本实用新型专利技术公开了PVD与HIPIMS制备超硬DLC涂层设备，采用多层膜复合技术，利用PVD过程与HIPIMS方法，通过阴极与阳极偏压调节和乙炔气体流量控制，设计一种工业化的制备类金刚石涂层设备，实现工件表面的超硬度类金刚石涂层设备，并使涂层具有超高硬度，高耐摩擦性能，高耐磨损性能和高自润滑性能；本实用新型专利技术涂层工艺简单，复合涂层条件精确可控，成膜质量高，性能稳定，产品成品率高，成本低廉；具有超高硬度和优异的自润滑抗摩擦磨损性能；本新型涂层设备设置有四套规模化涂层单元，生产质量稳定可靠、可应用于大批量生产，有利于降低生产成本，实现产业化。
【技术实现步骤摘要】
一种PVD与HIPIMS制备超硬DLC涂层设备
本技术涉及一种类金刚石涂层制备技术设备领域，特别涉及一种PVD与HIPIMS制备超硬DLC涂层设备。
技术介绍
采用表面PVD (物理气相沉积Physical Vapor Deposit1n)涂层能大幅度地改善和提高工件的表面性能，如硬度、耐磨性、抗摩擦性、耐腐蚀性等，提高工件型腔表面抗擦伤、抗咬合等特殊性能。PVD涂层已经成为绝大多数工件提高寿命和效率不可缺少的手段并被广泛应用于各领域，已经取得了良好的效果。PVD进行涂层时必须考虑工件材料、热处理、被加工材料、成型方式等不同情况，否则会影响涂层性能，造成资源浪费，所以研宄各类钢工件表面PVD涂层方法与处理工艺显得尤为重要。 常用的PVD沉积方法有多弧离子镀、过滤阴极弧、磁控溅射、离子束DLC，其中多弧离子镀具有薄膜附着力强，绕射性好、膜材广泛、膜层质量好等优点；磁控溅射具有成膜速率快、膜的粘附性好等优点，所以多弧离子镀和磁控溅射是较常用的PVD沉积方法。 类金刚石膜涂层(Diamond-1 ike Carbon)，简称DLC涂层；类金刚石(DLC)薄膜是一种含有一定量金刚石键(sp2和sp3)的非晶碳的亚稳类的薄膜。薄膜的主要成分是碳，因为碳能以三种不同的杂化方式sp3、sp2和spl存在，所以碳可以形成不同晶体的和无序的结构。DLC碳膜可以被掺杂不同的元素得到掺杂的DLC(N-DLC)薄膜。它们中的C都是以sp3、sp2和spl的键合方式而存在，因而有诸多与金刚石膜相似的性能。 类金刚石(DLC)膜具有许多与金刚石相似或相近的优良性能，如硬度高、弹性模量高、摩擦系数低、生物相溶性好、声学性能好、电学性能佳等。DLC薄膜发展到今天，已经为越来越多的研宄者和工业界所熟知和关注，在工业各领域都有极大的应用前景。目前DLC薄膜已经在航空航天、精密机械、微电子机械装置、磁盘存储器、汽车零部件、光学器材和生物医学等多个领域有广泛的应用，是具有重要应用前景的高性能的无机非金属薄膜材料。 美国已经将类金刚石薄膜材料作为21世纪的战略材料之一，业界类金刚石膜的研宄、开发、制备及应用正向深度和广度推进，类金刚石制备的方法很多:如离子束辅助沉积、磁控溅射、真空阴极电弧沉积、等离子体增强化学气相沉积、离子注入法等；但不同的制备方法，DLC膜的成分、结构和性能有很大的差别，现有技术中高功率脉冲磁控溅射靶(highpower impuls magnetron sputter)，简称HIPIMS与PVD技术存在的不足是:1、难以实现大批量、大面积、质优的DLC膜的实际应用，大多数沉积设备或装置属于实验室原型设备，制备成本高；还无法工业化大批量生产，产业化程度低；2、制备的DLC涂层质量不稳定，涂层附着力差，膜层厚度极其微薄(I ym左右)，无法满足高运动付，高频率摩擦的狭窄工件表面涂层DLC的质量要求；3、简单DLC涂层在硬度、摩擦性能、磨损性能方面兼容性能不佳。，为了解决这一问题，本技术采用多层膜复合技术。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术提供了一种PVD与HIPMS制备超硬DLC涂层设备，针对现有技术中的缺陷，采用多层膜复合技术，利用PVD过程与HIPMS方法，设计一种工业化的制备类金刚石涂层方法与设备，实现工件表面的超硬度类金刚石涂层设备，并使涂层具有尚附着力，超尚硬度，尚耐摩擦性能，尚耐磨损性能和尚自润滑性能。 为达到上述目的，本技术的技术方案如下:一种PVD与HIPMS制备超硬DLC涂层设备，包括设备框架、设备操控屏、涂层单元、中井通道、阳极、涂层室门、直流伺服电机、行星工件架、卫星支架、工件台、真空腔室、真空接口、冷却水接口、气体进口、气体出口、工件基体、加热器、HIPMS、非平衡磁控阴极、磁性隔栅、非磁性隔栅、保护罩、永磁体、电磁线圈、高纯石墨靶、直流脉冲器、刻蚀抛面、磁场阵列、阳极电源、阴极电源、偏压电源、基体电源、刻蚀植入电源、电气柜、电源柜、温度传感器、真空表，其特征在于: 高功率脉冲磁控溅射靶，简称为HIPMS ;所述非平衡磁控阴极(Unbalancemagnetron)，简称为UBM ;所述PVD与HIPMS制备超硬DLC涂层设备，简称涂层设备，由设备框架、涂层单元、控制系统、真空系统、冷却系统、供气系统、驱动系统、监测系统组成；所述设备框架为矩形不锈钢结构，由不锈钢方通焊接构成；所述设备框架上部固定设置有四个涂层单元，所述涂层单元为八棱柱形密封腔体，由不锈钢板焊接构成；所述四个涂层单元通过八棱柱形的一个侧面装配构成四棱柱形的中井通道，所述四个涂层单元立式并列设置；所述涂层单元对应于所述设备框架四角方向上设置有涂层室门，以便于装入或者取出工件以及设备部件的检修更换，所述涂层室门与真空腔室通过铰接方式侧向开合；所述控制系统包括设备操控屏、电气柜、电源柜，所述设备框架前方操作台上设置有设备操控屏，所述设备操控屏是所述涂层设备的控制中心，配置有控制、调节、监测的系统软件，通过触摸屏窗口进行集中操控；所述操作台下方设置有电气柜，所述设备框架下方设置有电源柜；所述真空系统包括真空接口、真空阀门、涡轮分子泵、罗茨泵以及旋转式机械泵组成，所述真空接口与所述中井通道顶部密封固定连接，所述中井通道与所述四个涂层单元的真空腔室设置有真空阀门，所述真空阀门由控制系统独立控制，实现涂层单元各个真空腔室的真空控制与调节；所述真空接口由涂层设备后上方引出，并通过真空管道与所述涡轮分子泵、罗茨泵以及旋转式机械泵连通；所述冷却系统包括冷却水接口、冷却管道、冷水机组，所述冷却水接口设置于所述涂层设备的后下方，所述冷却水接口与所述真空腔室的夹层相通，并对所述真空腔室起冷却作用，同时通过冷却管道为HIPMS和UBM提供冷却水源，所述冷却水接口与所述冷水机组通过管道连接；所述供气系统包括气体进口、气体出口、气动调节阀门、气源、流量计。所述气体进口和气体出口分别设置在所述涂层单元的底部，为所述真空腔室提供气体，所述气体进口和气体出口通过气体管道与所述气源连通，所述气体管道上设置有气动调节阀门和流量计；所述驱动系统包括直流伺服电机和机械传动装置，所述直流伺服电机通过所述机械传动装置与卫星工件架机械连接，所述直流伺服电机固定设置在所述设备框架的二侧，所述涂层单元底部独立设置有驱动系统；所述监测系统包括温度传感器、真空表、流量计，所述温度传感器和真空表设置于所述涂层单元的顶部；所述控制系统与涂层单元、真空系统、冷却系统、供气系统、驱动系统、监测系统电气连接，并通过所述控制系统对所述涂层设备整体运行进行控制与调节。 所述涂层单元设置有四个，所述涂层单元设置有八棱柱形状的真空腔室，所述真空腔室为多层不锈钢焊接构成，其夹层内设置有冷却水，并与所述冷却水接口连通；所述真空腔室的一个侧面上设置有涂层室门，所述真空腔室底部中心设置有卫星工件架，所述卫星工件架在所述直流伺服电机驱动下，围绕着中轴做旋转运动；所述卫星工件架上设置有底盘，所述底盘为圆形，所述底盘上方沿圆周设置有多个卫星支架，所述卫星支架与所述底盘通过卫星齿轮转动齿接，所述卫星工件架旋转的同时，位于所述底盘上的卫星支架同时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种PVD与HIPIMS制备超硬DLC涂层设备，其特征在于，包括设备框架、设备操控屏、涂层单元、中井通道、阳极、涂层室门、直流伺服电机、行星工件架、卫星支架、工件台、真空腔室、真空接口、冷却水接口、气体进口、气体出口、工件基体、加热器、HIPIMS、非平衡磁控阴极、磁性隔栅、非磁性隔栅、保护罩、永磁体、电磁线圈、高纯石墨靶、直流脉冲器、刻蚀抛面、磁场阵列、阳极电源、阴极电源、偏压电源、基体电源、刻蚀植入电源、电气柜、电源柜、温度传感器、真空表；高功率脉冲磁控溅射靶，简称为HIPIMS；所述非平衡磁控阴极，简称为UBM；所述PVD与HIPIMS制备超硬DLC涂层设备，简称涂层设备，由设备框架、涂层单元、控制系统、真空系统、冷却系统、供气系统、驱动系统、监测系统组成；所述设备框架为矩形不锈钢结构，由不锈钢方通焊接构成；所述设备框架上部固定设置有四个涂层单元，所述涂层单元为八棱柱形密封腔体，由不锈钢板焊接构成；所述四个涂层单元通过八棱柱形的一个侧面装配构成四棱柱形的中井通道，所述四个涂层单元立式并列设置；所述涂层单元对应于所述设备框架四角方向上设置有涂层室门，所述涂层室门与真空腔室通过铰接方式侧向开合；所述控制系统包括设备操控屏、电气柜、电源柜，所述设备框架前方操作台上设置有设备操控屏，所述操作台下方设置有电气柜，所述设备框架下方设置有电源柜；所述真空系统包括真空接口、真空阀门、涡轮分子泵、罗茨泵以及旋转式机械泵组成，所述真空接口与所述中井通道顶部密封固定连接，所述中井通道与所述四个涂层单元的真空腔室设置有真空阀门，所述真空阀门由控制系统独立控制，实现涂层单元各个真空腔室的真空控制与调节；所述真空接口由涂层设备后上方引出，并通过真空管道与所述涡轮分子泵、罗茨泵以及旋转式机械泵连通；所述冷却系统包括冷却水接口、冷却管道、冷水机组，所述冷却水接口设置于所述涂层设备的后下方，所述冷却水接口与所述真空腔室的夹层相通，所述冷却水接口与所述冷水机组通过管道连接；所述供气系统包括气体进口、气体出口、气动调节阀门、气源、流量计；所述气体进口和气体出口分别设置在所述涂层单元的底部，为所述真空腔室提供气体，所述气体进口和气体出口通过气体管道与所述气源连通，所述气体管道上设置有气动调节 阀门和流量计；所述驱动系统包括直流伺服电机和机械传动装置，所述直流伺服电机通过所述机械传动装置与卫星工件架机械连接，所述直流伺服电机固定设置在所述设备框架的二侧，所述涂层单元底部独立设置有驱动系统；所述监测系统包括温度传感器、真空表、流量计，所述温度传感器和真空表设置于所述涂层单元的顶部；所述控制系统与涂层单元、真空系统、冷却系统、供气系统、驱动系统、监测系统电气连接，并通过所述控制系统对所述涂层设备整体运行进行控制与调节。...
【技术特征摘要】
1.一种PVD与HIPMS制备超硬DLC涂层设备，其特征在于，包括设备框架、设备操控屏、涂层单元、中井通道、阳极、涂层室门、直流伺服电机、行星工件架、卫星支架、工件台、真空腔室、真空接口、冷却水接口、气体进口、气体出口、工件基体、加热器、HIPMS、非平衡磁控阴极、磁性隔栅、非磁性隔栅、保护罩、永磁体、电磁线圈、高纯石墨靶、直流脉冲器、刻蚀抛面、磁场阵列、阳极电源、阴极电源、偏压电源、基体电源、刻蚀植入电源、电气柜、电源柜、温度传感器、真空表；高功率脉冲磁控溅射靶，简称为HIPMS ;所述非平衡磁控阴极，简称为UBM ;所述PVD与HIPIMS制备超硬DLC涂层设备，简称涂层设备，由设备框架、涂层单元、控制系统、真空系统、冷却系统、供气系统、驱动系统、监测系统组成；所述设备框架为矩形不锈钢结构，由不锈钢方通焊接构成；所述设备框架上部固定设置有四个涂层单元，所述涂层单元为八棱柱形密封腔体，由不锈钢板焊接构成；所述四个涂层单元通过八棱柱形的一个侧面装配构成四棱柱形的中井通道，所述四个涂层单元立式并列设置；所述涂层单元对应于所述设备框架四角方向上设置有涂层室门，所述涂层室门与真空腔室通过铰接方式侧向开合；所述控制系统包括设备操控屏、电气柜、电源柜，所述设备框架前方操作台上设置有设备操控屏，所述操作台下方设置有电气柜，所述设备框架下方设置有电源柜；所述真空系统包括真空接口、真空阀门、涡轮分子泵、罗茨泵以及旋转式机械泵组成，所述真空接口与所述中井通道顶部密封固定连接，所述中井通道与所述四个涂层单元的真空腔室设置有真空阀门，所述真空阀门由控制系统独立控制，实现涂层单元各个真空腔室的真空控制与调节；所述真空接口由涂层设备后上方引出，并通过真空管道与所述涡轮分子泵、罗茨泵以及旋转式机械泵连通；所述冷却系统包括冷却水接口、冷却管道、冷水机组，所述冷却水接口设置于所述涂层设备的后下方，所述冷却水接口与所述真空腔室的夹层相通，所述冷却水接口与所述冷水机组通过管道连接；所述供气系统包括气体进口、气体出口、气动调节阀门、气源、流量计；所述气体进口和气体出口分别设置在所述涂层单元的底部，为所述真空腔室提供气体，所述气体进口和气体出口通过气体管道与所述气源连通，所述气体管道上设置有气动调节阀门和流量计；所述驱动系统包括直流伺服电机和机械传动装置，所述直流伺服电机通过所述机械传动装置与卫星工件架机械连接，所述直流伺服电机固定设置在所述设备框架的二侧，所述涂层单元底部独立设置有驱动系统；所述监测系统包括温度传感器、真空表、流量计，所述温度传感器和真空表设置于所述涂层单元的顶部；所述控制系统与涂层单元、真空系统、冷却系统、供气系统、驱动系统、监测系统电气连接，并通过所述控制系统对所述涂层设备整体运行进行控制与调节。2.根据权利要求1所述的一种PVD与...
【专利技术属性】
技术研发人员：慕恩慈沃迪，
申请(专利权)人：慕恩慈沃迪，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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