一种配置热丝的电弧离子镀膜装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于材料表面改性领域，具体涉及一种配置热丝的电弧离子镀膜装置。在设备真空室的侧壁处相对设置热丝接线柱，每个热丝接线柱的一端通过真空室侧壁伸入真空室内，每个热丝接线柱穿设固定于真空室侧壁的一个热丝绝缘块上，每个热丝接线柱的另一端露在真空室外侧；相对设置的两个热丝接线柱露出真空室外壁的一端，分别通过导线接热丝电源的正极与负极，相对设置的两个热丝接线柱伸至真空室内的一端通过热丝连接，形成一组热丝发射热电子结构。在镀膜过程中，通过给热丝通电，使其发射热电子，热电子在迁徙过程中通过与气体分子或金属原子发生碰撞，使其发生电离，从而提高真空室内的等离子体密度，提高薄膜致密化程度及其沉积速率。

An arc ion coating device with hot wire

The invention belongs to the field of material surface modification, in particular to an arc ion coating device configured with hot wire. The side wall of the vacuum chamber of the equipment is relatively provided with hot wire terminal posts, one end of each hot wire terminal post is extended into the vacuum chamber through the side wall of the vacuum chamber, each hot wire terminal post is threaded on a hot wire insulating block fixed on the side wall of the vacuum chamber, the other end of each hot wire terminal post is exposed outside the vacuum chamber; the other end of the two hot wire terminal posts is exposed to the outer wall of the vacuum chamber, respectively through The wire is connected with the positive pole and the negative pole of the hot wire power supply, and the two hot wire terminals opposite to each other extend to one end of the vacuum chamber and are connected by the hot wire to form a group of hot wire emission hot electronic structure. In the process of coating, the hot wire is electrified to emit hot electrons. In the process of migration, the hot electrons collide with gas molecules or metal atoms to ionize them, so as to improve the plasma density in the vacuum chamber and the densification degree and deposition rate of the film.

【技术实现步骤摘要】
一种配置热丝的电弧离子镀膜装置
：本专利技术属于材料表面改性领域，具体涉及一种配置热丝的电弧离子镀膜装置。
技术介绍
：电弧离子镀技术由于其具有离化率高、沉积效率快、绕镀性好等优点，已在工、模具表面强化等领域获得了广泛应用，大大提高了这些工件的性能及使役寿命。但对于普通的生产型工业电弧离子镀设备而言，对于工件表面的镀膜沉积速率大多在1～3微米/小时范围内，这对于普通的钻头、铣刀等工具可满足要求，但对于磨损严重且承载较大的工件而言，如：汽车用活塞环等，一般需要沉积20微米厚的CrN涂层，这就使得需要的镀膜时间延长到6小时以上，使得镀膜效率明显降低。为了提高镀膜沉积效率，人们往往采用磁场来增加等离子体密度的方法。中国专利公开号CN103540900A(一种磁控电弧离子镀复合沉积工艺及沉积装置)提出在电弧离子镀装置中设置两套磁场发生装置，一套置于靶材后面，称为弧斑约束磁场发生装置，可加速弧斑运动速度；另一套磁场发生装置置于真空室外的等离子体传输通道外侧，可对等离子体进行聚焦，从而最终提高沉积效率，但是该方法需要专用的磁场发生装置及电源。中国专利公开号CN203174194U(一种多功能等离子体增强涂层系统)公开在靶材的正对面真空室壁上设置辅助阳极装置，使得镀膜过程中离化率提高，薄膜致密性提高，沉积效率有所改善。但需要指出的是，由于辅助阳极并非对称设置，这使得真空室内的电子运动路径往往从弧源一端运动到真空室的另一端，很有可能造成真空腔体内的等离子体密度分布不均匀，势必会对镀膜质量有影响。也有中国专利公开号CN106801216A(一种电弧离子镀沉积高质量精密涂层的设备和方法)提出了一种电弧离子镀沉积高质量精密涂层的设备和方法，其中包含了在真空室壁上设置热丝，热丝与热丝电源连接，且在其使用时主要用在镀膜前的溅射清洗中。中国专利公开号CN104561909A(一种离子渗氮及电弧离子镀膜的复合改性设备及方法)提出了一种离子渗氮及电弧离子镀膜的复合改性设备及方法，在真空室壁上也设置了热丝装置，并指出热丝装置的负极与直流电源负极相连，直流电源正极与真空腔室相连，并且将热丝装置用于等离子体渗氮过程中。以上两个中国专利尽管涉及了热丝装置，但明显并未用于镀膜过程，对镀膜过程中的等离子体密度无明显影响。因此，如何有效提高真空室内的等离子体密度并使其均匀分布，在保证镀膜质量的同时有效提高薄膜沉积速率仍是目前需要解决的一个重要问题。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种配置热丝的电弧离子镀膜装置，解决现有技术中存在的镀膜速率低等问题。本专利技术的技术方案是：一种配置热丝的电弧离子镀膜装置，在设备真空室的侧壁处相对设置热丝接线柱，每个热丝接线柱的一端通过真空室侧壁伸入真空室内，每个热丝接线柱穿设固定于真空室侧壁的一个热丝绝缘块上，每个热丝接线柱的另一端露在真空室外侧；相对设置的两个热丝接线柱露出真空室外壁的一端，分别通过导线接热丝电源的正极与负极，相对设置的两个热丝接线柱伸至真空室内的一端通过热丝连接，形成一组热丝发射热电子结构，该结构对称分布；工件转架台位于真空室内的底部，工件转架台上对称设置工件转架，基体偏压电源的负极与工件转架台连接，基体偏压电源的正极接真空室外壁并接地；在真空室的内壁上，设置与工件转架上的工件相对应的弧源靶材。所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，热丝接线柱通过热丝绝缘块与真空室侧壁绝缘，热丝绝缘块与真空室壁之间采用密封胶圈密封。所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，热丝接线柱采用紫铜制作的空心水冷结构。所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，真空室内壁与热丝之间设置表面抛光的、无磁不锈钢304制作的热丝反射罩，热丝反射罩单面朝着工件方向开口，其余面封闭，将热丝发射的热量往真空室中心部位反射。所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，热丝设置于立式电弧离子镀设备真空室壁两列靶材中间部位，热丝接线柱及热丝从上到下设置，平行于工件转轴，热丝连接于两个热丝接线柱之间并固定，热丝接线柱通过热丝绝缘块固定于真空室的侧壁上，热丝接线柱之间连接热丝，且热丝绝缘块与真空室侧壁之间采用密封胶圈密封。所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，在立式电弧离子镀设备中，热丝接线柱的具体位置按照整个工件的最大高度来确定，热丝长度与整个工件高度相同或高于工件长度30～100mm。所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，热丝设置于卧式电弧离子镀设备真空室壁两行靶材中间部位，热丝接线柱及热丝从左到右设置，平行于工件转轴，热丝连接于两个热丝接线柱之间并固定，热丝接线柱通过热丝绝缘块固定于真空室的侧壁上，热丝接线柱之间连接热丝，且热丝绝缘块与真空室侧壁之间采用密封胶圈密封。所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，在卧式电弧离子镀设备中，热丝接线柱的具体位置按照整个工件的最大长度来确定，热丝长度与整个工件最大长度相同或长于工件长度30～200mm。所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，在两个热丝接线柱之间热丝的根数和直径根据实际情况确定，热丝直径选择0.3～2.0毫米，根数为1～6根；两个热丝接线柱为一组，真空室侧壁上设置的热丝接线柱组对称分布。所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，该装置的使用方法如下：(1)将工件研磨并经镜面抛光后，在无水酒精中超声清洗10～30分钟，热风吹干后分组对称设置于工件转架上，每组工件分层均匀排布；(2)抽真空至真空室内真空度达到6×10-4Pa～4×10-2Pa时，通氩气、气压控制在0.2～2Pa之间；(3)开启弧光增强辉光放电离子刻蚀源，通过基体偏压电源对工件加负偏压-10V～-600V范围，且偏压渐进式增加，对工件进行辉光清洗30～120分钟；(4)调整Ar气流量，使真空室内气压调整为0.2～1.0Pa，同时开启弧源靶材，通过钛弧对工件沉积Ti过渡层1～20分钟；(5)通过基体偏压电源调整基体偏压为-10～-400V范围，通氮气，调整气压为0.3～4.0Pa，同时开启热丝电源，热丝电源电流调整为10～200A，沉积TiN层，沉积时间为20～180分钟；(6)沉积结束后，迅速关闭基体偏压，关闭钛弧电源开关，关闭热丝电源，停止气体通入，继续抽真空至工件随炉冷却至100℃以下，打开真空室，取出工件，镀膜过程结束。本专利技术的核心思想是：为了有效提高镀膜真空室内等离子体的密度，在真空室壁合适位置设置热丝，通过镀膜过程中热丝发射热电子，利用热电子与气体分子或金属原子的碰撞，提高真空室内的等离子体密度，进而有效提高镀膜沉积速率及薄膜致密度。同时，为了保证真空室内等离子体密度分布均匀性，热丝一般成对出现且设置在真空室壁对称位置上。在镀膜过程中，通过给热丝通电，使其发射热电子，热电子在迁徙过程中通过与气体分子或金属原子发生碰撞，使其发生电离，从而提高真空室内的等离子体密度，提高薄膜致密化程度及其沉积速率。本专利技术的优点及有益效果是：1、本专利技术采用在真空室内设置热丝的方法，利用热丝发射热电子，在电子迁徙过程中将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配置热丝的电弧离子镀膜装置，其特征在于，在设备真空室的侧壁处相对设置热丝接线柱，每个热丝接线柱的一端通过真空室侧壁伸入真空室内，每个热丝接线柱穿设固定于真空室侧壁的一个热丝绝缘块上，每个热丝接线柱的另一端露在真空室外侧；相对设置的两个热丝接线柱露出真空室外壁的一端，分别通过导线接热丝电源的正极与负极，相对设置的两个热丝接线柱伸至真空室内的一端通过热丝连接，形成一组热丝发射热电子结构，该结构对称分布；/n工件转架台位于真空室内的底部，工件转架台上对称设置工件转架，基体偏压电源的负极与工件转架台连接，基体偏压电源的正极接真空室外壁并接地；在真空室的内壁上，设置与工件转架上的工件相对应的弧源靶材。/n

【技术特征摘要】
1.一种配置热丝的电弧离子镀膜装置，其特征在于，在设备真空室的侧壁处相对设置热丝接线柱，每个热丝接线柱的一端通过真空室侧壁伸入真空室内，每个热丝接线柱穿设固定于真空室侧壁的一个热丝绝缘块上，每个热丝接线柱的另一端露在真空室外侧；相对设置的两个热丝接线柱露出真空室外壁的一端，分别通过导线接热丝电源的正极与负极，相对设置的两个热丝接线柱伸至真空室内的一端通过热丝连接，形成一组热丝发射热电子结构，该结构对称分布；
工件转架台位于真空室内的底部，工件转架台上对称设置工件转架，基体偏压电源的负极与工件转架台连接，基体偏压电源的正极接真空室外壁并接地；在真空室的内壁上，设置与工件转架上的工件相对应的弧源靶材。


2.按照权利要求1所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，其特征在于，热丝接线柱通过热丝绝缘块与真空室侧壁绝缘，热丝绝缘块与真空室壁之间采用密封胶圈密封。


3.按照权利要求1所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，其特征在于，热丝接线柱采用紫铜制作的空心水冷结构。


4.按照权利要求1所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，其特征在于，真空室内壁与热丝之间设置表面抛光的、无磁不锈钢304制作的热丝反射罩，热丝反射罩单面朝着工件方向开口，其余面封闭，将热丝发射的热量往真空室中心部位反射。


5.按照权利要求1所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，其特征在于，热丝设置于立式电弧离子镀设备真空室壁两列靶材中间部位，热丝接线柱及热丝从上到下设置，平行于工件转轴，热丝连接于两个热丝接线柱之间并固定，热丝接线柱通过热丝绝缘块固定于真空室的侧壁上，热丝接线柱之间连接热丝，且热丝绝缘块与真空室侧壁之间采用密封胶圈密封。


6.按照权利要求5所述的配置热丝的电弧离子镀膜装置，其特征在于，在立式电弧离子镀设备中，热丝接线柱的具体位置按照整个工件的最大高度来确定，热丝长度与整个工件高度相同或高于工件长度30～100mm。


7.按照权利要求1所述的配置热丝的电弧离...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彦辉，刘忠海，王海，于宝海，王英智，刘洋，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，沈阳乐贝真空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21