В настоящее время есть перспективы и настоятельная необходимость широкого внедрения методов упрочнения деталей за счет нанесения плазменно-ионных покрытий, ионного легирования, лазерной закалки и модификации, а также комбинированных технологий упрочнения. Все это обусловлено тем, что запасы легирующих элементов вольфрама, хрома, никеля и других металлов практически иссякли во всех странах (исключение составляет Китай, где вольфрам добывается в огромных количествах), поэтому легирование всего объема конструкции материала тем или иным элементом становится все более проблематичным, что требует использования методов упрочнения поверхностных слоев за счет концентрации легирующих элементов в нем или изменения фазового или кристаллического состояния поверхностного слоя за счет химико-термической обработки.
Все перечисленные электрофизические методы обработки используются для обеспечения требуемых характеристик и нуждаются в роботизации и автоматизации. В то же время для применения ряда металлических покрытий и химических элементов в обработке необходимо вывести ручной труд из зоны обработки (по требованиям охраны труда). Это позволяет утверждать, что роботизация электрофизических технологий является важной и своевременной задачей.
При нанесении покрытий, ионно-лучевой, светолучевой, электротермической и других методах обработки деталь или напыляющая головка (имплантер, лазер) для получения высококачественных деталей подвергаются сложным манипуляционным движениям. Дальнейшее повышение качества обрабатываемых деталей не возможно без использования комплексно роботизированных установок: для нанесения покрытий (на плоские детали и стекла, диэлектрические детали, детали машиностроения); объемной термической обработки: установок термомеханической и термоциклической обработки; установок цементации и азотирования, установок диффузионного насыщения, установок нанесения покрытий из парогазовой смеси, газового хромирования, светолучевой, электроннолучевой обработок.
Для реализации практически всех технологий показана возможность создания гибких производственных робототехнических комплексов. Даны примеры типовой компоновки гибких технологических робототехнических комплексов для электрофизическойобработки, включающих подготовительные технологические операции.
Установки представляют собой герметичную камеру из нержавеющей стали, внутри которой с помощью вакуумной системы и системы напуска газа создается разреженная газовая среда определенного состава при давлении 10-2¼10-1 Па. В камеру помещены магнетронные распылительные системы, представляющие собой диод с аномальным тлеющим разрядом в скрещенных электрическом и магнитном полях. Плазма благодаря магнитному полю генерируется преимущественно вблизи катода и распыляет его. Образующиеся частицы осаждаются на обрабатываемой поверхности, создавая модифицирующее покрытие. Плазма может быть химически активной, и тогда в ней можно получать оксиды, нитриды и другие соединения металлов с газами. Это позволяет существенно расширить состав наносимых покрытий. Установки адаптированы применительно к определенным технологическим процессам и изготовлены в разных вариантах, например: проекты "Аметист", "Аметист-3", "Яшма", "Изумруд", "Опал".
Преимущества магнетронных систем следующие:
– хорошая адгезия осаждаемых слоев по отношению к поверхности твердого тела;
– широкий спектр осаждаемых материалов;
– возможность осаждения многослойных покрытий;
– высокая пространственная однородность покрытий;
– большие размеры обрабатываемых образцов;
– широкий круг материалов, на которые могут быть осаждены модифицирующие покрытия;
– отсутствие высоких температур на обрабатываемой поверхности.
К недостаткам относятся:
– ограничения по осаждению магнитных материалов;
– весьма сложная система управления.
Проект "АМЕТИСТ"
Установка предназначена для тонирования листового стекла и изготовления зеркал. Отличительная особенность состоит в том, что она снабжена стационарными распылительными системами, вертикально расположенными в центре камеры, а также обеспечена возможность сканирования листов относительно неподвижных магнетронов.
Роботизированная установка "АМЕТИСТ-3"
В отличие от установки "Аметист" роботизированная система "Аметист-3" обладает двумя манипулируемыми (подвижными) планарными магнетронами. Это позволяет увеличить загрузку рабочей камеры и производительность установки. Загрузка и выгрузка листов может осуществляться с помощью робота IR 601/60 (схват имеет 18 вакуумных присосок).
Роботизированная установка комбинированной обработки "ЯШМА"
Установка для ионно-лучевой обработки и осаждения покрытий "Яшма" является наиболее совершенной из семейства магнетронных распылительных систем.
Отличительные особенности ее конструкции позволяют обеспечить следующие режимы обработки:
– осаждение покрытий из двух видов магнетронных источников: с дискового, позиционируемого с помощью роботизированной системы, или неподвижного протяженного, позволяющего проводить напыление последовательно с двух катодов;
– ионная имплантация газовых ионов;
– осаждение покрытий с ионным ассистированием;
– ионное перемешивание осажденных покрытий ядрами отдачи.
Иными словами, наличие магнетронов двух типов обеспечивает за один цикл обработки изделия последовательное нанесение трех разных покрытий (немагнитные материалы, металлы и сплавы). Использование ионного источника позволяет совместить процесс нанесения пленки с ионной имплантацией, называемый комбинированной обработкой. Таким образом, существенно повышается адгезия пленки с подложкой и, следовательно, улучшается качество покрытия обрабатываемого изделия.
Рабочая камера установки снабжена вращающимся поворотным столом.
Роботизированная установка "ИЗУМРУД"
Установка предназначена для обработки листового стекла. Отличительной особенностью является то, что она не дискретного, а непрерывного действия. Установка снабжена входным и выходным шлюзами, которые позволяют производить ее загрузку без разгерметизации рабочей камеры, благодаря этому существенно повышается производительность.
На входе и выходе из установки имеется рольганговый участок, обеспечивающий подачу стекла, которое подается и снимается роботом IR 601/60 с вакуумным схватом.
Роботизированная установка "ОПАЛ"
Установка предназначена для нанесения тонкопленочных покрытий из металлических материалов, а также их оксидов и нитридов методом распыления в вакууме металлических катодов плазмой аномального тлеющего разряда магнетронного типа. Принцип действия установки основан на дискретном шлюзовании кассеты с листовыми или малогабаритными изделиями и последующей обработке их в рабочей камере, постоянно находящейся под вакуумом. Рабочая камера оснащена системами предварительной очистки изделий потоком ионов и магнетронного распыления. Одновременно обрабатываются две пластины размерами 2600x1600 мм или обе стороны малогабаритных штучных изделий. Управление установкой осуществляется с унифицированного пульта, регламентирующего работу вакуумной системы и процесс напыления в полуавтоматическом режиме.
Установка и выгрузка кассеты с листовыми или малогабаритными изделиями осуществляется роботом с вакуумным многопозиционным схватом.
Роботизированная установка магнетронного напыления УМН-8
Установка УМН-8 – это двухкамерная установка непрерывного действия с шлюзовой загрузкой, двумя параллельно работающими ионно-магнетронными системами очистки-напыления, содержащими по одному ионному источнику очистки и по два магнетрона напыления. Свойства получаемых покрытий варьируются путем изменения толщины пленок, комбинации различных материалов (оксидов, нитридов металла) и подбора стехиометрии.
Установка может снабжаться робототехническим комплексом для загрузки и выгрузки деталей.
Роботизированная установка вакуумная металлизационная УВМ-20У
Эта установка предназначена для нанесения алюминиевого покрытия в вакууме на поверхность изделий из стекла. Процесс металлизации изделий происходит в вакуумной камере установки при давлении 6,65´10-2 Па (5´10-4 мм рт.ст.) и заключается в конденсации паров алюминия на поверхность изделий, которые размещаются в контейнере, установленном в камере.
Для открывания камеры, загрузки и выгрузки можно использовать робототехнический комплекс.
Роботизированная установка вакуумная напылительная УВН-4ЭД
Установка УВН-4ЭД предназначена для нанесения металлических покрытий (титан, алюминий, нержавеющая сталь, медь) на стекла при производстве зеркал, а также для тонирования стекол.
Вакуумная металлизационная установка УВН-4ЭД – однокамерная, периодического действия.
Управление установкой дистанционное. Процесс металлизации изделий происходит в вакуумной камере установки при давлении 6,65´10-2 Па (5´10-4 мм рт.ст.) и заключается в конденсации паров металла на поверхность изделий, которые размещаются в контейнере, устанавливаемом в камере.
Загрузка и выгрузка деталей или листового стекла осуществляется с применением робототехнического комплекса.
Роботизированная установка вакуумная напылительная УВН-4М
Эта установка предназначена для нанесения магнетронным распылением металлов на поверхность изделий различной геометрической формы, открытой для прямого попадания на нее испаряемых паров металла.