателей, и опять примерка.

Сделал ручку для нагревательного блока. Ручка изготовлена из автомобильной шпатлёвки.

Несколько ранее изготовил питатель. В последствии после испытаний на оригинальном порошке, пришлось переделать внутренний конструктив. Что работает на крупном порошке, очень плохо работает на мелком. В общем, нашёл оптимальную конструкцию, которая работает на обеих фракциях.
Блок управления экспериментальный, всегда разбиваю электронику на отдельные блоки и только после испытаний, объединяю в одну целую плату.

Почти готовое изделие)) Попескоструил и оставил на улице, небольшой дождь и. пришлось пескоструить заново.

Далее покраска, обклейка, сборка, настройка. В итоге имеем готовое, рабочее изделие.

Прошу прощения за отсутствие фотографий с внутренностями питателя и нагревательного блока. Позвольте утаить конструктив этих элементов. При изготовлении этих блоков, пришлось сильно поломать голову, особенно намучился с изготовлением керамики нагревателя.

Особая благодарность моему другу (которого ни разу не видел в живую) Александру "Миротворцу" за безвозмездно предоставленные порошки для напыления. Санёк, снимаю перед тобой шляпу, спасибо тебе !

И напоследок, видео работы данного прибора

Конкурсная работа № 29, Техническая номинация Конкурса сварщиков «Делаем своими руками»

Генеральный спонсор конкурса
Компания «ArMiG» — все для сварки и резки. Победитель в номинации «Лучший поставщик» концерна ESAB в России 2014 года.

Курю-бухаю, напыляйки справляю.

Поигрался сегодня с "БУРАТИНОЙ"))) Напылил на алюминиевую пластину медь и попробовал паять. мммм, паяется, держится.

Видео этой пайки. Не знаю по чему пустой экран, но видео там есть.

Кино, как я распаивал радиатор.

Ну и естественно вскрытие.

Просто какие то высокие технологии для меня :-) ! Я сегодня простой радиатор от газели запаять не смог, завтра повезу к настоящим специалистам, а тут напыление даже не думал что такой прибор можно просто самому собрать. Большой вам респект !

Быть или не быть, вот в чем вопрос. Достойно ль

Леха, Диметовцам пошли видео, пусть застрелятся

Так, так, так. Следующей поделкой должна быть миниатюрная гаражная атомная станция. Причем из материалов со свалки. Я так полагаю, у Вас должно получиться.

Поигрался сегодня с "БУРАТИНОЙ"))) Напылил на алюминиевую пластину медь и попробовал паять

Красавчик. Так держать, прикольный аппарат.

Нам в Команду требуется станочник универсал: боготворящий работу с металлом и обожающий свою работу.

Нам в Команду требуется сварщик универсал: боготворящий работу с металлом и обожающий свою работу.

Рукастый. Респект и уважуха.

В чем смысл такой публикации? Да просто потешить свое тщеславие. Показать, что "я такой умный и крутой. Сделал, а другим не скажу как".

Если проект коммерческий, то пусть человек им деньги зарабатывает, а не хвастается перед людьми, далекими от этого.

Я считаю, что на форумах, таких как этот, публикации должны быть открытыми, которые имеют полезность и повторяемость другими людьми, полноценно раскрывающими конструкцию. Иначе это бесполезная, никому не нужная информация. Поэтому такие конструкции не должны участвовать в конкурсе.

И почему же? Правилам они соответствуют, и собственно все, достаточно. Так как правила устанавливает учредитель конкурса, ему виднее что он хочет видеть в результате. А раскрытие содержания работы по желанию участника.

Дас ист ФАНТАСТИШ . Вагон уважухи !

weldstar , до коммерческой стадии есть стадии предшествующие ей.

Вообще все брендовые фирмы, к которым относятся обе вышеуказанные из документации дают только многостраничную чушь о том, что не следует пальцы в розетку совать, чтобы не убило, и о том как электрод вставлять в электрододержатель. Но зато ни фига не дают схем и описания работы

Даже бренды не дают такой информации, а у него всё по правилам конкурса.

Присоединяюсь к поздравлениям, молодец.

Походу кого то "задело". Я вот такой проблемы не вижу. ОН ЭТОТ прибор ВЫСТРАДАЛ и почему кому то, что то должен пояснять. Иваныч не обращай на завистников внимание. я в молодости радиоэлектронные устройства собирал, представляю сколько всего надо предусмотреть. Еще раз спасибо за публикацию

1. В чем смысл такой публикации?

2. Да просто потешить свое тщеславие. Показать, что "я такой умный и крутой. Сделал, а другим не скажу как".

3. Если проект коммерческий, то пусть человек им деньги зарабатывает, а не хвастается перед людьми, далекими от этого.

4. Я считаю, что на форумах, таких как этот, публикации должны быть открытыми, которые имеют полезность и повторяемость другими людьми, полноценно раскрывающими конструкцию. Иначе это бесполезная, никому не нужная информация. Поэтому такие конструкции не должны участвовать в конкурсе.

1. Есть конкурс, Есть техническая наминация. Есть участники, есть изделия и кто чего сделал, тот того и показал. Есть люди, которые в личных беседах видели мои удачи и порожения в этой битве с наукой и техникой. Так что, мне надо выло сидеть и молчать как рыба об лед? Или делать чегото по проще? Я вообще то, я трудности люблю преодолевать и с красивыми девушками сплю только в ГАМАКЕ и СТОЯ.

2. Конечно да. А как же иначе. Только ПОНТЫ и ни чего другого! Как говорится ПОНТ двигатель ПРОГРЕССА.))) А ещё, я очень хочу ПОБЕДИТЬ, и главный приз в моём случае, был бы как раз к стати. Изолированая маска с фильтром, очень к стати сочитается с этим ПРИБОРОМ. Особенно она может продлить мне ЖИЗНЬ, так как порошки мелкие и не каждый респиратор с ними справляется.

3. Проект может стать и комерческим, но это уже решать не тебе, пока это ещё одна моя самодельная технология, которая мне обошлась в "ТРИ" копейки и которая будет меня кормить в любом городе РФ (ранее я ездил тудой со своим сварочником и прозивёл ФУРОР) , Как по твоему, я должен был ехать без него и работать на тяжёлой стройке, а не на лёгкой сварке.

4. Полное раскрытие конструкции, поможет только гОсподам ПОтДЕЛКИНЫМ, от которых будет больше вреда, чем пользы, а если один человек, не понимающий сразу в электронике, програмировании, схемотехнике, силовой электронике, в газо динамике и ещё порядка пяти отраслей НАУКИ и ТЕХНИКИ, то это просто без позезная информация для него. И по этому, тот кто не понимает , или точнее ПОНИМАЕТ так как ты, он НЕ ДОЛЖЕН ГОЛОСОВАТЬ ЗА МОЙ ПРОЕКТ. Чего и от тебе я желаю.

ps. Администрация. прошу проконтролировать голосование, и если этот товарищь отдаст за меня голос, я НАСТАИВАЮ его АНУЛИРОВАТЬ вопреки всем правилам конкурса.

Забыл добавить по п.4. А ещё попробуй поэксперементируй с КЕРАМИКОЙ, просто возьми и сделай (грубо скажем) барабан для РЕВОЛЬВЕРА из керамики, что бы он выдерживал и темпиратуру, и вибрации, ну и естественно без ПОСТОРОННЕЙ помощи, опираясь на интернет (в котором ни кто ни чего не расказывает) и собственной интуиции Так что, кактотак.

pps. Прости, что поставил тебе МИНУС, просто попробуй спустится на Землю, если не получается, попроси МОДЕРАТОРОВ (людей из мордера) сбить тебя на землю. МИНУС, это большёй Марсианский ПЛЮС, так что, не обижайся, с МИНУСАМИ не я был первый, а это чего то значит.

Часть 2 .Теория . Обработка металлических конструкций, газодинамическое (холодное ) напыление

Техобслуживание и ремонт немецких авто в СВАО: Audi, VW, Skoda, Seat, BMW, Mercedes-Benz и Volvo, Бесплатная диагностика ходовой части, подвески и тормозов ежедневно + 10% скидка на услуги сервиса!
Москва, Россия

Предисловие : На данном этапе проведения работ мне бы хотелось остановиться более подробно (прошу прощения, но будет много теории, ибо тут трудно иначе определить эффективность последующей обработки не зная о процессе ) поскольку автомобиль здесь служит больше посредником к раскрытию довольно интересного процесса по которому также существует масса не однозначных мнений, а меня в этом процессе интересовала возможность не столько антикоррозионного покрытия, сколько возможность восстановления самой поверхности при износе .
Небольшая историческая справка . Среди обширного класса методов нанесения покрытий и модификаций поверхности химических, электрохимических(гальванических), термохимических (цементация, азотирование и т.д.), физических (лазерная порошковая наплавка ) особое место занимают методы порошкового напыления (на данный момент наиболее распространенный вариант плазменное напыление ), но кроме первых двух методов любой из остальных методов предполагал, как основное условие -высокую температуру самого процесса .
Ранее предполагалось, что невозможно создать устойчивое к сдвиговым деформациям, малопористое и однородное покрытие без предварительного расплавления мелкодисперсных частиц перед подачей их в активную зону на подложку . Однако, как выяснилось -это условие оказалось совсем не обязательным )), в первые данный эффект был изучен нашими соотечественниками сибиряками (отделение РАН в г.Новосибирске ) при проведении экспериментов над механикой волн при сверхзвуковых скоростях двухфазного потока и воздействие их на предметы различной геометрической формы (исследование лопаток турбокомпрессоров ). Данное явление было обнаружено неожиданно, но учитывая перспективы не могло не захватить ученые умы . В чем же выражается перспективность такого метода, давайте разбираться . А, для начала, в качестве «противовеса» к сравниваемому методу мы возьмем из списка метод плазменного напыления и вспомним его свойства .
Хочу прежде всего выделить почему газотермические (в целом ) методы ремонта /модифицирования покрытия не столь распространены в ремонте ДВС и по-прежнему, ремонтные предприятия крайне неохотно берутся восстанавливать, например, шейки распределительных валов .
Напомню принцип -материал покрытия (порошок) нагревается и ускоряется в высокотемпературном газовом потоке и на подложку он попадает уже в расплавленном виде .Какие же недостатки имеются у такого метода ?

1. При движении порошка в таком потоке могут произойти значительные изменения его свойств (окисление, фазовые переходы, разложение )
2. Наличие самой высокотемпературной струи неминуемо приводит к локальному нагреву материала подложки (вспоминаем толщину шеек, стенок и переходов в ГБЦ современных ДВС ), что может привести к внутренним термическим напряжениям и микротрещинам в последствии .
3. Нельзя использовать мелкодисперсные порошки, обычно это частицы не менее 10 мкм, поскольку при уменьшении размеров частиц (а речь идет как понимаете о порошках не тугоплавких материалов ) они могут попросту испариться в струе .
4. Во многих случаях, наличие высоких температур не дает возможности использовать нанесение композиционных покрытий из механической смеси разных материалов .
И тут маленькое отступление для облегчения восприятия материала )) … Существует большое количество алюсиловых (никасиловых) блок- картеров (называть марки автомобилей не буду, Вы итак знаете -довольно распространенная конструкция ) в которых вместо применения, залитой описываемым сплавом стальной гильзы, используется (как раз с помощью плазменного напыления ) насыщение поверхностного слоя алюминиевого сплава(порядка 0,08 мм), например, кристаллами карбида кремния.
По идее конструкторов, такой поверхностный слой должен значительно снижать износ гильзы(воздействия излишков топлива или масляного голодания на такое покрытие я касаться не буду это тема отдельного разговора ) . Если брать практическое применение, то необходимо понимать, что такая поверхность не может быть восстановлена в условиях ремонтной мастерской, приходится после расточки гильзовать стальной /чугунной гильзой, а тут возникают вопросы к посадке ( термической напряженность), правильной геометрии (довольно тонкие стенки), правильном подборе поршневых колец, покрытия юбки поршня и т.д. и т.п.
Мысленно, пройдясь по пунктам, не трудно понять почему описываемый процесс получил «зеленый свет « и был внедрен производителями (речь идет о производителях отливок для ДВС в данном случае из которых хорошо известны два европейских флагмана отсюда и дублирование название в обозначении материала ) именно при работе с массивными блок -картерами . Но, стой же легкостью, приходит и ответ, а почему, собственно, говорят о таком высокотехнологичном ДВС — «одноразовый мотор» ))
Вывод, в целом, можно сделать очень простой — данные методы не эффективны в работе с малыми деталями или с деталями с малой толщиной переходных стенок . Скажу честно, устав в очередной раз,
искать ГБЦ из за шеек или менять очередной опорный кронштейн (VW), и ознакомившись с данным типом обработки () я был полон надежд … Однако, забегая вперед, завершилось это всего лишь антикоррозионной обработкой несущих деталей описываемого автомобиля, хотя я и встречал попытки его использования в качестве нанесения антифрикционного и износостойкого покрытия и горячего «пропагандирования « такого метода( активность которого в Ютубе, включая и создание собственных установок в противовес Димету и вызвало желание разобраться в вопросе более тщательно )) .
В процессе познания, изучил довольно весомый труд Клинкова, Алхимова с тов. с одноименным названием, а также разнообразные патенты доступные в сети, в попытках найти оправдание применения в ремонте ДВС выдержки из которых, опуская математические выкладки я и буду использовать далее ибо это не просто теория, но и практические исследования на результат которых, по моему мнению, и надо опираться . Я специально оставляю номера иллюстраций соответственно оригиналу . Перейдем непосредственно к процессу, итак .
Метод газодинамического напыления . Видимая простота и сложность применения .\

Надо сказать, что данный метод довольно давно поставлен на производственный поток (Обнинск, Димет -Зеленоград ), существуют аппараты для холодной порошковой обработки и выпускаются порошковые базы различных металлов или их смесей . В деле восстановления поверхностей различных наружных деталей (ручек, накладок, ободов, металлических деталей внешнего /внутреннего декора) -вещь просто незаменимая по эффективности трудозатрат, качества поверхности, и по достоинству оцененная любителями ретро техники, а также энтузиастов ее восстанавливающих . Но нас интересует ответы на конкретные вопросы . Каково качество слоя в противостоянии агрессивной среде ? Каким образом данный слой будет противостоять высоким сдвиговым деформациям при рабочих температурах ДВС ? Равномерность нанесения слоя в сложных геометрических формах? Возможно ли увеличение толщины слоя без потери прочностных и антикоррозионных свойств по отношению, скажем, к аналогичному слою созданным с помощью гальванопластики (где малая толщина слоя при высоких энергетических затратах -«ахиллесова пята « процесса ) ?
Кратко сам процесс в теории …

Важное значение имеет конструкция сопла аппарата, поскольку только при сверхвуковой скорости потока частиц возможен сам эффект напыления, при снижении скорости потока (или уменьшении концетрации частиц ) частицы свободно отражаются от подложки .( Тут интересная особенность в практическом применении, кстати, )) в виде налипания порошка внутри до критического сечения, после чего сопло .просто выбрасывается .)
При этом, поскольку не процесса не соударения друг о друга, происходит обычная эрозия (разрушение ) подложки . Как показали испытания показатели на отрыв (в МПа) такого покрытия, микротвердость были аналогичны покрытиям полученным при газотермическом напылении .

Поперечный разрез (шлиф) покрытия показывает малую пористость и хорошую однородность такого покрытия по всей толщине слоя. Кроме этого, даже в том случае если поверхность на которое наносится такое покрытие обрабатывается по высокому классу чистоты (10) все равно после процесса имеет высокую шероховатость, что говорит о физической деформации и эрозии тела, что безусловно положительно отражается на прочностных характеристиках такого покрытия (и прежде всего нас интересует сдвиговая деформация ). В реальных условиях вместе с процессом напыления идет и процесс эрозии, просто используя избыточное количество частиц это процесс практически не заметен .
Казалось бы идеальный метод восстановления металлических поверхностей и не надо тратить больших усилий ? Увы, не все так просто … ))
Одним из положительных моментов такого метода напыления является использование разных материалов образуя смесь частиц, но о каких частицах идет речь . Экспериментальным путем было определено, что хорошее покрытие образуют элементы с октогональной решеткой, а это прежде всего металлы которые имею низкий предел прочности, так сказать легко «разупрочняются « с ростом температуры, данные элементы также объединяет показатель низкой температуры плавления, это, например, такие элементы как медь, цинк, алюминий . Материалы имеющие железо, никель содержащие материалы, различие виды пластиков, а также тугоплавкие материалы не могут образовывать хорошее покрытие, очевидно кинетической энергии при «холодной» подачи частиц на подложку не хватает для их устойчивой повторной деформации, даже такой материал как бронза (т.е. сплав из легких металлов ) тоже не подходит для этого процесса . Расход частиц при использовании различных легирующих сплавов тоже значительно возрастает …

Если же брать материалы с тэтрагональной решеткой, то приходится признавать абсолютную невозможность образования покрытия из таких материалов этим методом .Иначе говоря, различные виды керамики, кремний, твердые минералы становятся исключением из данного процесса . Учитывая, что кремний, магний широко используется наряду с медью, в изготовлении сплава деталей ДВС (головка блока цилиндров ) становится невозможным подобрать идентичный состав .Другими словами напылить алюминий или медь, или даже смесь из них на поверхность детали можно, но обладать теми же качествами ( а следовательно и ресурсом ), что и прежняя поверхность (например пресловутые шейки распределительного вала ) она не будет . Хорошо, допустим, это временное решение, чего уж греха таить . Есть определенная категория водителей, которые с удовольствием напылили бы шейку алюминием, для кратковременного восстановления давления масла например, и продали бы машину)) . Однако есть другие факторы, вспомним, детали подшипников всегда образуют криволинейную поверхность с малым радиусом в поперечном сечении …
При исследовании эффективности метода во время изменения угла потока частиц было определено, что оптимальный угол образования покрытия -90 градусов, но важнее то, что начиная с 75 градусов угла напыления и далее появляется четко выраженная волнистая структура гребни которых расположены перпендикулярны к направлению движения частиц .При угле меньше 55 градусов покрытие уже не формируется, а наблюдается только эрозия частиц подложки , поскольку при углах 40 -70 градусов значительно вырастает коэффициент эрозии, возникает сильный вращающий момент при контакте частица –подложка .

Теперь нужно вспомнить, что согласно исследованиям наиболее эффективно процесс протекает при расстоянии 5-7 калибров от сопла до поверхности, а также то, что геометрические размеры такого сопла от критического сечения до среза (по длине) изменить нельзя (сверхзвук) .В итоге, мы получаем весьма значительные трудности в восстановлении таких поверхностей скольжения . Хорошо .Тогда получается, что хотя бы плоскость (например под различные фланцы охлаждения, корпусные крышки, термостаты ) восстановить можно ( а это не мало), а подшипники скольжения нет? Но, даже здесь не все просто … Тут уже вмешиваются характеристики «поровых» каналов в агрессивных средах .
Надо напомнить покрытие не однородно по своей сути, а представляет собой конгломерат постепенно уменьшающихся частиц относительно поверхности подложки .

Если толщина слоя при напылении материала не большая, то пористость, находится на приемлемом уровне, если же проводится напыление в несколько этапов (сильное разрушение, каверна, скол), то пористость дальнего от подложки слоя слишком велика . А это сказывается на коррозионной стойкости такого покрытия в целом . Среди материалов наиболее сильно противостоящих коррозии нужно выделить алюминий, но чистый алюминий без смесей .

Такая особенность для данного металла связана с явлением «самозалечиванием «, когда оксид алюминия обладая лучшими характеристиками плотно «запечатывает» поры покрытия . Любая другая смесь, (и в особенности смеси с довольно дешевым цинком ) обладают прямо противоположным свойством, когда разрушение от коррозии происходит в разы быстрее основного материала .Какой же можно сделать вывод ? Для применения в деталях ДВС данный метод мало применим, как бы не хотелось, покрытия с нужными свойствами получить не удастся . Но, в то же время, данный метод напыления не плохо себе покажет в работах с кузовными деталями с учетом последующей обработки поверхности лако-красочными материалами . Приблизительно так я и представлял процесс, который ожидался при обработке рамных компонентов Лэндровера, но в нем все таки проявился один особенный аспект который значительно убавил комфорт проведения самого процесса, но изменил физические характеристики самого слоя .))Но, об этом в следующий раз …

Вакуумное напыление «на коленке»

Вакуумное напыление (англ. physical vapor deposition, PVD; напыление конденсацией из паровой (газовой) фазы) — группа методов напыления покрытий (тонких плёнок) в вакууме, при которых покрытие получается путём прямой конденсации пара наносимого материала.

Различают следующие стадии вакуумного напыления:

Создание газа (пара) из частиц, составляющих напыление.
Транспорт пара к подложке.
Конденсация пара на подложке и формирование покрытия.

Испарение электронным лучом (англ. electron beam evaporation, electron beam physical vapor deposition, EBPVD).
Испарение лазерным лучом (англ. pulsed laser deposition, pulsed laser ablation).
Испарение вакуумной дугой (англ. cathodic arc deposition, Arc-PVD): материал испаряется в катодном пятне электрической дуги.
Эпитаксия молекулярным лучом (англ. molecular beam epitaxy).
Ионное распыление (англ. sputtering): Исходный материал распыляется бомбардировкой ионным потоком и поступает на подложку.
Магнетронное распыление (англ. magnetron sputtering) – в дальнейшем будем рассматривать именно его.
Напыление с ионным ассистированием (англ. ion beam assisted deposition, IBAD);
Ионно-лучевое напыление.
Сфокусированный ионный пучок.

Процесс используется для нанесения декоративных покрытий, например при производстве часов с позолотой и оправ для очков. Один из основных процессов микроэлектроники, где применяется для нанесения проводящих слоёв (металлизации). Вакуумное напыление используется для получения оптических покрытий: просветляющих, отражающих, фильтрующих.

Материалами для напыления служат мишени из различных материалов, металлов (титана, алюминия, вольфрама, молибдена, железа, никеля, меди, графита, хрома), их сплавов, соединений (SiO2,TiO2,Al2O3). В технологическую среду может быть добавлен химически активный газ, например, ацетилен (для покрытий, содержащих углерод); азот, кислород.

Химическая реакция на поверхности подложки активируется нагревом, либо ионизацией и диссоциацией газа той или иной формой газового разряда.

С помощью методов вакуумного напыления получают покрытия толщиной от нескольких ангстрем до нескольких десятков микрон, обычно после нанесения покрытия поверхность не требует дополнительной обработки.

Физическим вакуумом называется пространство, в котором отсутствуют частицы вещества, и установилось низшее энергетическое состояние. Однако в вакууме экспериментально обнаружены рождающиеся и тут же исчезающие виртуальные элементарные частицы, влияющие на протекающие физические процессы. В технике вакуумом называется состояние газа, при котором его давление ниже атмосферного. Количественной характеристикой вакуума служит абсолютное давление. Единицей измерения давления в системе СИ является 1 Па.

Когда говорят о вакууме с технической точки зрения, то речь идёт об использовании вакуума в широком диапазоне давлений – от атмосферного до 10 в минус 10 степени Па. Изменение давления на 15 порядков практически невозможно обеспечить при использовании лишь одного насоса, требуются комбинированные средства откачки, включающие в себя насосы различных типов и, следовательно, различные приборы для измерения давлений.

При большом различии в принципах действия и конструкциях, обусловленных многообразием требований к откачному оборудованию, во всех вакуумных насосах для откачки газа используют один из двух способов:

перемещение газа за счёт приложения к нему механических сил в некотором месте вакуумной системы, откуда газ выталкивается;
связывание газа путём сорбции, химических реакций или конденсации обычно в замкнутой вакуумной системе.

Рис. 1 Области действия вакуумных насосов (Источник картинки — №2, в списке источников, под этой статьёй)

В насосах объёмного типа откачка осуществляется за счёт периодического изменения объёма рабочей камеры.

Действие механических молекулярных насосов обусловлено переносом газа движущимися поверхностями твёрдого тела.

Сорбционные насосы осуществляют откачку газов за счёт их сорбции на поверхности или в объёме твёрдых тел.

Действие ионно-сорбционных насосов основано на удалении газов в виде ионов за счёт электрического поля и сорбции газов на охлаждённых поверхностях.

Криогенные насосы осуществляют откачку путём конденсации откачиваемых газов и паров на поверхностях, охлаждаёмых до сверхнизких (криогенных) температур. Разновидностями криогенных насосов являются конденсационные и криосорбционные насосы.

Но вернёмся к методу магнетронного распыления.
Магнетронное распыление — технология нанесения тонких плёнок на подложку с помощью катодного распыления мишени в плазме магнетронного разряда — диодного разряда в скрещённых полях. Технологические устройства, предназначенные для реализации этой технологии, называются магнетронными распылительными системами, или, сокращённо, магнетронами (не путать с вакуумными магнетронами — устройствами, предназначенными для генерации СВЧ-колебаний).

В свою очередь, магнетронным разрядом называют диодный газовый разряд в скрещённых полях (существует область пространства в разрядном объёме, где электрическое и магнитное поля ортогональны друг другу; силовые линии магнитного поля направлены поперёк линий тока):

Технологическое значение магнетронного распыления заключается в том, что бомбардирующие поверхность катода (мишени) ионы распыляют её. На этом эффекте основаны технологии магнетронного травления, а благодаря тому, что распылённое вещество мишени, осаждаясь на подложку, может формировать плотную плёнку наиболее широкое применение получило магнетронное напыление.

Несмотря на то что это всё может звучать для новичка достаточно непривычно и даже страшновато, тем не менее, реализация этого процесса является достаточно простой и доступной практически каждому.

Для освоения подобного процесса можно ознакомиться с рядом видео, где он показан на практике. Для электропитания установки, в основном используется эта или схожая схема, как на рисунке ниже. В ней, для простоты, удешевления и снижения силы тока — использованы обычные лампочки на 95 ватт:

Рис. 3 Простой вариант схемы питания магнетронного устройства (Источник картинки: youtube канал IRFC)

Если есть возможность применить ЛАТР, то схема будет выглядеть примерно так:

Рис. 4 Более универсальный вариант схемы питания магнетронного устройства (Источник картинки: youtube канал IRFC)

Метод позволяет любому энтузиасту прикоснуться к миру высоких технологий и получать достаточно удивительные результаты на дому, практически «на коленке», например, осуществлять хромирование — этот процесс может производиться, в частности, с помощью электрохимического способа, который заключается в использовании достаточно опасного реагента — хромового ангидрида, опасность которого заключается в его канцерогенных свойствах, и потребности сливания в канализацию достаточных количеств отработанной воды, что является явной проблемой, при коммерческом использовании, так как утилизация подобных отработанных вод будет стоить достаточно неплохих денег, если вообще удастся организовать этот процесс.

В отличие от электрохимического способа, магнетронное распыление очень интересно из-за отсутствия в процессе отработанных вод, потребности работы с канцерогенными химикатами.
На современных производствах таким способом хромируют даже достаточно крупные детали, среди которых можно перечислить такие, как: радиаторные решётки, автомобильные диски, другие крупногабаритные и малогабаритные детали:

Обработка «под золото» — ещё одно достаточно интересное применение. Оно заключается в нанесении нитрида титана, что позволяет придать изделиям износоустойчивость, а также красивый декоративный вид, «под золото»:

Рис. 5 Нанесение нитрида титана

Вообще, использование магнетронного распыления очень привлекательная технология, в целом ряде применений, и позволяет поистине раскрыть горизонты высоких технологий и науки для любого обычного обывателя, в частности, возможно прикоснуться к широко разрекламированному графену и поставить с ним ряд своих опытов, а может быть даже создать своё устройство, с применением данного материала!

Для магнетронного распыления графита и получения графена, достаточно в качестве катода использовать графит, а в качестве плазмообразующего газа — водород, который может быть легко получен с помощью электролитической установки, и подаваться непосредственно после генерации сразу в вакуумную камеру, после соответствующего осушения.

При создании плёнок вещества толщиной в микроны на рабочей поверхности, расход катода является достаточно незначительным (конкретные показатели найти не удалось, сужу по практическим опытам людей).

Это, в свою очередь, даёт нам возможность использовать в качестве катода достаточно интересные материалы, например, серебро. Это позволит нам наносить серебро тонким слоем на поверхность, например, тканей, что позволит проводить свои собственные работы в сфере бактерицидных материалов:

К слову сказать, для создания бактерицидных материалов не обязательно использовать серебро, во множестве применений бактерицидной направленности, нанесение медных покрытий является гораздо более предпочтительным, чем серебро, так как их бактерицидные свойства, в некоторых применениях, даже превосходят таковые у серебра! Например, несмотря на то, что со временем медные изделия покрываются некрасивыми окислами и разводами, изготовленные из неё дверные ручки или кухонная утварь, позволяют практически полностью уничтожать попадающие на их поверхности бактерии. В противовес этому, нержавеющая сталь не является бактерицидной, и прекрасно накапливает на себе толстые слои бактериальной плёнки (хотя, выглядит это всё красиво)!

Весьма любопытным применением магнетронного напыления является создание собственных катализаторов, для применения в разнообразных химических опытах (лично я прихожу просто в восторг от этого).

Например, мною было выявлено, что на одном известном китайском сайте, промышленной его версии (где продают станки, материалы, комплектующие и т.д.),- можно за достаточно небольшие деньги приобрести платиновую проволоку достаточной длины. Стоимость такого комплекта обойдётся в районе 3-4 тыс. руб. Далее, если использовать купленную проволоку в качестве катода, можно будет наносить платину на рабочую поверхность, что открывает просто широчайшие возможности по созданию разнообразных каталитических покрытий, при скромном расходе платины!

Некоторые энтузиасты, используя метод магнетронного распыления, умудряются даже создавать собственные самодельные полупроводниковые транзисторы!

И ещё одним любопытным применением (как уже было сказано выше) – является магнетронное травление.

Если поменять местами анод и катод (то есть, обрабатываемую заготовку крепить не на анод, а на катод) — то становится доступным ещё одно применение: магнетронное травление заготовки!

Подводя итог, можно сказать, что применение магнетронного распыления позволяет весьма плотно работать в сфере высоких технологий и проводить опыты, которые ранее казались вам совершенно нереальными и посильными только крупным лабораториям!

Однако, в массе своей, самодельные магнетронные устройства, широко представленные в сети, действуют без каких-либо измерительных систем (не включая, измерение напряжения и тока). Таким образом, видится целесообразным, добавление в конструкцию магнетронного устройства, как минимум, измерителя величины вакуума, — для большей прогнозируемости результата.

Для этого, можно было бы использовать следующие типы измерительных устройств:

▍ Тепловой вакуумметр.

Принцип действия термопарных вакуумметров основан на зависимости теплопроводности разреженных газов от молекулярной концентрации (или давления). Передача теплоты происходит от тонкой металлической нити к баллону, находящемуся при комнатной температуре.

Металлическая нить нагревается в вакууме путём пропускания электрического тока.

Из курса молекулярной физики известно, что в плотном газе (высокое давление) теплопроводность не зависит от давления.

При понижении давления уменьшается теплопроводность газа, соответственно, возрастает температура подогревателя и увеличивается термо-э.д.с. При низких давлениях, когда средняя длина свободно пробега молекул больше среднего расстояния между нагретым телом и
стенками вакуумметра, теплопроводность газа пропорциональна молекулярной концентрации (давлению).

Преобразователь (рис. 6) представляет собой стеклянный или металлический корпус, в котором на двух вводах смонтирован подогреватель, на двух других вводах крепится термопара, изготовленная из хромель-копеля или хромель-алюмеля. Термопара соединена с подогревателем, который нагревается током, его можно регулировать реостатом и измерять миллиамперметром. Спай термопары, нагреваемый подогревателем, является источником термо-э.д.с., значение которой показывает милливольтметр.

Рис. 6 Схема термопарного вакуумметра (Источник картинки — №2, в списке источников, под этой статьёй)

Точность измерения давления термопарным вакуумметром существенно зависит от правильного подбора тока накала подогревателя. Калибровка термопарной лампы (установка тока подогревателя), подбирается таким образом, чтобы стрелка милливольтметра точно совпадала с
последним делением шкалы. При этих условиях согласно градуировочной кривой термопарного манометрического преобразователя можно по показаниям милливольтметра определить давление в вакуумной системе.

▍ Электронный ионизационный вакуумметр

Принцип действия электронных преобразователей основан на ионизации газа электронами и измерении ионного тока, по величине которого судят о давлении.

Рис. 7 Схема ионизационного вакуумметра (Источник картинки — №2, в списке источников, под этой статьёй)

Ионизация молекул газа производится электронами, эмитируемыми термокатодом и ускоряемыми электрическим полем электрода, на который подаётся положительный потенциал относительно катода.

В стеклянном баллоне смонтирована трёхэлектродная система, состоящая из коллектора ионов, анодной сетки и прямонакального катода. На анодную сетку подаётся напряжение +200 В относительно катода, а на цилиндрический коллектор −50 В. Анодная сетка выполнена из вольфрамовой проволоки в виде спирали. При прогреве преобразователя и его обезгаживании по спирали пропускается ток 3А. Вольфрамовый катод преобразователя испускает электроны, которые ускоряются электронным полем и движутся к анодной сетке.

Часть электронов пролетает в пространство между анодной сеткой и коллектором. Так как коллектор имеет отрицательный потенциал относительно катода, электроны останавливаются и начинают движение обратно к анодной сетке. В результате у сетки колеблются электроны,
причём, прежде чем попасть на нее, электроны совершают в среднем 5 колебаний. При столкновении электронов с молекулами газа происходит ионизация молекул. Образовавшиеся положительные ионы, попадая на коллектор, создают в его цепи электрический ток. Как показывает опыт, при достаточно низких давлениях ионный ток коллектора прямо пропорционален давлению газа.

Таким образом, для измерения давления достаточно при заданном электронном токе измерить ионный ток и разделить на постоянную преобразователя.

Основные недостатки термоэлектронных ионизационных вакуумметров связаны с применением в манометрических преобразователях горячего катода, являющего источником электронов.

Горячий катод разрушается при резком повышении давления и имеет низкий срок службы при относительно высоких давлениях. Кроме того, наличие горячего катода ограничивает нижний предел измеряемых давлений.

▍ Магнитный электроразрядный вакуумметр

Одним из путей, позволяющим сдвинуть границу измерения в сторону более низких давлений, может быть увеличение чувствительности манометра. Для этого необходимо, чтобы электроны проходили в пространстве ионизации по возможности большие расстояния до момента их попадания на коллектор электронов. Тогда вероятность ионизации молекул газа этими электронами значительно возрастает, что приведёт к увеличению чувствительности манометра. Наиболее простым способом увеличения длины пути электронов в пространстве ионизации является использование магнитного поля, воздействующего на электроны.

Рассмотрим расположение электродов, предложенное Пеннингом. Принцип действия магнитных преобразователей основан на зависимости тока самостоятельного газового разряда в скрещенных магнитном и электрическом полях от давления. Электродные системы, обеспечивающие поддержание самостоятельного газового разряда при высоком и сверхвысоком вакууме, бывают нескольких видов.

Рис. 8 Схема магнитного электроразрядного вакуумметра (Источник картинки — №2, в списке источников, под этой статьёй)

Манометр имеет катод, которым является корпус 1, и анод в виде металлического кольца 2. Вдоль оси анода создаётся постоянным магнитом 3 магнитное поле с индукцией 0,05-0,2 Тл. Через балластный резистор на анод подаётся высокое положительное напряжение порядка 2,5-3 кВ.

Разряд поддерживается между анодом и катодами, соединёнными электрически и расположенными по обе стороны от анода. Равномерное магнитное поле, параллельное оси системы, препятствует немедленному уходу на анод электронов. Из-за большой длины пути электрона сильно повышается вероятность ионизации даже при низких давлениях газа.

Образующиеся в результате ионизации молекул электроны движутся, как и первичные электроны, тоже по спиральным траекториям и, в конце концов, после совершения актов ионизации попадают на анод. Вторичные электроны, выбиваемые из катода положительными ионами, также участвуют в поддержании разряда. Таким образом, благодаря магнитному полю и специальной конструкции электродов тлеющий разряд поддерживается даже тогда, когда средняя длина свободного пути электронов в газе во много раз превышает расстояние между анодом и катодом, что позволяет измерять низкие и сверхнизкие давления газа.

Данный вид вакуумметров позволяет измерять давления до 10 в минус 10 степени Па.

Недостатки: данные вакуумметры имеют меньшую точность измерения давления, нуждаются в периодической чистке.
Достоинства – простота конструкции и отсутствие горячего катода. Из-за этого вакуумметры могут быть включены при любом давлении.

Как сделать напыление на металл в домашних условиях

В строительных и производственных сферах все чаще применяются высокопрочные пластики. Они превосходят традиционные твердые материалы за счет своей небольшой массы, податливости в обработке и практичности. И все же металл сохраняется во многих отраслях как наиболее выгодный материал с точки зрения сочетания прочности, жесткости и долговечности. При этом далеко не всегда оправдывает себя использование цельной структуры.

Все чаще технологи применяют напыление металлов, которое позволяет наделить рабочую заготовку частью свойств наиболее подходящего в плане эксплуатации сплава.

Общие сведения о технологиях металлизации

Среди современных методов металлизации поверхностей чаще применяют гальваническое нанесение, а также погружение в расплавы. Традиционная технология также предусматривает вакуумную обработку напылением, которая имеет свои классификации в зависимости от используемых активных сред. Так или иначе, любое напыление металлов предусматривает обработку основы материала с целью получения тех или иных защитных качеств.

Это может быть формирование антикоррозийного слоя, восстановление утраченной структуры или же ремонт эксплуатационного износа.

При этом сама рабочая поверхность в большинстве случаев подвергается термической обработке. Перед нанесением металлических частиц она расплавляется горелками, индукторами или посредством воздействия низкотемпературной плазмы. Таким образом подготавливается основа с оптимальными физико-химическими качествами, на которой в дальнейшем производится напыление металлов в виде порошка.

Важно отметить, что в качестве основного материала может выступать тот же металл, стекло, пластики или некоторые породы древесины и камни.

Холодное газодинамическое напыление «БУРАТИНО»

1. В чем смысл такой публикации?
2. Да просто потешить свое тщеславие. Показать, что «я такой умный и крутой. Сделал, а другим не скажу как».
3. Если проект коммерческий, то пусть человек им деньги зарабатывает, а не хвастается перед людьми, далекими от этого.
4. Я считаю, что на форумах, таких как этот, публикации должны быть открытыми, которые имеют полезность и повторяемость другими людьми, полноценно раскрывающими конструкцию. Иначе это бесполезная, никому не нужная информация. Поэтому такие конструкции не должны участвовать в конкурсе.

2. Конечно да. А как же иначе. Только ПОНТЫ и ни чего другого! Как говорится ПОНТ двигатель ПРОГРЕССА.))) А ещё, я очень хочу ПОБЕДИТЬ, и главный приз в моём случае, был бы как раз к стати. Изолированая маска с фильтром, очень к стати сочитается с этим ПРИБОРОМ…. Особенно она может продлить мне ЖИЗНЬ, так как порошки мелкие и не каждый респиратор с ними справляется.

3. Проект может стать и комерческим, но это уже решать не тебе, пока это ещё одна моя самодельная технология, которая мне обошлась в «ТРИ» копейки и которая будет меня кормить в любом городе РФ (ранее я ездил тудой со своим сварочником и прозивёл ФУРОР) , Как по твоему, я должен был ехать без него и работать на тяжёлой стройке, а не на лёгкой сварке.

Метод химического хромирования

В качестве активного компонента для реализации такого напыления используют химические реагенты. Классический состав включает хлористый хром, натрий, уксусную кислоту, а также воду с раствором едкого натра. Процесс напыления выполняется при температуре порядка 80 °С.

Начинается работа с подготовки материала. Обычно хромирование используют для обработки металлических поверхностей, в частности стали. Чем покрасить декоративный камень из гипса в домашних условиях? Перед самой операцией материал подвергается первичному покрытию медным слоем.

Далее производится химическое хромирование посредством пескоструйного аппарата, подключенного к компрессорной установке. После завершения процедуры изделие моется в чистой воде и просушивается.

Анодирование различных типов металла

Анодирование металла может выполняться для разных типов материалов:

Технология анодирования

алюминия. Проводится довольно часто, для чего деталь опускают в кислую среду, и к ней подводится положительный источник тока;
титана. Часто используется в промышленности, но требует специальной обработки для повышения износостойкости и антикоррозийных качеств;
сталь. Используется щелочная или кислая среда, которая придает металлу отличные показатели прочности;
меди. Выполняется помещением деталей в кислую среду, через которую пропускается электрический ток.

Анодирование металлов

Метод газопламенной обработки

Если в предыдущей технологии предусматривается тщательная подготовка основы, которая должна подвергаться покрытию, то в данном случае особое внимание уделяется частицам металлизации. Современное газопламенное напыление может выполняться с помощью полимерного порошка, проволочного или шнурового материала. Данная масса направляется в пламя кислородно-пропановой или ацетиленокислородной горелки, в которой происходит расплавление и перенос на напыляемую основу сжатым воздухом.

Далее состав остывает, формируя готовое к применению покрытие.

При помощи данной методики можно наделять материалы антикоррозийной стойкостью и механической прочностью. Активным материалом можно обрабатывать алюминиевые, никелевые, цинковые, железные и медные сплавы. В частности, газопламенное напыление используют для повышения эксплуатационных качеств подшипников скольжения, изоляционных покрытий, электротехнических деталей и т. д. Кроме этого, технология используется в интерьерном и архитектурном дизайне для обеспечения конструкций декоративными свойствами.

Технология напыления металлов в домашних условиях

Метод вакуумного напыления

В этом случае речь идет о группе методов, которые предполагают формирование тонких пленок в вакууме при воздействии прямой конденсации пара. Технология реализуется разными путями, в том числе за счет термического воздействия, испарения электронными и лазерными лучами. Используется вакуумное напыление для повышения технических качеств деталей, оборудования и инструментов.

К примеру, такая обработка позволяет формировать специальные “рабочие” покрытия, которые могут повышать электропроводность, изолирующие свойства, износостойкость и защиту от коррозии.

Технология применяется и для создания декоративных покрытий. Чем быстро снять краску с дерева в домашних условиях? В данном случае техника может задействоваться в операциях, требующих высокой точности. Например, вакуумное напыление используют в изготовлении часов с позолоченным покрытием, для придания эстетичного вида оправам для очков и т. д.

Хромирование, никелирование и меднение в домашних условиях

В зависимости от требований, предъявляемых к покрываемым изделиям различают три вида гальванических покрытий – защитно-декоративные покрытия, применяемые для придания изделиям красивого внешнего вида и защиты их от коррозии, защитные покрытия (защита деталей от коррозии и воздействия агрессивной среды), функциональные покрытия, предназначенные для придания изделиям специальных свойств (электропроводности, паяемости, твердости и т. д.).

Теоретически процесс нанесения гальванического покрытия на металлическое изделие в домашних условиях представляет собой процесс электрохимического осаждения на поверхности покрываемого изделия ионов другого металла (хрома, меди, никеля и др.), т. е. в теории все как и в промышленной гальванике.

Содержание

Вопросы безопасности гальваники своими руками

Первым вопросом, который Вы должны решить, если решили заняться гальваникой в своем гараже или мастерской, это обеспечение безопасности. Требования техники безопасности в домашней гальванике примерно те же, что и в промышленной – для начала необходимо обеспечить место проведения работ качественной принудительной вентиляцией (в процессе нагрева электролиты могут выделять опасные для здоровья газообразные вещества). Наличие респиратора, защитных очков, резиновых перчаток и защитного фартука также необходимо. Все электрические приборы должны быть заземлены. Огнетушитель и аптечка должны быть легко доступны. В месте проведения гальванического процесса исключается прием пищи или воды.

Важно: Необходимо помнить, что процесс растворения веществ может сопровождаться выделением или поглощением тепла, что необходимо учитывать при приготовлении растворов электролитов. Например, при растворении концентрированной серной кислоты в воде выделяется большое количество тепла и резко повышается температура, что может сопровождаться вскипанием и разбрызгиванием капель жидкости. Растворяемый концентрированный раствор всегда льется в воду, а не наоборот.

Теоретические основы гальваники (гальваника это. )

Применяемое оборудование

Чаще всего для напыления используются аппараты, снабженные сверхзвуковым соплом. Также применяется небольшой по размерам электрический нагреватель, работающий на подачу сжатого воздуха. Особенностью последней модели является возможность доведения температуры до 600 °С. До недавнего времени применение стандартных устройств, напоминающих по принципу действия пневматические пистолеты, осложнялось тем, что частицы изнашивали насадки инструмента.

Современное оборудование, благодаря которому осуществляется напыление металлов, использует принцип пульверизатора. Это значит, что в момент прохождения рабочей газовой среды по каналу подачи струи скорость потока увеличивается по мере сужения трубы. Вместе с этим падает и статическое давление.

Такой принцип работы сокращает износы и увеличивает рабочий срок аппаратов.

Что представляет собой анодированная металлическая поверхность

Под анодированием металла подразумевают процесс его обработки, для осуществления которого используют электролит и электрический ток определенной величины. В результате на поверхности изделий получают высокопрочную оксидную пленку. Она существенно повышает срок службы изделий, устойчивость к коррозии, обеспечивает отсутствие полос и царапин.

Прочностные и механические свойства материала также существенно изменяются, что зависит от состава металла и других характеристик:

особенностей применяемого электролита;
свойств катода;
характеристик анода.

Особенностью анодного окисления считается то, что в результате его выполнения на поверхность металла не наносится никаких веществ. Защитная пленка образуется в результате преобразования самого материала при протекании соответствующих реакций.

Как происходит процесс анодирования?

Вся процедура состоит из трех этапов работы: подготовки металла, его химической обработки и закреплении покрытия на поверхности. Предлагаем подробнее рассмотреть каждую из указанных фаз на примере обработки такого материала как алюминий:

Подготовительный этап. Профиль из металла очищается механическим путем, после чего шлифуется и обезжиривается. Сделать это необходимо для того, чтоб покрытие крепко зафиксировалось на основе. Далее в действие вступает применение щелочей. Деталь помещают в раствор на некоторое время для травления, после чего перекладывают в кислотную жидкость, где алюминий осветляется. Завершающей стадией анодной подготовки является полная промывка деталей от остатков щелочи и кислоты.
Химическая реакция. Заготовленное изделие кладут в электролит. Он представляет собой раствор из кислоты, к которому подключено воздействие тока. Анодируемый материал чаще всего обрабатывают с помощью серной кислоты, а для достижения расцветки применяют щавелевый ее аналог. Успешный результат достигается при правильных показателях температуры и плотности тока. Твердое анодирование предполагает использование низких температур, если же цель – получить мягкую и пористую пленку – показатели повышают.
Этап фиксирования покрытия. Полученные алюминиевые детали с образовавшейся на них пленкой имеют пористый вид, поэтому их необходимо упрочнить. Для этого применяется несколько методов: окунание изделия в горячую воду, обработка паром или холодным раствором.

При дальнейшей цветной окраске изделия нет необходимости производить закрепление анодирования. Существующие лакокрасочные материалы отлично ложатся на пористую поверхность, образуя прекрасное сцепление с ней.

Стоит отметить, что таким анодированием покрывают металлы на промышленных предприятиях. Особо прочный тип покрытия реально получить при твердом типе процедуры. Данный материал применяется в автопроизводстве, строении самолетов и строительстве.

Читайте также: