NO167988B

NO167988B - PROCEDURE FOR AA ION PLATTERS BOTH END OF AN ELEVATIVE, RODFORMED PART.

Info

Publication number: NO167988B
Application number: NO84844129A
Authority: NO
Inventors: Gerald Wayne White
Original assignee: White Eng Corp
Priority date: 1983-04-22
Filing date: 1984-10-16
Publication date: 1991-09-23
Also published as: NO844129L; NO167988C

Description

Det tekniske område The technical area

Oppfinnelsen angår metoder for å hindre riving, og The invention relates to methods to prevent tearing, and

mer spesielt metoder for å hindre riving på gjengede komponenter som er sterkt tilbøyelige til å bli revet når de settes sammen eller byttes ut. more particularly, methods of preventing tearing on threaded components that are highly prone to tearing when assembled or replaced.

Teknikkens stand State of the art

Riving er en form for adhesjonslitasje som er mest skadelig ved forholdsvis høye påkjenninger. Fastgriping mellom tilpassede komponenter er ofte et resultat av sterk riving og finner som regel sted på et tidlig tidspunkt av utstyrets levealder. Gjengede komponenter er spesielt kjent for deres tilbøyelighet til fastgriping. Tearing is a form of adhesion wear that is most harmful at relatively high stresses. Seizing between matched components is often the result of severe tearing and usually occurs early in the equipment's life. Threaded components are particularly notorious for their propensity for seizing.

Når to overflater belastes mot hverandre, kan de samarbeidende overflater danne sterke bindinger på grunn av det lokalt høye trykk og sterke varme som utvikles ved påfølgende bevegelse av overflatene.Hvis disse bindinger brytes på grenseflaten, inntrer liten beskadigelse, og delene løper glatt. Hvis derimot frakturering forekommer i et hvilket som helst av materialene, oppstår stor beskadigelse . Denne beskadigelse betegnes som "riving". When two surfaces are loaded against each other, the cooperating surfaces can form strong bonds due to the locally high pressure and strong heat developed by the subsequent movement of the surfaces. If these bonds are broken at the interface, little damage occurs, and the parts run smoothly. If, on the other hand, fracturing occurs in any of the materials, major damage occurs. This damage is termed "tearing".

Tidligere er organiske og uorganiske smøremidler blitt anvendt for å motstå svikt som følge av riving. Vanlige metoder som tidligere er blitt anvendt, har innbefattet metallisk elektroplettering med tinn og/eller sink, og dette kan forårsake alvorlige miljøvernmessige problemer hva gjelder avfallshåndteringen. Fosfatomvandlingsbelegning er også blitt anvendt, og denne byr også på miljøvernmessige håndteringsproblemer og er begrenset til den type av substrat-materiale som de kan anvendes for. Smøremiddelfilmer, som API-modifisert forbindelse som er blitt vanlig anvendt for gjengede koplingsstykker, tillater glidning mellom bevegelige deler så lenge de bevegelige deler ikke blir kjemisk, termisk eller fysisk ødelagt eller forskjøvet. Når imidlertid smøre-midlet er blitt gjennomtrengt, begynner kaldsveising av de aktive overflater som befinner seg i kontakt med hverandre. Kaldsveising fører til ødeleggelse av de tilpassede overflater som følge av riving. In the past, organic and inorganic lubricants have been used to resist failure due to tearing. Common methods that have been used in the past have included metallic electroplating with tin and/or zinc, and this can cause serious environmental problems in terms of waste management. Phosphate conversion coating has also been used, and this also presents environmental protection handling problems and is limited to the type of substrate material for which they can be used. Lubricant films, such as the API modified compound that has become commonly used for threaded couplings, allow sliding between moving parts as long as the moving parts are not chemically, thermally, or physically damaged or displaced. However, when the lubricant has been penetrated, cold welding of the active surfaces which are in contact with each other begins. Cold welding leads to destruction of the adapted surfaces as a result of tearing.

Det foreligger således et behov for en fremgangsmåte for å motvirke riving av samarbeidende metall-til-metall-overflater uaktet om disse er tetningsoverflater, skuldre eller gjengede elementer. There is thus a need for a method to counteract tearing of cooperative metal-to-metal surfaces regardless of whether these are sealing surfaces, shoulders or threaded elements.

Beskrivelse av oppfinnelsen Description of the invention

Det tilveiebringes ifølge oppfinnelsen en fremgangsmåte for i det vesentlige å eliminere de rivingsproblemer som hittil har vært forbundet med gjentatt sammenføyning og demontering av gjengede koplingsstykker. According to the invention, a method is provided to essentially eliminate the tearing problems which have hitherto been associated with repeated joining and dismantling of threaded coupling pieces.

Ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for å ioneplettere begge ender av en lang, rørformet del, og fremgangsmåten er særpreget ved at hver av endene innelukkes i et kammer, ett av kamrene evakueres for derved å evakuere begge kamre. via delen, pletteringsmateriale fordampes i hvert av de evakuerte kamre nær endene, og en negativ likestrømsforspenning på-føres på delen for å tiltrekke positive ioner av fordampet pletteringsmateriale. According to one embodiment of the present invention, a method is provided for ion-plating both ends of a long, tubular part, and the method is characterized in that each of the ends is enclosed in a chamber, one of the chambers is evacuated to thereby evacuate both chambers. via the part, plating material is vaporized in each of the evacuated chambers near the ends, and a negative direct current bias is applied to the part to attract positive ions of vaporized plating material.

Ifølge en annen utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte for å ioneplettere begge ender av en lang, rørformet del, og fremgangsmåten er særpreget ved at den første ende innelukkes i et kammer, mens den annen ende er anordnet utenfor kammeret, delens annen ende stenges med en roterbar stengeinnretning, kammeret evakueres for derved å evakuere området rundt begge ender, pletteringsmateriale fordampes i de evakuerte områder nær endene, og en negativ likestrømsforspenning påføres på delen for å tiltrekke positive ioner av fordampet pletteringsmateriale . According to another embodiment of the present invention, a method is provided for ion-plating both ends of a long, tubular part, and the method is characterized by the fact that the first end is enclosed in a chamber, while the other end is arranged outside the chamber, the other end of the part is closed with a rotatable shutter device, the chamber is evacuated to evacuate the area around both ends, plating material is vaporized in the evacuated areas near the ends, and a negative direct current bias is applied to the part to attract positive ions of vaporized plating material.

Kortfattet beskrivelse av tegningene Brief description of the drawings

På tegningene viser The drawings show

Fig. 1 et forstørret oppriss av et snitt gjennom den gjengede forbindelse på to rørformede deler, Fig. 2 et forstørret oppriss av et snitt gjennom en gjenge for en av de rørformede deler som er vist på Fig. 1 og som er blitt belagt i overensstemmelse med en utførelses-form av den foreliggende oppfinnelse, Fig. 3 et forstørret oppriss av et snitt gjennom en gjenge for én av de rørformede deler vist på Fig. 1 og som er blitt belagt i overensstemmelse med .en annen ut-førelsesform av den foreliggende oppfinnelse, Fig. 4 et diagram som viser hvorledes sammensetningen for beleggene ifølge den foreliggende oppfinnelse forandrer seg ved flerbelegning, Fig. 5 er et skjematisk diagram som viser et system som anvendes i henhold til oppfinnelsen for å belegge gjengede deler av en lang, rørformet del. Fig. 1 an enlarged plan view of a section through the threaded connection of two tubular parts, Fig. 2 an enlarged plan view of a section through a thread for one of the tubular parts shown in Fig. 1 which has been coated in accordance with an embodiment of the present invention, Fig. 3 is an enlarged elevation of a section through a thread for one of the tubular parts shown in Fig. 1 which has been coated in accordance with another embodiment of the present invention invention, Fig. 4 a diagram showing how the composition of the coatings according to the present invention changes with multiple coating, Fig. 5 is a schematic diagram showing a system used according to the invention to coat threaded parts of a long, tubular part .

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen Detailed description of the invention

Selv om den foreliggende oppfinnelse er nyttig for å oppnå at riving mellom gjengede koplingsstykker motvirkes for en rekke forskjellige anvendelser, er problemet med riving av gjengede koplingsstykker spesielt vanlig innen olje- og gassindustrien ved kopling og demontering av produksjonsrørsysterner. Spesielt er riving et hovedproblem i forbindelse med rørutstyr av høylegert rustfritt stål og nikkelbaserte legeringer som i oljeutvinnende land er nød-vendige for å overvinne korroderende betingelser i et brønn-borehull. Although the present invention is useful in achieving the prevention of tearing between threaded fittings for a variety of different applications, the problem of tearing of threaded fittings is particularly common in the oil and gas industry when connecting and disassembling production piping systems. In particular, demolition is a major problem in connection with piping equipment made of high-alloy stainless steel and nickel-based alloys which, in oil-producing countries, are necessary to overcome corrosive conditions in a well borehole.

På Fig. 1 er vist en rørformet hanndel, som en ledning 10, med gjenger 12 som samarbeider med gjenger 14 på Fig. 1 shows a tubular male part, such as a wire 10, with threads 12 that cooperate with threads 14 on

en samarbeidende rørformet hunndel, som en ledning 16. a cooperating tubular female part, such as a wire 16.

Den gjengede forbindelse mellom ledningene 10 og 16 innbefatter plane områder 20 og 22 og tetningsområder 24 og 26. Selv om en spesiell gjenget utførelsesform er vist på Fig. 1/ gjelder den foreliggende oppfinnelse en hvilken som helst type av gjengede forbindelser. Selv om riving kan finne sted mellom et hvilket som helst parti av den gjengede forbindelse, er tetningsområdene 24 og 26 typisk de verste punkter for svikt som følge av riVinq. The threaded connection between the leads 10 and 16 includes planar areas 20 and 22 and sealing areas 24 and 26. Although a particular threaded embodiment is shown in Fig. 1/, the present invention applies to any type of threaded connection. Although tearing can occur between any portion of the threaded connection, the sealing regions 24 and 26 are typically the worst points for failure due to riVinq.

Ifølge oppfinnelsen avsettes en According to the invention, a

metallfilm som innfases i overflaten av metallgjengene 12 metal film which is phased into the surface of the metal threads 12

og 14 foruten de plane områder 20 og 22 og tetningsområdene 24 og 26. Metallfilmen ble avsatt som en integrerende del av substratets atomgitter, med jevn dekning og tykkelse, and 14 in addition to the planar areas 20 and 22 and the sealing areas 24 and 26. The metal film was deposited as an integral part of the substrate's atomic lattice, with uniform coverage and thickness,

ved hjelp av høyenergiavsetning av partikler med atomstørrelse av de ønskede funksjonelle materialer. Materialfilmen kan omfatte f.eks. et hvilket som helst av de bløtere metaller, som f.eks. gull, sølv, bly, tinn, indium, palladium eller kobber, som har lav friksjon, god vedheftning og lav skjærfast-het og avsettes ved hjelp av høyenergiionepletterings-prosessen i form av en tynn film som er direkte bundet til den fullstendig maskinerte gjengeprofil. Den foreliggende oppfinnelse omfatter spe&ielt tilveiebringelsen av tynnfilm-behandlet, maskinert profil med én eller flere overflate-filmer avsatt på dens ytre overflater ved hjelp av en ionepletteringsprosess med høy partikkelenergi. Ytterligere typer av bløte filmer kan anvendes, som f.eks. uorganiske forbindelser med lagdelt gitter, som f.eks. molybdendisulfid. by means of high-energy deposition of atomic-sized particles of the desired functional materials. The material film can include e.g. any of the softer metals, such as gold, silver, lead, tin, indium, palladium or copper, which has low friction, good adhesion and low shear strength and is deposited using the high energy ion plating process in the form of a thin film which is directly bonded to the fully machined thread profile. The present invention specifically comprises the provision of thin film treated, machined profile with one or more surface films deposited on its outer surfaces by means of a high particle energy ion plating process. Additional types of soft films can be used, such as e.g. inorganic compounds with a layered lattice, such as molybdenum disulfide.

Når dessuten en korrosjonsfast legering anvendes i ledningene 10 og 16, kan det være ønskelig å tilveiebringe én eller flere grenseflatefilmer av hårdt materiale, som krom, titan eller forskjellige herdede ildfaste materialer, som metallcarbider, metallnitrider, keramiske materialer eller kermeter. I disse tilfeller blandér de hårdere materialers ytre overflate seg med et lag av de bløtere, mekanisk isolerende filmer slik at hårdere, opprinnelige belegningslag får smøreevne. When, moreover, a corrosion-resistant alloy is used in the wires 10 and 16, it may be desirable to provide one or more interface films of hard material, such as chromium, titanium or various hardened refractory materials, such as metal carbides, metal nitrides, ceramic materials or cermets. In these cases, the outer surface of the harder materials mixes with a layer of the softer, mechanically insulating films so that the harder, original coating layer gains lubricity.

På Fig. 2 er et forstørret oppriss av et snitt gjennom en gjenge 14 vist med den innfasede legeringsoppbygning av en tynn beskyttende film og en ytre film, idet begge er blitt In Fig. 2, an enlarged elevation of a section through a thread 14 is shown with the phased-in alloy structure of a thin protective film and an outer film, both having been

avsatt ved hjelp av ionepletterings- deposited using ion plating

prosesser med høy partikkelenergi. Ved begynnelsen av avsetningen når de opprinnelige ioner frem akselerert ved hjelp av en elektrisk ladning og begraves i substratets gitterstruktur 30. Efterhvert som oppbygningen fortsetter, f.eks. under anvendelse av et hårdmetall, som f.eks. krom, blir et tynt lag 32 avsatt slik at gjengens 14 overflate får styrke og varighet. Efterhvert som oppbygningen fortsetter ytterligere, begynner fasedannelsen mellom materialer idet den prosentuelle mengde av det hårde, underliggende, tynne materiallag 32 stadig avtar ledsaget av en økning av den prosentuelle sammensetning av et ytre materiallag 34, som f.eks. gull. Den samlede tykkelse for de kombinerte lag 32 og 34 kan ligge innen området 10000-12000 Å. Material-lagets 34 tykkelse kan være f.eks. ca. 2000 Å. Om ønsket kan imidlertid flere lag anvendes, som f.eks. et innvendig lag av titan, et annet lag av titancarbid og et ytre lag av titannitrat. processes with high particle energy. At the beginning of the deposition, the original ions arrive accelerated by means of an electric charge and are buried in the substrate's lattice structure 30. As the build-up continues, e.g. using a hard metal, such as e.g. chrome, a thin layer 32 is deposited so that the surface of the thread 14 gains strength and durability. As the build-up continues further, phase formation between materials begins as the percentage amount of the hard, underlying, thin material layer 32 steadily decreases accompanied by an increase in the percentage composition of an outer material layer 34, which e.g. gold. The combined thickness of the combined layers 32 and 34 can lie within the range 10,000-12,000 Å. The thickness of the material layer 34 can be e.g. about. 2000 Å. If desired, however, several layers can be used, such as e.g. an inner layer of titanium, another layer of titanium carbide and an outer layer of titanium nitrate.

På Fig. 3 er belegning av gjengen 14 med en enkelt film vist. Belegningen med enkelt film kan anvendes for slike formål hvor riving er mindre kraftig enn den som vil tilsi et behov for den flerlagsbelegning som er vist på Fig. 2. In Fig. 3, coating of thread 14 with a single film is shown. The coating with a single film can be used for such purposes where tearing is less severe than that which would indicate a need for the multi-layer coating shown in Fig. 2.

En enkeltelementfilm av et hvilket som helst egnet materiallag 36 kan anvendes ved å påføre materiallaget 36 på gjengen 14 ved hjelp av en ionepletteringsprosess med høy partikkelenergi. Det har vist seg at enkel belegning med kobber, indium eller gull har gjort det mulig å sammenføye verktøy-forbindelser og demontere disse ti ganger sammenlignet med en og en halv gang for ubelagte verktøyforbindelser. A single element film of any suitable material layer 36 can be used by applying the material layer 36 to the thread 14 using a high particle energy ion plating process. It has been shown that simple plating with copper, indium or gold has made it possible to join tool joints and disassemble them ten times compared to one and a half times for uncoated tool joints.

For dessuten ytterligere å forbedre vedheftningen av laget 36 til gjengen 14 eller for å overvinne problemer som er forbundet med svak affinitet mellom materiallaget 36 og gjengen 14 er et tynt lag 38 med en tykkelse av ca. 2000 Å Moreover, to further improve the adhesion of the layer 36 to the thread 14 or to overcome problems associated with weak affinity between the material layer 36 and the thread 14, a thin layer 38 with a thickness of approx. 2000 Å

av et gjensidig aktivt materiale, som f.eks. nikkel, gunstig. Den jevne, tredimensjonale belegningskarakteristikk ved ioneplettering tillater vekst av et lag på en overflate 40 selv om overflaten 40 er skjult mot pletteringsstrømmens retning som angitt ved pilen 42. of a mutually active material, such as nickel, favorable. The uniform, three-dimensional coating characteristic of ion plating allows the growth of a layer on a surface 40 even if the surface 40 is hidden from the direction of the plating current as indicated by arrow 42.

Fig. 4 viser kurver for legeringens prosentuelle sammensetning i forhold til avsetningstykkelsen for et materiale A, linje 44,og et materiale B, linje 46. Materialet A kan omfatte f.eks. et kromlag 32 (Fig. 2), og materialet Fig. 4 shows curves for the percentage composition of the alloy in relation to the deposit thickness for a material A, line 44, and a material B, line 46. The material A can include e.g. a chrome layer 32 (Fig. 2), and the material

B kan omfatte f.eks. et gullag, som laget 34 (Fig. 2). B can include e.g. a gold layer, like layer 34 (Fig. 2).

For de første 4000 Å tykkelse er laget 32 vesentlig hårdere. Efterhvert som avsetningen fortsetter, begynner den prosentuelle mengde av lagets 34 mykere materiale B å øke, mens mengden av materialet A, dvs. i laget 32, avtar. I de ytre 2000 Å tykkelse utgjøres filmen i det vesentliae fullstendig av bløtt materiale, som f.eks. gullaget 34. For the first 4000 Å thickness, layer 32 is significantly harder. As the deposition continues, the percentage amount of the softer material B of the layer 34 begins to increase, while the amount of the material A, i.e. in the layer 32, decreases. In the outer 2000 Å thickness, the film essentially consists entirely of soft material, such as e.g. gold team 34.

Det er et viktig særtrekk ved den foreliggende fremgangsmåte at det anvendes en ionepletteringsprosess med høyenergipartikler, som fås ved ionepletterings-prosessen, for plettering av substrater, som lednings-gjenger, med en rekke forskjellige materialer ved høye avsetning smengder pr. tidsenhet. Det anvendes ved den foreliggende fremgangsmåte en høyenergistrøm til substratoverflaten som gir diffusjon og kjemiske reaksjoner som befordres av en høy overflatetemperatur, uten at det er nødvendig med opp-varming av materialmassen, forandring av overflate- og grenseflatestrukturen eller mekanisk blanding av filmen under avsetningen av filmen. Ioneplettering byr på hurtige av-setningshastigheter og muliggjør oppbygning av en tynn film uttrykt i millimeter snarere enn i Ångstrøm. Den økede fremtrengningskraft som ionene får, gjør at det på fordelaktig måte blir lettere å belegge store, ujevnt formede gjenstander, innvendige diametre eller vindinger med en jevnt avsatt film innen området fra ekstremt tynne til tykke filmer innen millimeterområdet. It is an important distinctive feature of the present method that an ion plating process is used with high-energy particles, which are obtained by the ion plating process, for plating substrates, such as wire threads, with a number of different materials at high deposition rates per unit of time. In the present method, a high-energy current is used to the substrate surface which provides diffusion and chemical reactions which are promoted by a high surface temperature, without the need for heating the material mass, changing the surface and interface structure or mechanical mixing of the film during the deposition of the film . Ion plating offers fast deposition rates and enables the build-up of a thin film expressed in millimeters rather than in Angstroms. The increased penetration force that the ions get makes it advantageously easier to coat large, unevenly shaped objects, internal diameters or windings with a uniformly deposited film in the range from extremely thin to thick films in the millimeter range.

Den forbedrede ionplettfc.ringsme.tode The improved ionplettfc.ringsme.tode

ifølge den foreliggende oppfinnelse er vist på Fig. 5 og innbefatter et vakuumpletteringssystem med en fordampnings-kilde hvori de fordampende atomer ioniseres ved elektron-kollisjon når de passerer gjennom et magnetfelt til substratet for å omvandle materialet som skal pletteres inn i substratet, til plasmatilstanden innen substratområdet. according to the present invention is shown in Fig. 5 and includes a vacuum plating system with an evaporation source in which the evaporating atoms are ionized by electron collision when they pass through a magnetic field to the substrate to convert the material to be plated into the substrate to the plasma state within substrate area.

Som vist på Fig. 5 omfatter substratet 122 de innvendige gjenger for en ledningskopling. En likestrøms-kraftkilde 61 står i forbindelse med armaturen for å tiltrekke positive ioner henimot substratet 122 fra en kilde for fordampning av materiale. FordampningskiIden kan være en hvilken som helst egnet kilde som kan fordampe pletter-ingsmaterialer, som f.eks. en ildfast bolt, en elektron-strålekanon, en induksjonsoppvarmet digel, en lysbue eller, som vist på Fig. 5 ett eller flere elektriske filamenter 64 og 190 som på sin side står i forbindelse med kraftkilder hhv. 68 og 192. To slike fordampningskilder 64 og As shown in Fig. 5, the substrate 122 comprises the internal threads for a wire connection. A direct current power source 61 is connected to the armature to attract positive ions towards the substrate 122 from a source for evaporation of material. The vaporization source can be any suitable source that can vaporize plating materials, such as e.g. a refractory bolt, an electron beam gun, an induction-heated crucible, an electric arc or, as shown in Fig. 5, one or more electric filaments 64 and 190 which in turn are connected to power sources or 68 and 192. Two such evaporation sources 64 and

190 kan anvendes for å avsette forskjellige materialer og 190 can be used to deposit different materials and

ror avsetning til forskjellige tider. rudder deposition at different times.

En gasstilførselsledning 72 som styres av en måleventil 74, står i forbindelse med kammerhuset 52, slik at gass kan injiseres inn i kammerhuset 52. Den injiserte gass kan være inert eller utgjøres av andre gasser som A gas supply line 72 which is controlled by a measuring valve 74 is connected to the chamber housing 52, so that gas can be injected into the chamber housing 52. The injected gas can be inert or consist of other gases which

skal oppfylle spesielle funksjoner, som f.eks. ionebombarde-ment med inertgass for å rense substratet 122 før pletterlngs-prosessén, eller for kollisjonsspredning av de fordampende atomer for å forbedre belegningsjevnheten for tredimensjonale gjenstander. Dessuten kan den innførte gass utgjøres av et metallbærende gassplasma for å frembringe sterk metallinn-trengning. must fulfill special functions, such as ion bombardment with inert gas to clean the substrate 122 before the plating process, or for collisional scattering of the evaporating atoms to improve coating uniformity for three-dimensional objects. Moreover, the introduced gas can be made up of a metal-bearing gas plasma to produce strong metal penetration.

Alle forbindelser til kammerhusets indre 52 forløper gjennom isolatorer 82. All connections to the interior 52 of the chamber housing run through insulators 82.

Ved anvendelse av den foreliggende fremgangsmåte blir høyenergiionepletteringssystemet vist på Fig. 5. Using the present method, the high energy ion plating system is shown in Fig. 5.

evakuert via utløpet 54 inntil et egnet vakuum er blitt nådd, som f.eks. ca. lx 10~<4> mm Hg. Dersom det er ønsket å rense substratet 12(2 av kjemiske eller mekaniske grunner, kan gass innføres i huskammeret 52 via ledningen 72, f.eks. med et trykk på 10-20/,um Hg, og et plasma med radiofrekvens som er blitt dannet av gassen, vil bombardere substratets 122 overflate slik at denne på ønsket måte vil bli renset. Efter rensingen vil gassen bli fjernet fra det evakuerte huskammer 52 før pletteringsprosessen igangsettes. evacuated via outlet 54 until a suitable vacuum has been reached, such as e.g. about. lx 10~<4> mm Hg. If it is desired to clean the substrate 12(2 for chemical or mechanical reasons, gas can be introduced into the housing chamber 52 via the line 72, for example with a pressure of 10-20 µm Hg, and a radio frequency plasma which has been formed by the gas, will bombard the surface of the substrate 122 so that it will be cleaned in the desired manner. After the cleaning, the gas will be removed from the evacuated housing chamber 52 before the plating process is initiated.

En negativ likestrømsforspenning, f.eks. 3-5 kV, fra kraftkilden 61 kan påføres på armaturen som virker som en katode for å tiltrekke positive ioner henimot substratet 122 ved tiltrekning via et høyt spenningsfall. Pletteringen begynner når ett eller begge materialer i de elektriske filamenter 64 ellei 190 er blitt oppvarmet til en tilstrekkelig høy temperatur til at pletteringsmaterialet vil fordampe. Dersom kildene 64 og 190 er motstandsoppvarmede kilder, anvendes en vekselstrømkrafttilførsel 68 og 192 med lav spenning og høy strømstyrke. A negative direct current bias, e.g. 3-5 kV, from the power source 61 can be applied to the armature which acts as a cathode to attract positive ions towards the substrate 122 by attraction via a high voltage drop. The plating begins when one or both materials in the electrical filaments 64 or 190 have been heated to a sufficiently high temperature that the plating material will vaporize. If the sources 64 and 190 are resistance-heated sources, an alternating current power supply 68 and 192 with low voltage and high amperage is used.

Magneter' / 7 6 gir et magnetfelt 80 for termioniske elektroner fra det fordampende materiale og bevirker at disse elektroner vil inngå i en spiralbevegelse og således fremby et konsentrert ioniseringstverrsnitt for atomer av fordampende materiale som passerer gjennom elektronskyen på vei mot substratet 122. Ioniseringen er således høyest innen området for substratet 122 hvor behovet er størst. Hvert enkelt eller begge de elektriske motstandsfilamenter Magnets' / 7 6 provides a magnetic field 80 for thermionic electrons from the evaporating material and causes these electrons to enter into a spiral movement and thus provide a concentrated ionization cross-section for atoms of evaporating material that pass through the electron cloud on their way to the substrate 122. The ionization is thus highest in the area of the substrate 122 where the need is greatest. Each or both of the electrical resistance filaments

64 eller 190 kan benyttes ved å variere krafttilførselen fra krafttilførselskildene 68 og 192 til filamentene hhv. 64 64 or 190 can be used by varying the power supply from the power supply sources 68 and 192 to the filaments respectively. 64

°9 190, slik at én eller flere materialfilmer eller -lag blir avsatt på substratet 122. °9 190, so that one or more material films or layers are deposited on the substrate 122.

Ved den foreliggende fremgangsmåte tilveiebringes et ionepletteringssystem for å avsette en materialfilm eller In the present method, an ion plating system is provided for depositing a material film or

-lag på de maskinerte profiler av en lang rørdel, f.eks. - layers on the machined profiles of a long pipe section, e.g.

et oljefeltrør som vanligvis har en lengde av 9,1-12,2 m, slik at det ikke er nødvendig å bygge opp et vakuum- an oil field pipe that usually has a length of 9.1-12.2 m, so that it is not necessary to build up a vacuum

system som er tilstrekkelig langt til fullstendig å omslutte rørdelen. Denne pletteringsprosess er slik at det bare er nødvendig å inneslutte den nødvendige maskinerte profil av ledningen i et vakuum. Dessuten kan én eller flere gjengede deler av ledningen belegges samtidig, og ledningen kan roteres for å forbedre filmjevnheten. system that is sufficiently long to completely enclose the pipe section. This plating process is such that it is only necessary to enclose the required machined profile of the wire in a vacuum. Also, one or more threaded sections of the wire can be coated simultaneously, and the wire can be rotated to improve film uniformity.

På Fig.5 er et belegningssystem 120 for lednings-gjenger vist, hvor en ledning 122 med maskinerte profiler 124 og 126 kan belegges samtidig. Selv om en enkelt ledning 122 er blitt vist, vil det forstås at systemet ifølge Fig. 5 også kan anvendes for samtidig belegning av flere ledninger 122. In Fig.5, a coating system 120 for cable threads is shown, where a cable 122 with machined profiles 124 and 126 can be coated simultaneously. Although a single wire 122 has been shown, it will be understood that the system according to Fig. 5 can also be used for the simultaneous coating of several wires 122.

Det anvendes et kammerhus 52 som en maskinert profil 124 og en ledning 122 strekker seg inn i. Kammerhuset 52 innbefatter et utløp 54 med en ventil 56 som står i forbindelse med en vakuumpumpe (ikke vist) for å evakuere kammerhusets 52 innvendige kammer. Kammerhuset 52 innbefatter dessuten en gasstilførselsledning 72 som styres av en måleventil 74. Et egnet fordampningssystem for materialer anvendes, som et elektrisk filament 64. Det vil forstås at et ytterligere filament og dets tilknyttede krafttil-førselskilde også kan benyttes for systemet 120. A chamber housing 52 is used into which a machined profile 124 and a conduit 122 extend. The chamber housing 52 includes an outlet 54 with a valve 56 which is in communication with a vacuum pump (not shown) to evacuate the chamber housing 52's internal chamber. The chamber housing 52 also includes a gas supply line 72 which is controlled by a metering valve 74. A suitable evaporation system for materials is used, such as an electric filament 64. It will be understood that a further filament and its associated power supply source can also be used for the system 120.

Filamentet 64 er fortrinnsvis anordnet tett nær den gjengede dels 124 ytre ende. Filamentet 64 står i forbindelse med en kraftkilde 68. Ledningen 122 roteres under anvendelse av kraftdrevne valser 130 for å rotere ledningen 122 i pilretningen 13 0a. The filament 64 is preferably arranged close to the outer end of the threaded part 124. The filament 64 is connected to a power source 68. The wire 122 is rotated using power-driven rollers 130 to rotate the wire 122 in the direction of arrow 13 0a.

En kraftkilde 61 anvendes for å gi en negativ like-strømsspenning på ledningen 122 for å tiltrekke det fordampede materiale fra filamentet 64 henimot den maskinerte profil 124. Dessuten er en magnet 76 anordnet på ledningens 122 indre nær profilen 124 for å tilveiebringe et magnetfelt 80. A power source 61 is used to provide a negative direct current voltage on the wire 122 to attract the vaporized material from the filament 64 towards the machined profile 124. Also, a magnet 76 is arranged on the inside of the wire 122 near the profile 124 to provide a magnetic field 80.

Da det er vanskelig å innføre ledningens 122 ender i kammerhuset og opprettholde et vakuum i kammerhuset 52 for, Since it is difficult to introduce the ends of the wire 122 into the chamber housing and maintain a vacuum in the chamber housing 52 for,

å avsette en materialfilm på profilene 124 og 126 mens ledningen 122 roteres, kan kammerhuset 52 være forsynt med et ved hjelp av en flens montert tilbygg 132.; Tilbygget 132 kan ved hjelp av skilledeler 134, 136 og 138 være delt i en rekke septumkammere 140, 142 og 144. Skilledelene 134, 136 og 138 innbefatter tetningsringer 146 som vil komme i svak kontakt med ledningens 122 overflate og redusere lekkasje av gass mellom septumkamrene 140, 142 og 144 inn i det evakuerte kammerhus 52 til et minimum. to deposit a material film on the profiles 124 and 126 while the wire 122 is rotated, the chamber housing 52 can be provided with a flange-mounted extension 132.; The extension 132 can by means of dividers 134, 136 and 138 be divided into a number of septum chambers 140, 142 and 144. The dividers 134, 136 and 138 include sealing rings 146 which will come into weak contact with the surface of the line 122 and reduce leakage of gas between the septum chambers 140, 142 and 144 into the evacuated chamber housing 52 to a minimum.

Septumkammeret 144 som befinner seg lengst bort fra kammerhuset 52, settes under svakt trykk med en inertgass, som f.eks. argon, via en ledning 148 og en ventil 150. The septum chamber 144, which is located farthest from the chamber housing 52, is put under weak pressure with an inert gas, such as argon, via a line 148 and a valve 150.

Enhver lekkasje av argon fra septumkammeret 144 gjennom skilledelen 138 vil foregå til den omgivende luft, og enhver lekkasje gjennom skilledelen 13 6 vil være inn i septumkammeret 142. Septumkammeret 142 står via en ledning 152 Any leakage of argon from the septum chamber 144 through the separator 138 will be to the surrounding air, and any leakage through the separator 136 will be into the septum chamber 142. The septum chamber 142 is via a line 152

og en ventil 154 i forbindelse med en pumpe (ikke vist) som besørger pumping i en mengde pr. tidsenhet som er større enn lekkasjen fra septumkammeret 144, slik at arbeidstrykket i septumkammeret 142 vil nærme seg ca. 0,07 kg/cm<2>and a valve 154 in connection with a pump (not shown) which ensures pumping in an amount per time unit which is greater than the leakage from the septum chamber 144, so that the working pressure in the septum chamber 142 will approach approx. 0.07 kg/cm<2>

absolutt. Denne anordning begrenser trykkforskjellen som gjør at lekkasje blir mulig mellom septumkamrene 144 og 142. Dessuten står en ytterligere pumpe (ikke vist) via en ledning 156 og en ventil 158 i forbindelse med septumkammeret 140 for å holde arbeidstrykket lavere enn lOOOyUm. Det kan være nødvendig med ytterligere septumkammere som vil variere med ledningens 122 ruhet og den tetningseffekt som oppnås ved hjelp av ringene 146. Når imidlertid septumkamrene 140, 142 og 144 anvendes, er mengden av argonlekkasje fra septumkammeret 144 inn i det evakuerte kammer i kammerhuset 52 ganske liten, og eventuelt argon som lekker inn i kammerhuset 52, kan pumpes bort via ledningen 54. absolutely. This device limits the pressure difference which makes leakage possible between the septum chambers 144 and 142. In addition, a further pump (not shown) is connected via a line 156 and a valve 158 to the septum chamber 140 to keep the working pressure lower than lOOOyUm. Additional septum chambers may be required which will vary with the roughness of the conduit 122 and the sealing effect achieved by means of the rings 146. However, when the septum chambers 140, 142 and 144 are used, the amount of argon leakage from the septum chamber 144 into the evacuated chamber in the chamber housing 52 quite small, and any argon that leaks into the chamber housing 52 can be pumped away via the line 54.

På grunn av den usikkerhet som råder hva gjelder ledningens 122 overflateruhet og den mulige lekkasje-mengdevariasjon fra operasjon til operasjon, kan det virkelige argontrykk i kammerhusets 52 kammer variere i løpet av en gitt prosess. Det kan derfor være nødvendig å utføre den foreliggende fremgangsmåte ved en uavhengig ioniseringsmekanisme ved hjelp av et magnetfelt 80, slik at magnetfeltet 80 opprettes i området rundt profilen 124 hvor plettering er nødvendig, ved innføring av magneten 76. Fordampende atomer som passer gjennom elektroner som opp-viser spiralbevegelse i magnetfeltet 80, blir derfor ionisert ved kollisjon med slike elektroner og blir umiddelbart tiltrukket til den høye negative spenning som av kraftkilden 61 er påført på ledningen 122. Due to the uncertainty that prevails regarding the surface roughness of the conduit 122 and the possible leakage quantity variation from operation to operation, the actual argon pressure in the chamber housing 52 can vary during a given process. It may therefore be necessary to carry out the present method by an independent ionization mechanism using a magnetic field 80, so that the magnetic field 80 is created in the area around the profile 124 where plating is necessary, by introducing the magnet 76. Evaporating atoms that pass through electrons that up -shows spiral movement in the magnetic field 80, is therefore ionized by collision with such electrons and is immediately attracted to the high negative voltage applied by the power source 61 to the wire 122.

Det vil bemerkes at i den ovenstående beskrivelse av den foreliggende fremgangsmåte er det ikke nødvendig at en gass er tilstede for å oppnå ionisering. Det forekommer imidlertid tilfeller hvor behovet for filmjevnhet over sterkt ujevne overflater gjør det ønskelig, å tilsette en liten mengde inertgass for å oppnå materialspredning for å be-fordre den dannede films jevnhet. Det bør bemerkes at denne anvendelse av en inertgass, som f.eks. argon, ved et trykk under det typiske trykk av 10-20yUm som er nød-vendig for ionisering, er tilstrekkelig lavt til ikke uheldig å påvirke filmegenskapene ved at gassen blir inne-sluttet i den avsatte film. It will be noted that in the above description of the present method it is not necessary for a gas to be present to achieve ionization. However, there are cases where the need for film uniformity over highly uneven surfaces makes it desirable to add a small amount of inert gas to achieve material dispersion to promote the uniformity of the formed film. It should be noted that this use of an inert gas, such as argon, at a pressure below the typical pressure of 10-20 µm which is necessary for ionization, is sufficiently low not to adversely affect the film properties by the gas being trapped in the deposited film.

Som angitt ovenfor blir profilen 124 belagt i vakuum. Selv om en plugg vil kunne anbringes inne i ledningen 122 for å holde profilen 124 i vakuum, er det en fordel ifølge oppfinnelsen at begge profiler 124 og 126 belegges under anvendelse av den samme vakuumpumpe for å unngå omkostninger og tid for å pumpe ledningen 122 til et vakuum to ganger. As indicated above, the profile 124 is vacuum coated. Although a plug could be placed inside the line 122 to keep the profile 124 in vacuum, it is an advantage according to the invention that both profiles 124 and 126 are coated using the same vacuum pump to avoid the cost and time of pumping the line 122 to a vacuum twice.

En endehettemontasje 170 gjør det derfor mulig å avsette An end cap assembly 170 therefore makes it possible to deposit

en materialfilm på profilen 126 samtidig med avsetningen av et materiale på profilen 124 for derved å trekke den fulle fordel av vakuumpumpesysternet i kammerhuset 52. a material film on the profile 126 at the same time as the deposition of a material on the profile 124 in order to thereby take full advantage of the vacuum pump system in the chamber housing 52.

Endehettemontasjen 170 innbefatter et hettestykke 172 med en rekke tetninger 174, 176 og 178, hvorav én, som f.eks. tetningen 178, hviler mot ledningens 122 ende. Når vakuum pumpes gjennom ledningens 122 indre, vil derfor tetningen 178 bli tett presset av kraften av atmosfærisk trykk, og hetten 172 vil rotere sammen med ledningen 122. The end cap assembly 170 includes a cap piece 172 with a series of seals 174, 176 and 178, one of which, e.g. the seal 178 rests against the end of the wire 122. Therefore, when vacuum is pumped through the interior of the line 122, the seal 178 will be tightly pressed by the force of atmospheric pressure, and the cap 172 will rotate together with the line 122.

En legemedel 180 er roterbart montert i endehetten 170 og kan være laget av en hvilken som helst plast som er godt isolerende og har lav friksjon og varmemotstand, som den plast som selges under varemerket Teflon<®>. Legemet 180 kan gripes av en klemme 181 og hindres i å rotere. En egnet fronttetning 182 og en O-ringtetning 184 hindrer lekkasje. En egnet fordampningsinnretning, som et filament 190, står via elektriske ledere 194 som strekker seg gjennom legemet 180, i forbindelse med en kraftkilde 192. En magnet 196 anvendes og er fortrinnsvis anordnet inne i ledningen 122 nær profilen 126 i det område hvor plettering er ønsket, for å tilveiebringe en konsentret elektronsky for kollisjons-ionisering. Magnetiske kraftlinjer 198 fra magnetene 196 fanger opp elektroner sem på grunn avtermisk-ionisk emisjon forlater det oppvarmede filament 190. Atomer av fordamp-ningsinnretningen blir derfor positivt ionisert i elektron- A body member 180 is rotatably mounted in the end cap 170 and may be made of any plastic that is good insulator and has low friction and heat resistance, such as the plastic sold under the trademark Teflon<®>. The body 180 can be gripped by a clamp 181 and prevented from rotating. A suitable front seal 182 and an O-ring seal 184 prevent leakage. A suitable evaporation device, such as a filament 190, is via electrical conductors 194 extending through the body 180, in connection with a power source 192. A magnet 196 is used and is preferably arranged inside the wire 122 near the profile 126 in the area where plating is desired , to provide a concentrated electron cloud for collisional ionization. Magnetic lines of force 198 from the magnets 196 capture electrons which, due to thermal-ionic emission, leave the heated filament 190. Atoms of the evaporation device are therefore positively ionized in electron-

skyen og akselerert henimot ledningen 122 ved hjelp av den høye negative polaritet som forårsakes av kraftkilden 62. the cloud and accelerated towards the wire 122 by the high negative polarity caused by the power source 62.

Claims

1. Procedure for ion plating both ends (124,126)

of an elongated, tubular part (122), characterized in that each of the ends is enclosed in a chamber (52, 170), one of the chambers (52) is evacuated to thereby evacuate both chambers via the part (122), plating material (64, 190 ) is vaporized in each of the evacuated chambers near the ends (124,126), and a negative DC bias (61) is applied to the portion (122) to attract positive ions of vaporized plating material.

2. Method according to claim 1, characterized in that the tubular part (122) is rotated.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that a magnetic field (76, 196) is arranged. near both ends (124, 126).

4. Method according to claims 1-3, characterized in that parts of the rotating part are enclosed in septum chambers (140, 142, 144) located near one of the evacuated chambers.

5. Method according to claim 4, characterized in that the septum chamber (140) close to the evacuated chamber (52) is pumped downwards, and that the septum chamber (142, 144) nearest to the other side is supplied with an inert gas.

6. Method for ion plating both ends (124, 126) of an elongated, tubular part (122), characterized in that the first end (124) is enclosed in a chamber (52), while the second end (126) is arranged outside the chamber (52), the other end (126) of the part (122) is closed with a rotatable closing device (170), the chamber (52) is evacuated to thereby evacuate the area around both ends (124, 126), plating material (64, 190) is evaporated in the evacuated areas near the ends, and a negative DC bias (61) is applied to the part (122) to attract positive ions of vaporized plating material.

7. Method according to claim 6, characterized in that the tubular part (122) is rotated.

8. Method according to claim 6 or 7, characterized in that a magnetic field (76, 196) is arranged near each of the ends (124, 126) of the part (122).

9. Method according to claims 6-8, characterized in that material is evaporated inside the second end (126) and on the outside of the first end (124).

10. Method according to claim 8 or 9, characterized in that the magnetic field is provided by using magnets (76, 196) which are arranged on the inside of each end (124, 126) of the part (122).