Напилення

НАПИ́ЛЕННЯ — процес нанесе­н­ня шару речовини в дис­персному стані на поверх­ню виробу. Технологія Н. пере­важно складається зі створе­н­ня потоку речовини, пере­несе­н­ня його на поверх­ню виробу (під­кладку) й осадже­н­ня, конденсації парів і формува­н­ня плівки. Н. за­стосовують здебільшого з метою на­да­н­ня поверх­ні виробу хім., фіз., мех. та ін. властивостей, від­мін­них від властивостей поверх­ні, зокрема й для захисту виробів від корозії, ерозії, для під­вище­н­ня контакт. електр. провід­ності, а також декорува­н­ня. За допомогою Н. отримують тонкі плівки. Н. лакофарб. покри­т­тя виконують стисненим газом (повітрям тощо). Для Н. металів, сплавів (металізації) та ін. матеріалів використовують термічні, детонац., хім., іонні, полумʼяно-стру­меневі та ін. методи створе­н­ня й спрямува­н­ня потоку молекул газової фази. Термічне Н. у вакуумі ґрунтується на випаровуван­ні шляхом на­гріва­н­ня — бомбардува­н­ня твердої або рідкої речовини окремими атомами, іонами або молекулами та пере­ходу їх в газову фазу. Найпоширеніші види Н.: резистивне, електрон­но-променеве, лазерне, магнетрон­не, високочастотне, у тліючому роз­ряді. Хім. методи Н. ґрунтуються на створен­ні середовища одного, декількох зʼ­єд­нань або ре­агентів, які містять компоненти матеріалу, що осаджуються. У результаті хім. реакцій на під­кладці утворюється твердий конденсат. Активація реакцій може здійснюватися різними методами: теплом, високочастот. полем, світловим або рентґенів. опроміне­н­ням, електр. дугою, електрон. або іон­ним бомбардува­н­ням, каталітич. дією поверх­ні під­кладки. При газотерміч., плазмово-струменевому та полумʼяному Н. речовину наносять робочим газом від­повід. пальниками. При детонац. методах Н. велику частину речовини роз­бризкують у ви­гляді тонко диспергованих крапель туману при імпульс., електр., бензин., ацетилен., порох. вибухах. Деякі технології Н. ві­домі з найдавніших часів. Покри­т­тя терміч. Н. золота та срібла за­стосовували для прикрас. При цьому роз­плавлений у тиглі метал виливали над виробом і роз­прискували струменем повітря. У період Середньовіч­чя технологію позолоче­н­ня від майстрів Арабського Сходу запозичено в Європу, зокрема в Італію та Францію. У 2-й пол. 1840-х рр. британ. дослідник В.-Е. Стейт роз­робив низку технологій нанесе­н­ня на вугіл. електроди металів шляхом випаровува­н­ня за допомогою дуги й іскри. На­прикінці 19 ст. набуло пошире­н­ня Н. при роз­плавлен­ні теплом згоря­н­ня газів. На поч. 20 ст. швейцар. дослідник М.-У. Шооп вина­йшов технологію газотерміч. Н. У 1930-х рр. почався період електр. техніки покрит­тів: створ. пром. електродугові та високочастотні напилювал. апарати, виконано антикороз. покри­т­тя метал. конструк­цій обладна­н­ня металург. та хім. вироб-в. Н. алюмінію покращують жаро­­стійкість ковшів, електротиглів та ін. Газоплазм. й електродугове Н. від­носно недорогі, їх за­стосовують для ремонтува­н­ня і покри­т­тя зношених від тертя валів та ін. деталей.

1960 у Харків. фіз.-тех. ін­ституті АН УРСР почали роз­робляти технологію Н. зміцнювал. і захис. покрит­тів вакуумно-дуговим методом. Досить часто у промисловості за­стосовують установки катодно-дугових джерел плазми «Булат» (Л. Саблєв та ін.). За допомогою катодно-дугового та магнетрон. Н. синтезують нітрид титану на поверх­ні виробів, унаслідок чого утворюється покри­т­тя з високими короз. стійкістю та мех. міцністю. Цю технологію використовують для виготовле­н­ня пластин роз­міром до 3 м², різал. інструментів, обʼєм. прикрас і зубних протезів жовтого кольору, для декор. покри­т­тя «під золото», з різними від­тінками, залежно від спів­від­ноше­н­ня металу й азоту в зʼ­єд­нан­ні, в мікро­електроніці для створе­н­ня дифуз. барʼє­ра спільно з мідною металізацією, для осадже­н­ня алмазоподіб. вуглец. плівок, синтезу надтвердих і нанокомпозит. покрит­тів. Методом вакуум. Н. наносять метали (Al, Au, Cu, Cr, Ni, V, Ti та ін.), сплави (напр., NiCr, CrNiSi), хім. сполуки (силіциди, оксиди, бориди, карбіди та ін.), стекла (I₂О₃∙В₂О₃∙SiO₂∙Аl₂О₃∙СаО, Та₂О∙В₂О₃∙I₂О₃∙GeO₂), кермети. 1971–74 в Ін­ституті електрозварюва­н­ня АН УРСР (Київ) досліджено процеси вакуум. електрон­но-променевого Н. тугоплав. оксидів, карбідів і боридів, роз­роблено жаро­стійкі покри­т­тя, створ. апаратуру й отримано композитні матеріали (Б. Патон, Б. Мовчан). 1978–83 роз­роблено технології електрон­но-променевого парофаз. Н. пористих металокерам. матеріалів із широкою гамою фіз.-хім. властивостей, мік­рошар. композиц. матеріалів типу метал–метал або метал–окисел з товщиною шару бл. 1 мкм (Б. Патон, Б. Мовчан), 1988 — технологію електрон­но-променевого Н. захис. нікелевих покрит­тів на сталеві стрічки для корпусів хім. джерел струму (А. Демчишин). Вакуумне Н. використовують у планар. технології напів­провід­ник. мікросхем, для виготовле­н­ня тонкоплівк. гібрид. схем, виробів пʼєзотехніки, акусто­електроніки, металізації поверх­ні пластмас. і скляних виробів, тонува­н­ня автомобіл. скла. 1978 у Харків. фіз.-тех. ін­ституті АН УРСР роз­роблено атомно-іонне роз­пиле­н­ня, що включає стадії електрон­но-променевого випаровува­н­ня матеріалів, іонізацію пари, конденсації їх в плазм. стані на поверх­ні під­кладки (В. Зелінський, Г. Карамазов, В. Па­влов та ін.). 1991 в Ін­ституті електрозварюва­н­ня АН УРСР роз­роблено електрон­но-променеву технологію синтезу товстих (10–500 мкм) над­провід. плівок системи Y–Ba–Cu–O шляхом випаровува­н­ня вихід. кераміки з одного джерела (Б. Мовчан, М. Греча­нюк, В. Грабин, С. Литвин); 2001 — процеси покри­т­тя з квазікри­сталіч. структурою (А. Устинов, В. Чаплюк, Т. Мельниченко, С. Поліщук та ін.), що збільшили термін служби прес-форм і штампів, до­зволили уникнути холод. зварюва­н­ня деталей вузлів тертя, що працюють в умовах вакууму. 1968–78 у Фіз.-мех. ін­ституті АН УРСР (Львів; В. Похмурський) та Ін­ституті про­блем матеріало­знавства АН УРСР (Київ; Г. Самсонов) створ. технології високоефектив. дифуз. Н. для екс­плуатації кон­струкцій атом. електро­станцій в актив. зоні реактора за під­вищених т-р. В Ін­ституті електрозварюва­н­ня НАНУ роз­роблено електрон­но-променеві гібридні технології Н. неорган. речовин і дис­крет. метал. нанорозмір. (10–50 нанометрів) часток металів (Ag, Cu, Fe, Pd та ін.) на поверх­ні орган. і неорган. порошків та гранул з метою роз­шире­н­ня їх функціонал. властивостей та спектра викори­ста­н­ня (медицина, екологія, приладобудува­н­ня, харч. домішки тощо). Створ. електрон­но-променеве Н. термобарʼєр. покрит­тів для захисту лопаток газотурбін. двигунів. За допомогою технології електрон­но-променевого Н. отримують металічні та металокерам. мікро- та наношаруваті фольги, консолідов. чи дис­кретні нано­структури вуглецю та його сполук, магнітні нанорідини, носії каталізаторів і при­строї для каталізу, фільтри, біо­імплантанти (Б. Патон, Б. Мовчан та ін.). В аерокосміч. промисловості за­стосовують покри­т­тя різного функціонал. при­значе­н­ня: терморегулювал., корозійно­стійкі, протекторні та ін. Окремо виділяють захисні покри­т­тя, що запобігають де­градації кон­струкц. матеріалів літал. апаратів. В Ін­ституті електрозварюва­н­ня НАНУ газотерміч., мікроплазм., гібрид. лазерно-плазм. і магнетрон­ним Н. створ. покри­т­тя, що містять аморфні й квазікри­сталічні фази, біо­активні покри­т­тя для ендо­протезів і стентів, зокрема й титан. покри­т­тя з пори­стою структурою, роз­винутою поверх­нею (К. Ющенко, Ю. Борисов, М. Кузнецов та ін.). На­прикінці 20 ст. в Ін­ституті про­блем матеріало­знавства НАНУ та Ін­ституті металофізики НАНУ (Київ) роз­почато ви­вче­н­ня магніт. нанопорошків. Від 2007 методами Н. отримують твердофазні й рідкофазні нано­структурні мед. суб­станції та препарати. Лікарі низки клінік спільно з науковцями університетів й ін­ститутів роз­робили технології виготовле­н­ня порошків, мазей, гелів, емульсій антимікроб. та протизапал. дій для нанесе­н­ня на шкіру; створили колоїдні роз­чини з наночастинками магнетиту для зменше­н­ня окисле­н­ня ліпідів; нанокомпозиції срібла, антимікробна активність якого в 300 разів ефективніша іон­ного срібла; роз­чин нано­частинок магнетиту для додава­н­ня до протипухлин. препаратів; композиц. матеріали для цілеспрямов. транс­портува­н­ня лікар. препаратів у живому організмі. В Ін­ституті електрозварюва­н­ня НАНУ роз­роблено технологію електрон­но-променевого випаровува­н­ня вуглецю та вуглец. речовин для отрима­н­ня нанотрубок і алмазоподіб. структур; удосконалено технології термовід­центр. Н. литих карбідів вольфраму та ін. тугоплав. сполук; створ. технологію електрон­но-променевого Н. градієнт. покрит­тів на сталеві вироби суміс. випаровува­н­ням з окремих джерел і осадже­н­ня у вакуумі карбіду титану та міді.

1963 в Ін­ституті електрозварюва­н­ня АН УРСР під керівництвом Б. Патона вперше в світі роз­почато роботи зі зварюва­н­ня та споріднених технологій в умовах космосу. 16 жовт­ня 1969 на установці «Вулкан» здійснено зварюва­н­ня та різа­н­ня металів у космосі в умовах мікро­гравітації. 1976–78 роз­роблено технологію електрон­но-променевого випаровува­н­ня та створ. установку «Випарник», на якій на орбітал. комплексах «Салют-6» і «Союз-34» виконано Н. 180-ти зра­з­ків. 1983–84 виготовлено універсал. ручний інструмент для зварюва­н­ня, різа­н­ня, Н. і пая­н­ня, ви­пробуваний у від­критому космосі. 1979–84 на орбітал. станціях «Салют-6» і «Салют-7» на установках «Випарник» і «Випарник-М» напилено понад 200 зразків різноманіт. покрит­тів на різній основі, універсал. ручним електрон­но-променевим інструментом у від­критому космосі провели екс­перименти з Н. зразків зі скла та металу та ін. На орбітал. косміч. станції «Мир» на установці «Янтар» здійснено Н. на рухомій полімер. стрічці. Протягом 15-ти р. на станції «Мир» успішно проведено технол. екс­перименти та наук. дослідж. в галузі матеріало­­знавства, зокрема й Н. Доведено, що в умовах екс­плуатації літал. апарата можна виконувати Н., зокрема покрит­тів ілюмінаторів, поверх­ні сонячно-енергет. силових систем вручну або за допомогою маніпулятора та роботів.

Фотоілюстрації

×

❮ ❯

Завантажити статтю