Послойное нанесение компонентов сплава с последующим диффузионным отжигом

Основной недостаток метода раздельного одновременного испарения компонентов — неоднородность состава покрытия вдоль поверхности подложки — может быть устранен, если компоненты 168 сплава испарять поочередно, располагая работающий испаритель каждый раз в одном и том же месте относительно неподвижной подложки. Тогда на подложке формируются чередующиеся слои компонентов, которые после отжига образуют однородный сплав. Многослойная структура покрытия получается также при одновременном испарении из неподвижных источников, если подложка поочередно экспонируется перед каждым испарителем. Очевидно, что состав покрытия после отжига определяется соотношением суммарных толщин слоев каждого компонента. Режим отжига выбирают таким, чтобы обеспечить однородный состав в пределах допустимой неравномерности концентрации. Неравномерность состава по толщине можно характеризовать модулем градиента концентрации компонента, который всегда максимален на границе раздела соседних слоев.

Рассмотрим непростой, как ремонт гидрораспределителей, случай: двухслойную композицию с толщиной слоев. Применяя известные закономерности диффузии в двухкомпонентных системах, а также считая диффузию одномерной, ввиду малой толщины слоев, а коэффициент диффузии не зависящим от концентрации, запишем выражение для максимального градиента концентрации в виде Ввиду различия параметров диффузии в конденсатах и массивных металлах коэффициенты определяются экспериментально. Из формулы следует резкая зависимость времени отжига от толщины пары соседних слоев, т. е. при одной и той же общей толщине покрытия время отжига уменьшается с увеличением числа слоев. При большом числе слоев необходимое время отжига настолько мало, что имеется возможность проводить отжиг непосредственно в процессе нанесения покрытий. В этом случае улучшению гомогенности сплава способствует ускорение диффузионных процессов в тонких слоях по сравнению с уже сформировавшимся конденсатом. Мосс и Томас, исследуя послойное нанесение пленок сплава, установили, что при температуре конденсации 400° С пленки гомогенны, в то время как для достижения гомогенности в двухслойных покрытиях необходим отжиг в течение 3 ч при температуре 530° С.