离子镀厚膜的方法及设备技术

镀厚膜的方法及设备是一种离子镀的方法及设备。在离子镀装置的真空室内设有逐次增加镀料的机构，如穿入真空室的加料爪。在真空室设置工件及在相应的坩埚放入镀料，用电子束轰击坩埚内的镀料，镀料熔化蒸发对工件进行镀一层后，在真空条件下逐次向坩埚添加镀料，对工件进行多层镀覆，能形成结合好、组织致密、合金元素分布均匀、硬度高、耐磨性和耐疲劳性优良的多层厚膜，其厚度可达２０微米以上。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
镀厚膜的方法是一种用离子镀覆多层金属膜，特别是合金膜，形成多层厚膜的方法。镀厚膜的设备是在离子镀覆设备设有逐次加料结构，即执行镀厚膜方法实现多层厚膜的设备。已有的离子镀膜方法是在离子镀装置的真空室内设置工件及在相对应的坩埚内放置镀料，在真空室内形成真空后，用电子束轰击坩埚内的镀料，使镀料熔化蒸发对工件进行镀覆。这样的镀膜方法不能镀较厚的膜。这样的单层膜连续镀到4微米厚以后容易在膜层内产生较大的内应力，造成膜层结合力不好，严重时会使膜层剥落或开裂，所以一般只镀成3～5微米的膜。特别是在镀合金膜时，合金中不同的元素的性质不同(如熔点、蒸汽压等不同)，会造成在镀膜开始阶段膜层将富集熔点低、蒸气压高的元素，在镀膜后阶段膜层将富集熔点高、蒸气压低的元素，最终在膜层中所含元素分布不均，影响了合金镀膜的性能。特开平2年6月26日公开的166271号日本专利文献记载的蒸着方法，是在离子镀装置的真空室内设置工件及在相对的坩埚内放置镀料，用电子束轰击坩埚内的镀料，使镀料熔化蒸发对工件进行镀覆。在镀料熔化蒸发对工件镀覆过程，通过改变工件与蒸发源之间的距离来形成多层膜，目的是增加膜层与工件基体的结合力。该方法只是将原来的单层膜分镀成多层膜，但无法补充在镀合金膜中各元素浓度分布差异较大的缺陷。这种设备所需的功率很大，所加工的工件又相对较小，设备结构较大，也不可能镀得厚膜。本专利技术的目的在于提供一种与工件基体结合力较强，镀成多层膜的离子镀厚膜的方法。提供一种实现镀多层厚膜的离子镀设备。本专利技术的离子镀厚膜的方法，是在离子镀装置的真空室安放工件及在相对应的坩埚内放入镀料，用电子束轰击坩埚内的镀料，镀料熔化蒸发对工件进行镀覆。其特征在于在镀覆过程，工件镀覆一层后，在真空条件下逐次向坩埚添加镀料，对工件进行多次的镀覆，形成多层的厚膜。由于是在不破坏镀覆真空条件下，逐次向坩埚添加镀料。多次在工件表面镀覆，每次只形成较薄(在5微米以下)的镀层，不会产生较大的内应力，使多层膜的结合力较好。多层叠加的膜可形成较厚的镀膜(可达20微米以上)。逐次向坩埚添加镀料可以用多种方式加入，采用多种加料机构，如用带电磁阀的加料斗，通过打开关闭电磁阀逐次向坩埚内加放碎的镀料，再如用插入真空室内的料匙逐次地向坩埚内加入部分镀料。为了能准确地掌握每次向坩埚内加入的镀料量，最好是通过穿入真空室的加料爪，逐次前移转动将装在各爪指上的镀料逐次加入坩埚。这样更能准确掌握每次对工件镀覆的厚度及总的多层镀覆厚度，并能确保镀层有较小内应力的厚膜。当镀料是合金镀料，镀料中含有两种或两种以上的元素，用逐次向坩埚添加合金镀料，分次对工件进行镀覆，镀成多层合金膜，由于把总的合金镀料分多次添加入坩埚，分逐次熔化蒸发对工件镀覆。每次的合金镀料都熔化蒸发镀覆到工件后再加入下一部分合金镀料。虽然每次镀覆的一层合金膜，膜内合金各元素分布有所差异。但每次镀覆比较薄的一层，各元素分布差异较小。多层元素分布差异较小的镀层叠加，形成的多层镀膜总的元素分布就趋向于均匀分布，大大减少了各元素分布不均差异的缺陷。为了进一步增加镀膜与元件表面的结合力，在第一次向坩埚放入的镀料为Ni或Cu等过渡性材料的打底镀料，以后再逐次加入形成主镀膜的镀料，以便在工件基体与主镀膜间形成一层Ni或Cu材料的过渡层。用过渡层的材料特性来过渡工件基体材料与主镀膜材料之间的特性差异。增加主镀膜与基体相互之间的亲合性，减少其相互之间冷热伸缩等差异。本专利技术的镀厚膜设备是一种实现本专利技术镀厚膜方法所使用的设备。该设备是离子镀装置。其结构特点在于在离子镀装置的真空管设有加料爪。加料爪的爪臂穿过真空室壁的封闭孔，加料爪的掌及部分爪臂位于真空室内，加料爪的臂另一端位于真空室外。加料爪的臂可装有转柄。通过推动或转动爪臂来逐次向坩埚加入镀料。镀料可以插套在爪指，也可挂在爪指。为使加料爪每次加料后能平稳定位，在加料爪臂加有定位销，在真空室壁内侧对应设有销槽。在用加料爪向坩埚加料后，回转后移将定位销卡入销槽，将加料爪定位。为了准确加入镀料，掌握加料的情况，在加料爪臂或柄设有与加料爪指相对应的标志或刻度。这能准确掌握加料爪在真空室内所处的位置和所处的角度。本专利技术的镀厚膜方法及设备与已有的技术相比具有如下优点1.能获得组织致密，与基体结合力好的多层厚膜。形成的多层厚膜内应力较小，不容易开裂和剥落。具有较好的硬度和耐磨性及耐疲劳性。2.形成的合金多层厚膜，合金元素分布均匀，与合金原材料成分性能相差极小。3.设备结构比较简单，操作使用方便，并能达到准确的控制镀覆膜的成份、厚度和层数。附图表示了一种本专利技术的镀厚设备。其中，附图说明图1为设备结构示意图。图2为设备的加料爪部分与坩埚及真空室壁的部分示意图，图3为加料爪向坩埚逐次加镀料的示意图。下面结合附图的实例进一步说明本专利技术的镀厚膜方法及设备。这种镀厚膜设备仍由原来的真空室8及在真空室内设置的电子枪、工件架、坩埚6构成。真空室带有可开启的密封端盖。在真空室壁开有圆孔5，并加有密封圈，再插装加料爪，构成本专利技术的镀厚膜设备。加料爪的爪掌部分1位于真空室内，爪臂2插过真空室臂的圆孔，外端连有圆柄4。加料爪的爪掌带有五支爪指，爪指间夹角θ为45°爪指前端带有弯钩。爪臂带有凸销3，对应的真空室壁内侧开有销槽。当打开真空室的端盖，将工件7装在工件架，在加料爪上分别装上镀料，并在坩埚6内加入一块镀料。关上端盖将真空室封闭抽真空。打开电子枪对坩埚内的镀料加热熔化蒸发。开始对工件镀覆。当坩埚内的镀料蒸发完，在工件镀第一层膜后，将加料爪前移。将爪掌移到坩埚上方，再转动加料爪45°，把装在第一爪指的镀料放入坩埚内。把加料爪回移回转，将凸销卡入销槽内定位。当坩埚内镀料再次蒸发完，在工件镀上第二层膜后，再前移加料爪转动90°把第二爪指的镀料放入坩埚。回移回转加料爪定位。再重复镀第三层膜、第四层膜、第五层膜、第六层膜。只是每次前移加料爪，转动角度递增46°。最后镀覆出多层的膜。实施例一，离子镀多层铝青铜(QA110-4-4)厚膜1.10克纯Cu置于石墨坩埚中;2.五块各重25克的铝青铜镀料分别挂于加料机构的五个爪指;3.工件经过严格清洗后装入离子镀装置真空室内的工件夹具上;4.按常规离子镀的方法先镀坩埚中的纯Cu料，约需20分钟;5.待纯Cu料镀完后，推移加料爪，顺时针转动90°角，加入第一块铝青铜镀料，再逆时针转动90°角，后拉加料爪，使凸销卡入真空室壁的销槽;6.镀第一层铝青铜镀料，约需45分钟;7.重复前移转动加料爪加入第二块铝青铜镀料，但是这次转动的角度为135°，再镀45分钟;8.重复前移转动加料爪加第三块铝青铜镀料，镀覆后，再加入第四、第五块铝青铜镀料，只是每次转动角度增加45°;9.五块铝青铜料逐次加入坩埚并镀完后，冷却至80℃，开启真空室门取出工件。这时工件上可以镀得20微米左右的多层铝青铜厚膜。实施例二离子镀多层不锈钢(1Cr18Ni9Ti)厚膜1.坩埚中加入10克纯Ni;2.四块20克的不锈钢镀料分别挂于加料机构的四个爪指上;3.工件严格清洗后装入离子镀装置真空室的工件夹具上;4.按常规离子镀方法镀纯Ni料，约20分钟;5.待纯Ni料镀完后，推入加料杆，顺时针转动90°角，加入第一块不锈钢镀料，逆时针转动90°本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镀厚膜的方法是在离子镀装置的真空室设置工件及在相对应的坩埚内放入镀料，用电子束轰击坩埚内的镀料，镀料熔化蒸发对工件进行镀覆，其特征在于：工件镀覆一层后，在真空条件下逐次向坩埚添加镀料，对工件进行多层镀覆。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨烈宇，顾卓明，王亮，
申请(专利权)人：大连海运学院，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]