Способ получения медного покрытия на керамической поверхности газодинамическим напылением


 


Владельцы патента RU 2506345:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. А.С. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к способу получения адгезионно-прочных медных покрытий на керамической поверхности с использованием газодинамического напыления. Проводят предварительное напыление подслоя из оксида меди (1) с последующим напылением медного покрытия и термическую обработку покрытия. Напыление материала подслоя и медного покрытия ведут при давлении воздуха в качестве рабочего газа в интервале 0,5-1,0 МПа, причем для подслоя при температуре в пределах 500-600°С, для медного покрытия - в пределах 300-400°С, а термическую обработку медного покрытия проводят в интервале температур 1065-1070°С в течение 1,0-3,0 часов. Обеспечивается получение медных покрытий, имеющих прочность на отрыв не ниже 50 МПа. 1 пр.

 

Изобретение относится к способу получения адгезионно-прочных медных покрытий на поверхности оксида алюминия с использованием газодинамического напыления. Способ может быть использован для медной металлизации керамических подложек.

Известен способ нанесения металлических покрытий на крупноразмерные подложки в вакууме (патент RU №2062818, МПК 6 С23С 14/34, С03С 17/06), которые используется для радиочастотного и оптического диапазона. По этому способу напыление осуществляется в вакуумной камере с использованием источника металлической плазмы. Этот способ не позволяет формировать покрытия на деталях, имеющих размеры более чем габариты вакуумной камеры, имеет низкую производительность и сложен в автоматизации процесса.

Известен способ нанесения покрытий плазменным напылением (Кудинов В.В., Иванов В.И. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. - М.: Машиностроение, 1981. - с.159-165). По этому способу материал покрытия в виде порошка либо проволоки вводится в высокотемпературную плазменную струю, где он интенсивно нагревается, плавится, распыляется и при взаимодействии с поверхностью обрабатываемой детали образует покрытие.

Основными недостатками являются температурные напряжения в покрытии и подложке, приводящие к температурным поводкам и искажению профиля, а также невозможность использовать высокодисперсные наноструктурные композиты, интенсивное взаимодействие частиц с окружающей средой, приводящее к окислению и испарению высокодисперсных порошков.

Известен способ нанесения медного покрытия с использованием газодинамического напыления меди на поверхность из оксида алюминия (Kerstin-Raffaela Donner, Frank Gaertner, and Thomas Klassen "Metallization of Thin A1203 Layers in Power Electronics Using Cold Gas Spraying" Journal of Thermal Spray Technology 2011, Volume 20, Numbers 1-2, Pages 299-306). Согласно этому способу напыление меди проводят в струе азота при давлении 3,0 МПа и температуре 600°С. В качестве подслоя на поверхность оксида алюминия напылялся алюминий газодинамическим способом при температуре 420°С и давлении азота 3,5 МПа. Для увеличения адгезии медного покрытия использовали нагрев подложек в процессе напыления при температуре 280°С.

Основным недостатком указанного способа является повышенные температуры напыления меди 600°С, что приводит к частичному окислению меди за счет кислорода, находящегося в азоте в качестве примеси, а также высокие значения давления азота, что усложняет приборное оформление способа напыления.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения медных покрытий (В. Wielage, Т. Grund, С. Rupprecht, S. Kuemmel «New method for producing power electronic circuit boards by cold-gas spraying and investigation of adhesion mechanisms» Surface & Coatings Technology 205 (2010) p.1115-1118), в котором процесс газодинамического напыления подслоя алюминия и слоя меди проводят при давлении азота 2,8 МПа и температуре азота 300°С. Последующая термическая обработка подложек проводилась при 300°С в азоте в течение 10 час., что обеспечивало среднее усилие на отрыв (адгезию) медного покрытия равное 15±3 МПа.

Данный способ не позволяет получить прочность на отрыв (адгезию) медных покрытий больше, чем 20 МПа, что делает этот способ невостребованным в технологии для медной металлизации керамических покрытий, для которой требуется прочность на отрыв не хуже 50МПа. Использование азота в качестве рабочего газа не позволяет снизить затраты на производство медных покрытий по сравнению с использованием воздуха в качестве рабочего газа.

Предлагаемым изобретением решается задача создания способа, обеспечивающего получение медных покрытий газодинамическим напылением с использованием воздуха в качестве рабочего газа, для которых прочность на отрыв (адгезия) не хуже 50 МПа.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения медного покрытия газодинамическим напылением предварительно напыляется подслой оксида меди(I), при этом в качестве рабочего газа используется воздух. Повышенные значения адгезии медного покрытия достигается термообработкой в инертном газе.

Для получения заявляемого технического результата в предлагаемом способе напыления медных покрытий, включающем напыление подслоя материала на поверхность оксида алюминия и обеспечивающего адгезию медного покрытия к поверхности оксида алюминия, используется предварительное напыление подслоя из материала, отличного от алюминия. Новым является то, что в качестве подслоя используется оксид меди(I), который напыляется в интервале давлений 0,5-1,0 МПа в интервале температур 500-600°С. Для получения адгезии более 50 МПа используют термообработку медного покрытия в инертной атмосфере в интервале температур 1065-1070°С. Увеличение прочности на отрыв (адгезии) медного покрытия за счет термообработки в инертном газе в интервале температур 1065-1070°С обусловлено образованием эвтектического расплава в системе Cu-Cu2O при температуре 1064°С.

Указанные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники и, следовательно, решение является новым и имеет изобретательский уровень. Пример.

Навеску оксида меди(I) 5 г помещают в дозатор известного устройства и проводят известным способом (патент RU №2399695 МПК 6 С23С 24/04, В05В 7/14) газодинамическое напыление материала на поверхность из оксида алюминия при давлении воздуха в пределах 0,5-1,0 МПа и нагретого до температуры в пределах 500-600°С. В результате получают равномерное покрытие оксида меди(I) на поверхности оксида алюминия с толщиной в пределах 5-10 мкм. Далее в дозатор помещают навеску меди 5 г и в таком же режиме напыляют медь поверх напыленного оксида меди(I) при давление воздуха в пределах 0,5-1,0 МПа и температуры воздуха в пределах 300-400°С. В результате процесса напыления получают равномерное медное покрытие на поверхности оксида меди(1) с толщиной в пределах до 400 мкм.

Далее проводят термическую обработку медного покрытия в инертной атмосфере при температуре в пределах 1065-1070°С в течение 1-3 часов. В результате термообработки медное покрытие обладает прочностью на отрыв не хуже 50 МПа. Таким образом, в условиях заявленного способа можно получить медное покрытие на поверхности оксида алюминия, для которого прочность на отрыв (адгезия) в 4 раза больше по сравнению с прототипом. Измерение прочности на отрыв (адгезии) медных покрытий проводили на отрывной машине Zwick/Roell 005 методом нормального отрыва по ГОСТ 28089.

Источники информации:

1. Патент RU №2062818, МПК 6 С23С 14/34, С03С 17/06

2. Кудинов В.В., Иванов В.И. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. - М.: Машиностроение, 1981. - с.159-165;

3. Kerstin-Raffaela Donner, Frank Gaertner, and Thomas Klassen "Metallization of Thin A1203 Layers in Power Electronics Using Cold Gas Spraying" Journal of Thermal Spray Technology 2011, Volume 20, Numbers 1-2, Pages 299-306;

4. В. Wielage, T. Grund, С. Rupprecht, S. Kuemmel «New method for producing power electronic circuit boards by cold-gas spraying and investigation of adhesion mechanisms» Surface & Coatings Technology 205 (2010) p.1115-1118 - прототип;

5. Патент RU №2399695, МПК 6 С23С 24/04, В05В 7/14

Способ получения медного покрытия на керамической поверхности газодинамическим напылением, включающий предварительное напыление материала подслоя с последующим напылением медного покрытия и термическую обработку покрытия, отличающийся тем, что в качестве материала подслоя используют оксид меди(I), при этом напыление материала подслоя и медного покрытия ведут при давлении воздуха в качестве рабочего газа в интервале 0,5-1,0 МПа, причем для подслоя при температуре в пределах 500-600°С, для медного покрытия - в пределах 300-400°С, а термическую обработку медного покрытия ведут в интервале температур 1065-1070°С в течение 1,0-3,0 ч.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий, а именно покрытий из нитрида титана, и может быть использовано в металлообработке. Способ включает очистку поверхности пескоструйной обработкой и нанесения покрытия детонационным методом.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к детонационному напылению. Может использоваться для разгона и нагрева порошков при нанесения покрытий.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к нанесению детонационных покрытий на поверхности деталей машин. Технический результат - повышение равномерности толщины получаемого покрытия.

Изобретение относится к медицине, а именно к челюстно-лицевой хирургии и травматологии, и может быть использовано для формирования антимикробного покрытия при изготовлении внутритканевых эндопротезов на титановой основе.
Изобретение относится к области получения на деталях наплавкой износостойких покрытий из порошковых материалов и может найти применение для изделий судостроения, авиационной промышленности, теплоэнергетического машиностроения, нефтегазодобывающей, металлургической и химической промышленности.
Изобретение относится к технологии нанесения металлических композиционных материалов плазменным напылением с использованием выносной электрической дугой пульсирующей мощности и может найти использование для изготовления или восстановления изношенных деталей, работающих в условиях повышенного износа и высоких контактных нагрузок в судостроительной промышленности, энергетике, прецизионном машино- и приборостроении.
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для защиты теплонагруженных узлов и элементов конструкции двигательных установок от теплового и эрозионного разрушения в струе высокотемпературных продуктов сгорания топлива, содержащих, в частности, конденсированную фазу, путем плазменного напыления эрозионностойких теплозащитных покрытий.

Изобретение относится к области нанесения покрытий, а именно к электровзрывному напылению композиционных покрытий системы Al-TiB2 на алюминиевые поверхности. Технический результат - повышение износостойкости и микротвердости покрытия, увеличение его адгезии к основе.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при упрочнении абразивных кругов, работающих на повышенных скоростях, или при силовом шлифовании.

Изобретение относится к технологии нанесения защитно-декоративных покрытий. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технике вакуумно-плазменного напыления путем нанесения металлосодержащих покрытий на изделия из твердых сплавов.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу изготовления колодок подпятника и подшипника скольжения. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к твердосплавным композициям. .

Изобретение относится к блоку цилиндров двигателя. .
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к электродуговым способам нанесения покрытий на поверхности изделий с использованием металлических проволок, в частности, ремонтном производстве при восстановлении формы и размеров деталей.

Изобретение относится к реагирующему с водой алюминиевому композитному материалу, реагирующей с водой алюминиевой пленке, способу получения данной алюминиевой пленки и составляющему элементу для пленкообразующей камеры.

Изобретение относится к реагирующему с водой алюминиевому композитному материалу, реагирующей с водой алюминиевой пленке и способу получения данной алюминиевой пленки.

Изобретение относится к способу получения реагирующей с водой алюминиевой пленки и составляющего элемента для пленкообразующей камеры, который покрыт этой алюминиевой пленкой.

Изобретение относится к реагирующему с водой Al композитному материалу, к реагирующей с водой Al пленке, к способу получения данной Al пленки и составляющему элементу из реагирующей с водой Al пленки на основе пленкообразующей камеры для получения пленки из драгоценных или редких металлов.

Изобретение относится к получению Аl пленки из реагирующего с водой Аl композитного материала, наносимой на детали пленкообразующей камеры устройств образования пленок.

Изобретение относится к устройству газодинамического нанесения покрытий на внешние цилиндрические поверхности изделий и может быть использовано в машиностроении и других областях хозяйства.
Наверх