Технология формирования проводящих многокомпонентных покрытий на токосъемниках
ВВЕДЕНИЕ
Сегодня современная промышленность требует повышения качества материалов, используемых для изготовления различных механизмов и устройств. Одним из наиболее важных элементов многих из них являются токосъемники.
Токосъемники используют в самых различных сферах производства, машиностроения и электроники. Они необходимы, когда нужно передать напряжение с подвижных или вращающихся элементов. Конечно, можно просто уложить контакты в гибкий кабель, однако при использовании элементов, которые совершают один и более оборотов вокруг собственной оси, возникает проблема, которую токосъемники и решают.
Учитывая, что контактная часть токосъемника задействована на всем периоде службы изделия, и она находится в постоянном соприкосновении с объектом, с которого снимается ток, ее износ можно считать вопросом времени. Чтобы значительно увеличить срок службы токосъемника и минимизировать износ его контактной части, необходимо уменьшить трение между токосъемником и деталью, сохранив при этом
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Современное состояние вопроса 7
1.1 Токосъемники 7
1.2 Проблема износа 9
1.3 Тонкопленочные покрытия 10
1.4 Многокомпонентное покрытие для токосъемника 13
1.4.1 Выбор компонентов покрытия 13
1.4.2 Процентное соотношение компонентов 15
1.5 Нанесение многокомпонентных покрытий 17
1.5.1 Термическое испарение 17
1.5.2 Магнетронное распыление 18
1.5.3 Сравнение методов нанесения 19
1.5.4 Тип используемых мишеней 19
2 Технология нанесения многокомпонентного покрытия 21
2.1 Подготовка токосъемников 21
2.2 Нанесение покрытия 22
2.3 Расчет параметров нанесения 22
2.4 Контроль свойств и параметров покрытия 25
3 Изучение доступного оборудования 26
3.1 Установка «BALZERS 350G» 26
3.2 Подробное описание узлов и работа установки 27
3.2.1 Вакуумный узел 28
3.2.2 Газовый узел 28
3.2.3 Магнетроны 29
3.2.4 Управление 29
3.2.5 Прочее 30
3.3 Система автоматического управления установки 30
3.3.1 Принципиальная схема установки 30
3.3.2 Автоматизируемый принцип действия установки 34
3.3.3 САУ МРС 35
3.3.4 Питание установки 37
3.4 Управляющая программа и ее интерфейс 42
3.4.1 Технологическая камера 43
3.4.2 Система напуска газа 43
3.4.3 Блок ввода вращения 43
3.4.4 Блоки коммутации и управления МРС 43
3.5 Планы и задачи по модификации установки 44
4 Написание надстройки к программе 44
4.1 Анализ кода программы 44
4.2 Разметка, HTML и CSS 45
4.3 Логика, JS и TS 47
4.3.1 Типы данных 47
4.3.2 Циклы 48
4.3.3 Массивы 50
4.3.4 Ветвление 52
4.3.5 Функции 53
4.3.6 TypeScript 54
4.4 Управление нанесением 56
4.4.1 Суть управления 56
4.4.2 Использование управляющей программы 57
4.4.3 Управление заслонками магнетронов 61
4.4.4 Использование баз данных и дальнейшие перспективы 62
5 Реализация конструкторских решений 64
5.1 Оснастка для обеспечения серийности производства 64
5.2 Реализация управления заслонками на магнетронах 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 66
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Технология тонких пленок: Справочник / под ред. Л. Майссела, Р. Глэнга. Пер. с англ. под ред. М.И. Елинсона, Г.Г. Смолко, Т. 1 – М.: Советское радио, 1977. – 664 с.
2. Технологии, оборудование и системы управления в электронном машиностроении / Ю.В. Панфилов [и др.]; под ред. Ю.В. Панфилова. Машиностроение. Энциклопедия, Т III-8 / – М.: Машиностроение, 2000. – 744 с.
3. Панфилов, Ю.В. Расчет режимов процесса нанесения тонких пленок в вакууме и параметров оборудования / Ю.В. Панфилов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1988. – 20 с.
4. Минайчев, В.Е. Нанесение пленок в вакууме. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. Книга 6 / В.Е. Минайчев. – М.: Высшая школа, 1989. – 110 с.
5. Данилин, Б.С. Магнетронные распылительные системы / Б.С. Данилин, В.К. Сырчин – М.: Радио и связь,1982 – 72 с.
6. S. Eavarone, A. Serov, A. DiPaola, V. Misra, "Multicomponent molybdenum disulfide thin films produced by reactive sputtering with in situ copper and gold", Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films, vol. 37, no. 1, Article ID 013210, Jan-Feb 2019.
7. Jing Pan, Xiaohua Liu, Peilin Zhou, "Enhanced conductivity of MoS2 thin films via Au and Cu doping using chemical vapor deposition", Journal of Materials Science: Materials in Electronics, vol. 29, no. 14, pp. 12075-12080, June 2018.
8. N. J. Zhang, H. L. Zhang, Y. B. Xu, Y. F. Zhang, Z. F. Yue, B. L. Liu, "Synthesis and Selective Modification of Graphene on MoS2 for Solution-Processed Nanocomposites with Enhanced Mechanical and Electrical Properties", ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 11, no. 29, pp. 26198-26208, July 2019.
9. Турищева, Е. Ю., Польшакова, О. В., Ковальчук, С. Г., Паргонский, Ю. Ю., & Мошников, В. А. (2019). Методика получения и исследование свойств композитных покрытий на базе MoS2 и SiO2. Вестник НГТУ им. Р. Е. Алексеева, (6), 111-115.
10. Amiryian, M., Fathi, M. H., & Mahboubi, F. (2018). Investigation of copper/molybdenum disulphide nanocomposite coatings obtained by electrostatic spraying method. Applied Surface Science, 432, 45-51.
Многокомпонентные покрытия — это тонкий слой материала, состоящий из нескольких компонентов, которые обеспечивают расширенную функциональность по сравнению с однокомпонентными покрытиями.
В нашем случае, на контактную часть токосъемника необходимо нанести покрытие, состоящее из двух компонентов: один для снижения коэффициента трения, а другой для сохранения электропроводности головки.
В качестве компонента, обеспечивающего износостойкость, идеально подойдет дисульфид молибдена, активно использующийся в лаборатории. Этот материал имеет высокие механические и трибологические свойства, что делает его подходящим для использования в нашем случае.
Одной из причин высоких механических свойств дисульфида молибдена является его слоистая структура: молекулы молибдена и серы образуют слои, которые связаны между собой слабыми взаимодействиями Ван-дер-ваальса. Это обеспечивает высокую прочность и жесткость покрытия. Кроме того, слоистая структура позволяет дисульфиду молибдена легко скользить, что делает его хорошим смазочным материалом.
Еще одним важным фактором является низкий коэффициент трения дисульфида молибдена. Это свойство позволяет использовать его для уменьшения трения и износа элементов