Nowy system generacji plazmy na powierzchniach cylindrycznych

• Autorzy: Betiuk M. , Łataś Z.

Warianty tytułu

EN

New system for plasma generation on cylindrical surface

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Celem publikacji, opartej na zgłoszeniu patentowym IMP, jest przedstawienie badań nad magnetronem cylindrycznym do modyfikacji powłokami PVD wewnętrznych powierzchni rur i cylindrów. Opisano typy magnetronów cylindrycznych i pierwsze badania w kraju. Wykazano wdrożenia w obszarze wojskowym USA eliminujące technologie chromu galwanicznego. Na przykładzie powłok Cr i Cr/Ta otrzymywanych technologią PVD wskazano kierunek nowych kompozycji materiałowych. Wyniki badań własnych [16,18] wskazują zasadę działania i kontroli zbudowanego w IMP laboratoryjnego prototypu magnetronu. Obejmują one optymalizacje konstrukcji magnetronu z uwzględnieniem wielkości i geometrii stosowanego pola magnetycznego, parametry prądowe magnetronowego wyładowania jarzeniowego, skład atmosfery reaktywnej metaliczno–gazowej, w korelacji z rejestrowanym i analizowanym emisyjnym widmem plazmy. Wykazano istnienie ograniczeń geometrycznych średnicy magnetronu. Optymalizacja geometrii i wielkości pola magnetycznego magnetronu pozwoliła uzyskać dodatkowe obszary plazmy na powierzchni rozpylanej katody w mechanizmie dodatniego sprzężenia magnetycznego. Efektywność wykorzystania materiału katody wzrasta do 95 % w wyniku zastosowania oscylacyjnego ruchu pola magnetycznego. Zaproponowany sposób próżniowego napylania powłok metodą magnetronową znajduje zastosowanie w dużych przestrzeniach zamkniętych i otwartych np. rur do wymienników ciepła, powierzchni wewnętrznych cylindrów silników spalinowych, luf strzeleckich.

EN

The aim of the paper, that is based on the patent application of the Institute of Fine Mechanics (IFM), is the presentation of research work on cylindrical magnetron for modification of internal surfaces of pipes and cylinders by PVD coatings. The paper includes description of types of cylindrical magnetrons and the first research work results in the country. Some military implementations in the US which eliminate the chromium galvanic plating technologies are shown. Developing trend of new material compositions obtained by PVD technology is shown on the example of Cr and Cr/Ta coatings. The results of own work [16,18] point out the principle of operation and control for the laboratory magnetron prototype built in the IFM. They include the optimisation of magnetron design regarding the intensity and geometry of used magnetic field, electric current characteristics of magnetron fluorescence discharge, composition of reactive metallic-gaseous atmosphere, in correlation with the recorded and analysed spectrum emitted by plasma. The existence of geometrical restrictions of magnetron diameter is presented. The optimisation of the geometry and the magnetron magnetic field has led to formation of additional zones of plasma on the surface of sputtered cathode through the positive magnetic coupling mechanism. The effectiveness of using cathode material increases to 95 % in the result of application of magnetic field oscillating movement. The proposed method of vacuum magnetron sputtering coating is suitable for large closed and open areas e.g. for pipes of heat exchangers, internal surfaces of combustion motor cylinders and barrels of small arms.

Słowa kluczowe

PL

magnetron; plazma; rura; lufa

EN

magnetron; plasma; tube; barrel

• Wydawca: Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia
• Czasopismo: Problemy Techniki Uzbrojenia
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 44, z. 136
• Strony: 41--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Betiuk M.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej (IMP)

autor

Łataś Z.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej (IMP)

Bibliografia

• [1] Łataś Z., Michalski J., Tacikowski J., Betiuk M., Azotowanie regulowane luf broni strz-leckiej, Inżynieria powierzchni, Nr. 1, s. 26-33 , Warszawa, 2013.
• [2] Johnston I. A., Understanding and Predicting Gun Barrel Erosion Weapons Systems Division Defence Science and Technology Organisation, Australia, 2005.
• [3] Vigilante G.N, Mulligan Ch.P., Cylindrical magnetron sputtering (CMS) of coatings for wear life extension in large caliber cannons. Technical report ARAEW-TR-06013, 2005.
• [4] Bunshah R.F, &, Thornton J.A., Deposition technologies for films and coatings developments and applications, New Jersey USA ISBIN -0-8155-0906-5.
• [5] Nadel S.J., Greene P., Rietzel J., Perata M., Malaszewski L., Hill R. “Advanced generation of rotatable magnetron technology for high performance reactive sputtering”. Thin solid films. Volume 502, s. 15-21, 2006.
• [6] http://www.DRAFT.ugent.be - Leroy W. P., Mahieu S., Gryse R. De, Depla D. In search for the limits of rotating cylindrical magnetron sputtering. 02.02.2015.
• [7] Loffler F., Siewert C. Homogeneous coatings inside cylinders”, Surf. Coat .Technol. 177-178, s. 355 , 2004.
• [8] Miernik K., Zastosowanie magnetronu liniowego do osadzania powłok, Nowoczesne technologie inżynierii powierzchni, I ogólnopolska konferencja Naukowa, Łódź 94, s. 211-214, Łódź 1994.
• [9] Miernik K., Działanie i budowa magnetycznych urządzeń rozpylających, ITE Radom 1997, ISBN 83-86148-38-X
• [10] J. Langner, et al., 5th Int. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, s. 399-401, Tomsk, Russia, 2000.
• [11] Lanza G,. Bermudez J., Frigo A., Padamsee H., Palmieri V., Tonini D. New magnetron configurations for sputtered Nb on to Cu Physica C: Superconductivity, Volume 441, Issues 1–2, s 102–107, 2006.
• [12] Posadowski W., Nowoczesne układy magnetronowe do próżniowego nanoszenia cienkich warstw, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001.
• [13] Walkowicz J.: Fizykochemiczna struktura plazmy a skład chemiczny i fazowy warstw wytwarzanych technikami plazmowej inżynierii powierzchni, ITeE - Radom 2003.
• [14] Michalski A., Fizykochemiczne podstawy otrzymywania powłok z fazy gazowej, WPW Warszawa 2000.
• [15] Marszałek K., Leja E., VI Konferencja Naukowa, Badania charakterystyk przemysłowego magnetronu liniowego o mocy 50 kW, Technologia Elektronowa t. 2, s. 384-387, 1997.
• [16] Betiuk M., Powłoki CrN na wewnętrznych powierzchniach rur i cylindrów, Inżynieria materiałowa nr.6 s.631-634, 2013.
• [17] Nadtoka, VM, Pankow, RV, Stradomski Z., Deyneko, l. M., Lytvynenko, O. Próżniowo-łukowego powłoki chromu dla ochrony lufy, tom 80, nr 5, s. 355-361, 2013.
• [18] Betiuk M., "Cylindrical Magnetron with Dynamic Magnetic Field", Solid State Phenomena, Vol. 237, s. 61-67, 2015.
• [19] Posadowski W., Wiatrowski A., Tadaszak K., Kudzia J.: Magnetronowe rozpylanie: technika i technologia Elektronika: konstrukcje, technologie, zastosowania , Vol. 53, nr 2, 37-39, 2012.

Uwagi

PL

Tekst artykułu w j. polskim i angielskim.