一种电弧离子镀装置制造方法及图纸

一种电弧离子镀装置，该装置由真空室、真空抽气系统、四组弧源和置于其前的转动挡板组成，其中，转动挡板包括清洗挡板及沉积栅网两种，悬挂于真空室上部的转动盘上，有效防止大颗粒污染涂层结构和降低性能，同时还能有效提高对基材加热、清洗和刻蚀以及离子注入效果，显著提高后续制备的硬质防护涂层与基材的结合力，可用于刀具、模具、机械零部件等表面制备硬质防护薄膜和涂层领域。

An Arc Ion Plating Device

【技术实现步骤摘要】
一种电弧离子镀装置
本技术涉及金属等基材表面防护、改性
，尤其涉及真空镀膜

技术介绍
物理气相沉积(PVD)是将原子或分子从气相中沉积到基体表面，包括蒸镀、溅射沉积、离子镀、脉冲激光沉积和扩散涂覆等工艺。切削刀具、模具、耐磨损零件等经物理气相沉积硬质涂层后，有效提高了其表面硬度、复合韧性、耐磨损性和化学稳定性能等，大幅度提高了工件的使用寿命。电弧离子镀技术是结合了蒸发与溅射技术而发展的一种PVD技术。在真空室内，金属靶材蒸发在气体放电中进行，通过碰撞和电子撞击形成气体和金属的离子，这些离子在电场中被加速飞向衬底并形成涂层。如果在薄膜或涂层的形成过程中通入活性气体（如N2、O2等），则会发生化学反应并得到各种化合物薄膜或涂层。电弧离子镀的主要优点在于靶材的离化率高，所制备的薄膜或涂层沉积速率快，并且薄膜或涂层结构致密。基于以上优点，工业界已广泛采用电弧离子镀技术用于硬质耐磨、抗高温氧化以及改性薄膜或涂层的制备。真空电弧放电为低电压大电流放电模式，其行为被金属靶材表面许多快速游动、高度明亮的阴极斑点所控制。电弧阴极斑点的产物是电子、金属离子、中性原子和熔化液滴。其中，金属离子是产物的主要部分。金属离子的发射能量比较大（10～100eV），发射方向具有发散性，并且随离开靶材的距离增加该发散性越明显。但是，电弧蒸发的一个重要问题是存在大金属液滴颗粒。金属液滴（大颗粒，下同）进入涂层将恶化所获涂层的质量（结构），并导致涂层的耐磨和耐蚀能力下降。解决大颗粒的一个方法是通过给弧源配备过滤装置从而将大颗粒与离子分离。已知的磁过滤装置是弧源通过一个成九十度角并内部封闭磁场的管子与沉积腔室相连。磁场能够引导电子沿曲线运动，然后通过电场使离子也沿着相同的轨迹运动，不改变运动轨迹的大颗粒碰撞到器壁上，这样就无法到达基材了。但是，这一方法最大的不足在于严重降低了沉积效率，因此应用较少。近年来，有研究者提出并证实，通过加速弧斑在弧源表面的运动可以减少大颗粒，但相应的技术研究还不够成熟。硬质涂层与基体材料良好的结合是其使役性能的重要保证。但是，由于硬质涂层与基体材料的结构（晶格常数）、硬度以及热膨胀性能存在较大差异，二者之间往往存在较大的应力，导致结合性能无法满足需要，同时也无法获得较厚的硬质涂层对基材进行防护。除对基片进行常规的前处理（机械研磨、抛光以及清洗）外，提高电弧离子镀硬质涂层与基材结合力的方法还包括沉积硬质涂层之前真空室内对基材前处理、加热以及沉积过渡层。真空室内基材前处理是物理气相沉积技术中一个重要步骤，传统（常规采用）方法一般包括辉光放电清洗和弧光放电清洗两个过程。但是，传统辉光放电存在基材表面刻蚀能量较小以及容易出现尖端燃烧问题。弧光放电依旧存在大颗粒问题。同时，在偏压的作用下，电弧源发射的金属离子的能量远高于惰性气体（工作气体）电离离子能量，不容易控制其对基材轰击的清洗效果，一些时候甚至给基材带来损伤；常规对基材加热的方法是在真空室内安装加热体，以红外辐射的形式对基材进行加热升温。这一方法的问题在于加热效率较低，同时加热体占据真空室一定的空间，使真空室内空间利用率降低。虽然在硬质涂层与基体之间加入一种另外的材料如靶材金属层（性能在两者之间）可以提高涂层与基体的结合力，但中间过渡层与基材依旧存在界面，导致结合力的提高有限。
技术实现思路
为了解决现有硬质涂层与基体材料结合技术存在的问题，本技术提供了一种弧离子镀装置及沉积硬质涂层工艺。本技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种电弧离子镀装置，包括真空室、真空抽气系统、弧源和置于转动挡板，真空室内中心处安装转架，真空室连接真空抽气系统，每组弧源的弧源阳极与真空室之间电位可实现悬浮与导通的切换，转动挡板包括清洗挡板和沉积栅网，清洗挡板和沉积栅网间隔均匀分布安装在真空室内的转动盘上，中空结构转动盘通过支撑组件安装于真空室内壁，转动盘连接驱动轮转动驱动装置，转动盘位于转架外侧。所述真空室内壁均匀分布安装四组弧源，其中一组弧源接地，转动盘上安装与另三组弧源对应的3组清洗挡板及与4组弧源对应的4组沉积栅网，清洗挡板和沉积栅网分别按90度均匀间隔排布。所述转动盘通过转动盘支撑组件安装于真空室内壁上，转动盘连接转动驱动装置的驱动齿。所述弧源为柱状弧源或平面弧源，平面弧源沿真空室高度方向每组弧源应由2-4个弧源组成。所述清洗挡板的尺寸为弧源的2-3倍，积栅网为50-200目的不锈钢网。所述清洗挡板和沉积栅网通过绝缘组件安装于转动盘上。所述弧源阳极为具有冷却水道的阳极。本技术的弧离子镀装置不仅能阻挡大颗粒向基材的运动，有效防止大颗粒污染涂层结构和降低性能，同时还能有效提高对基材加热、清洗和刻蚀以及离子注入效果，显著提高后续制备的硬质防护涂层与基材的结合力，可用于刀具、模具、机械零部件等表面制备硬质防护薄膜和涂层领域。附图说明图1是本技术电弧离子镀装置的纵向刨面结构示意图。图2是本技术电弧离子镀装置的清洗挡板转至弧源正前方的横向刨面结构示意图；图3是本技术电弧离子镀装置的沉积栅网转至弧源正前方的横向刨面结构示意图。图中：10、真空室，101、转架，11、真空抽气系统，12、弧源，120、弧源阳极，130、转动驱动装置，131、清洗挡板，132、沉积栅网，1301、驱动齿，1302、转动盘，1303、转动盘支撑组件。具体实施方式基本原理：常规弧光放电过程中的电弧弧源的阳极直接接地，电子从阴极靶面射出后，回到真空腔室的接地端，在这个过程中电子会与工作气体发生碰撞，并离化工作气体，虽然电弧放电过程中气体的离化效果较高，但电子的有效形成很短；本技术通过人为的将弧源的阳极与真空腔室（接地端）之间悬浮电位，同时阳极背面采用悬浮电位的挡板进行遮挡，这样在弧光放电过程中，电子的有效运动行程大大的提高，在运动过程中会进一步的离化工作气体；同时，本技术采用转动挡板对弧光放电中的金属离子及金属大颗粒进行了遮挡，这有利于等离子体的纯洁性（不含有金属离子及大颗粒）可以更好的对基材进行清洗；本技术采用转动挡板其主要的作用为：一、利用清洗挡板对弧光放电过程中的金属离子及大颗粒的遮挡，可有效获得高能气体离子，对基材进行等离子清洗；二、利用清洗挡板及沉积栅网独立装配在转动盘上，可实现清洗挡板带电，沉积栅网电位悬浮的效果，这样，就可以利用清洗挡板、弧光放电、转架三者之间不同的电位，所引起的不同的粒子从弧光放电中溢出，实现对等离子体的控制，从而进行不同的工艺过程，其具体过程如下：当清洗挡板带负电、转架带正电时，弧光放电中的电子受清洗挡板电场作用溢出，金属离子及大颗粒沉积在清洗挡板上，溢出的电子受带正电的转架的电场吸引，轰击转架上的基材，提升基材的温度；当清洗挡板带负电，转架带负电时，溢出的电子将向弧源的阳极运动，在运动过程中，会离化工作气体，离化的工作气体受转架负电电场的影响，轰击转架上的基材，从而实现对基材的清洗，若转架负电电势增大，可实现工作气体（氮、碳）的离子注入；当清洗衬板带正电，转架带负电时，弧光放电过程中的金属离子受电场作用溢出，并受转架负电的影响，轰击转架上的基材，从而实现高能金属离子对基材的清洗，若转架负电电势增大，可实现金属离子的离子注入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电弧离子镀装置，其特征在于：包括真空室（10）、真空抽气系统（11）、弧源（12）和置于转动挡板，真空室（10）内中心处安装转架（101），真空室（10）连接真空抽气系统（11），每组弧源（12）的弧源阳极（120）与真空室（10）之间电位可实现悬浮与导通的切换，转动挡板包括清洗挡板（131）和沉积栅网（132），清洗挡板（131）和沉积栅网（132）间隔均匀分布安装在真空室（10）内的转动盘（1302）上，中空结构转动盘（1302）通过支撑组件安装于真空室（10）内壁，转动盘（1302）连接驱动轮转动驱动装置（130），转动盘（1302）位于转架（101）外侧。

【技术特征摘要】
1.一种电弧离子镀装置，其特征在于：包括真空室（10）、真空抽气系统（11）、弧源（12）和置于转动挡板，真空室（10）内中心处安装转架（101），真空室（10）连接真空抽气系统（11），每组弧源（12）的弧源阳极（120）与真空室（10）之间电位可实现悬浮与导通的切换，转动挡板包括清洗挡板（131）和沉积栅网（132），清洗挡板（131）和沉积栅网（132）间隔均匀分布安装在真空室（10）内的转动盘（1302）上，中空结构转动盘（1302）通过支撑组件安装于真空室（10）内壁，转动盘（1302）连接驱动轮转动驱动装置（130），转动盘（1302）位于转架（101）外侧。2.根据权利要求1所述的一种电弧离子镀装置，其特征在于：所述真空室（10）内壁均匀分布安装四组弧源（12），其中一组弧源（12）接地，转动盘（1302）上安装与另三组弧源（12）对应的3组清洗挡板（131）及与4组弧源（12）对应的4组...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，马槽伟，
申请(专利权)人：大连维钛克科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：辽宁,21