一种电子增强等离子体放电管内壁涂层的方法技术

一种电子增强等离子体放电管内壁涂层的方法，它有六大步骤：一、待处理管内壁涂层前清洁处理：二、组装一种电子增强等离子体放电管内壁涂层装置；三、完成对真空室的抽真空，通过惰性气体馈送管道通入惰性气体，再通过待处理管进入绝缘罩，通过质量流量控制器控制通入真空室中的惰性气体的流量；四、通过外加电源给阴极靶台提供负脉冲电压，并设定预定的电压值及占空比，完成对管内壁的清洗；五、通过粒子馈送管道通入气态或者汽态的沉积用的粒子，通过外加电源给阴极靶台提供负脉冲电压，并设定预定的电压值及占空比，完成对管内壁的涂层；六、完成对真空室的放气，取出待处理管，完成管内壁涂层。本发明专利技术在表面材料改性领域里有实用价值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，它有六大步骤：一、待处理管内壁涂层前清洁处理：二、组装一种电子增强等离子体放电管内壁涂层装置；三、完成对真空室的抽真空，通过惰性气体馈送管道通入惰性气体，再通过待处理管进入绝缘罩，通过质量流量控制器控制通入真空室中的惰性气体的流量；四、通过外加电源给阴极靶台提供负脉冲电压，并设定预定的电压值及占空比，完成对管内壁的清洗；五、通过粒子馈送管道通入气态或者汽态的沉积用的粒子，通过外加电源给阴极靶台提供负脉冲电压，并设定预定的电压值及占空比，完成对管内壁的涂层；六、完成对真空室的放气，取出待处理管，完成管内壁涂层。本专利技术在表面材料改性领域里有实用价值。【专利说明】—种电子增强等离子体放电管内壁涂层的方法
本专利技术属于低温等离子体物理与化学领域中材料表面改性
，涉及到。可用于金属及非金属毛细管，军工枪管炮管，海上钻井和天然气输送系统，输送腐蚀性材料的管道和阀门内部，汽车发动机气缸和活塞部件等的内表面改性处理。
技术介绍
在工业生产中有大量的金属管内壁涂层的需求，特别是对于管状工件，例如石油行业中的抽油泵泵筒、化工管道、输油管道，以及军事领域，特别是海军舰艇上配置的舰炮炮管以及鱼雷发射管等在恶劣环境下工作的内壁急需强化处理，普通的处理方法无法满足内部的表面强化要求。而在电子、医疗、光学行业中，非金属材质管状工件如石英毛细管，是气相色谱仪、毛细管电泳仪、毛细管液相色谱仪及微流体一起的关键部件必要材料之一，这些工件由于内壁的磨损、腐蚀、氧化而发生早期失效。因此开发具有抗磨损、抗腐蚀、抗氧化的表面改性技术及工艺，是目前管内壁涂层领域急需解决的难题。相比较于工件的外表面而言，管状工件内壁涂层技术上的难题是:一是由于所需处理的区域位于管内部，一些处理方法很难实施。二是即使方法实施起来也很难得到一个很好的效果，尤其是对于一些很长或者很细或者异形管，膜厚的均匀性、膜基的结合力均不能得到保证。对于金属材质的管内壁涂层，最早人们提出用电镀和化学镀来进行处理。但是化学镀由于常常使用有害化学药品，污染环境；电镀尽管减少了使用有害的化学药品，且涂层效果有一定提高，但是在使用过程中仍存在结合力较差而容易剥落的问题。武汉工程大学的马志斌，汪建华，万军，何艾华，张磊专利技术了一种在石英圆管内或外壁镀(类)金刚石薄膜的方法及装置(专利技术专利:200710051833.0)。该方法先利用微波激励工作气体放电在两个同轴放置的石英圆管之间产生圆筒状的等离子体，再利用等离子体化学气相沉积技术在内石英管的外壁或外石英管的内壁镀金刚石或类金刚石薄膜。然而该方法中电子回旋共振产生的等离子体区域长度较短，仅能在很短的区域镀膜，故不适用于长管。同时该方法的实现装置复杂，需要大功率的微波电源，成本很高。中科院金属研究所的赵彦辉，于宝海，肖金泉专利技术了一种用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在长管内表面沉积薄膜的方法(专利技术专利:201310329125.4)。该方法将待处理的细长金属管置于管型真空室内，在金属管状工件的中心轴向放置一钨丝电极，向金属管内通入工作气体，在钨丝电极和真空室壁之间施加直流脉冲或射频信号，激励放电以产生等离子体。该方法将管内壁作为产生等离子体的电极，管必须为导体，所以只能在金属管内壁沉积。目前复合材料在工业中的使用越来越广泛，该方法无法对复合材料镀膜。同时PECVD技术中，当管的内径变得越来越小时，辉光放电难以维持在管内部，导致该方法仅能用于沉积直径大于IOmm的管。德国的拉尔夫.斯坦专利技术了一种等离子体辅助化学气相沉积方法与装置(在中空主体的内壁上进行等离子体辅助化学气相沉积的方法与装置。本专利技术专利:200780026008.3)，是将待处理的中空主体放入真空室，大面积的射频电极放置于真空室内部，将气燃喷抢放入中空主体内，通入气体后，通过向RF电极施加射频电场，点燃等离子体腔，在气燃喷枪的尖端形成等离子体云，实现在中空主体内壁镀膜。该装置可以沉积DLC、TiOx, SiO2等镀层。但是由于气燃喷枪外径的限制，不能在内径低于20mm的管内壁镀膜。
技术实现思路
1、目的:本专利技术的目的在于针对
技术介绍
中所存在的上述不足和缺陷，提供，解决现有方法不适用于直长细管和异形管，仅能用于沉积直径大于IOmm的管，沉积速度慢且只能在金属管内壁涂层的而不能在非金属管内壁涂层的问题。2、技术方案待处理管的一端与绝缘短管连接，再接到接地且材质为导电材料的气体馈送管道的出口。另一端与端面中心开孔的绝缘罩相连，绝缘罩放在阴极靶台上。以上装置均放置在真空室内。本专利技术工作时，首先完成对系统的预先抽真空，通过气体馈送管道通入气态或者汽态的沉积用的粒子，再通过待处理管进入绝缘罩中。可采用惰性气体作为载体，在待处理管中保持较高的气体密度。由外加电源给工作台提供的负脉冲高压和接地的气体馈送管道出口分别成为点状空心阳极和大面积阴极，在两者之间形成聚焦电场，当电压大于起辉电压时，阳极和阴极之间产生辉光放电，靶台附近的等离子体中的离子被加速，电子被驱离，形成等离子鞘层，离子通过鞘层被加速，注入到靶台的同时产生二次电子。在聚焦电场作用下，电子向点状空心阳极运动且获得足够能量，并进入待处理管。在保持较高气体密度的待处理管内，电子与沉积用的粒子发生碰撞产生较强的辉光放电，而待处理管处于悬浮电位使得辉光放电产生的等离子体可以维持在管内，从而使离子沉积在管内壁，完成管内壁涂层的过程。整个表面改性过程中的真空度由真空系统来维持。综上所述，本专利技术，该方法具体步骤如下:步骤一:待处理管内壁涂层前清洁处理:通过超声波清洗机对待处理管进行清洗,再用空气泵吹干管内壁。步骤二:组装一种电子增强等离子体放电管内壁涂层装置，对于沉积用的元素是固体或者液体，如图1所示，该装置由气体钢瓶，质量流量控制器，惰性气体馈送管道，加热腔体，加热装置，加热腔体外屏蔽罩，阀门加热装置，质量流量控制器，粒子馈送管道绝热装置，法兰盘，粒子馈送管道，绝缘短管，待处理管，绝缘罩，真空室，阴极靶台，工作台支架，真空泵排气口，绝缘陶瓷，待处理管出气口，点状阳极组成。它们之间的位置连接关系是:待处理管的一端与端面中心开孔的绝缘罩相连，绝缘罩放置在由工作台支架支撑的阴极靶台上，绝缘陶瓷位于工作台支架与真空腔体之间，以上部件均放置在真空室中，通过机械泵及分子泵使真空室达到真空状态，气体通过真空泵排气口排出，另外工作台支架与真空室外的负脉冲电源连接。待处理管的另一端通过绝缘短管与接地的粒子馈送管道连接，粒子馈送管道与真空室之间通过法兰盘连接，沉积用的固态或者液态元素放置在加热腔体中，加热腔体的外部有加热装置，加热腔体外屏蔽罩在加热腔体的外部，沉积用的固态或者液态元素受热蒸发后通过粒子馈送管道通入真空腔体，其流量由质量流量控制器控制，并配有阀门加热装置，粒子馈送管道外壁有粒子馈送管道绝热装置。此外，惰性气体通过气体馈送管道通入加热腔体，流量由 流量控制器控制。对于沉积用的元素是气体，如图2所示，他们之间的连接的关系是:真空室内的部分与图1所示的一致，在真空室外，沉积用的气体在气体钢瓶中，气体粒子通过气体馈送管道通入真空室，气体流量由质量流量控制器控制，气体馈送管道与真空室之间通过法兰连接。步骤三:完成对真本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子增强等离子体放电管内壁涂层的方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：待处理管内壁涂层前清洁处理：通过超声波清洗机对待处理管进行清洗，再用空气泵吹干管内壁；步骤二：组装一种电子增强等离子体放电管内壁涂层装置，对于沉积用的元素是固体或者液体，该装置由气体钢瓶，质量流量控制器，惰性气体馈送管道，加热腔体，加热装置，加热腔体外屏蔽罩,阀门加热装置，质量流量控制器，粒子馈送管道绝热装置，法兰盘，粒子馈送管道，绝缘短管，待处理管，绝缘罩，真空室，阴极靶台，工作台支架，真空泵排气口，绝缘陶瓷，待处理管出气口，点状阳极组成；待处理管的一端与端面中心开孔的绝缘罩相连，绝缘罩放置在由工作台支架支撑的阴极靶台上，绝缘陶瓷位于工作台支架与真空腔体之间，以上部件均放置在真空室中，通过机械泵及分子泵使真空室达到真空状态，气体通过真空泵排气口排出，另外工作台支架与真空室外的负脉冲电源连接，待处理管的另一端通过绝缘短管与接地的粒子馈送管道连接，粒子馈送管道与真空室之间通过法兰盘连接，沉积用的固态或者液态元素放置在加热腔体中，加热腔体的外部有加热装置，加热腔体外屏蔽罩在加热腔体的外部，沉积用的固态或者液态元素受热蒸发后通过粒子馈送管道通入真空腔体，其流量由质量流量控制器控制，并配有阀门加热装置，粒子馈送管道外壁有粒子馈送管道绝热装置；此外，惰性气体通过气体馈送管道通入加热腔体，流量由流量控制器控制；对于沉积用的元素是气体，真空室内的部分与上述一致，在真空室外，沉积用的气体在气体钢瓶中，气体粒子通过气体馈送管道通入真空室，气体流量由质量流量控制器控制，气体馈送管道与真空室之间通过法兰连接；步骤三：完成对真空室的抽真空，通过惰性气体馈送管道通入惰性气体，再通过待处理管进入绝缘罩，通过质量流量控制器控制通入真空室中的惰性气体的流量；步骤四：通过外加电源给阴极靶台提供负脉冲电压，并设定预定的电压值及占空比，完成对管内壁的清洗；步骤五：通过粒子馈送管道通入气态或者汽态的沉积用的粒子，再通过待处理管进入绝缘罩，通过质量流量控制器控制通入真空室中的气体流量，通过外加电源给阴极靶台提供负脉冲电压，并设定预定的电压值及占空比，完成对管内壁的涂层；步骤六：完成对真空室的放气，取出待处理管，完成管内壁涂层。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李刘合，许亿，罗辑，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11