一种配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于材料表面改性领域，涉及一种配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置。在电弧离子镀设备上部中心的法兰位置处接一根或两根以上辅助阳极棒，辅助阳极棒通过绝缘块与法兰绝缘，辅助阳极棒由紫铜制作，采用空心水冷，辅助阳极棒接辅助阳极电源正极，辅助阳极电源负极接真空室外壁。在镀膜过程中，真空室内产生的电子在辅助阳极电场力的作用下发生迁徙，在迁徙过程中将气体分子电离，极大提高真空室内的等离子体密度，可有效提高镀膜沉积效率和薄膜致密度。本实用新型专利技术不仅适用于工业广泛应用的电弧离子镀设备，而且对于离化率较高的各种离子镀及高功率脉冲磁控溅射等技术同样适用，可有效提高其等离子体密度。

【技术实现步骤摘要】
一种配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置
：本技术属于材料表面改性领域，涉及一种配置中心辅助阳极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发挥重要作用。但对于普通的工业生产型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。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
：本技术的目的在于提供一种配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，解决镀膜速率低等问题。本技术的技术方案是：一种配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，在电弧离子镀设备的中心位置设置辅助阳极棒，辅助阳极棒通过绝缘块与法兰绝缘，绝缘块与法兰之间、辅助阳极棒与绝缘块之间分别通过密封胶圈进行密封，辅助阳极棒采用空心水冷结构，辅助阳极棒接辅助阳极电源正极，辅助阳极电源负极接真空室外壁；工件转架的一端设置工件转架台，基体偏压电源的负极与工件转架台连接；在真空室的侧壁上，设置与工件转架上的工件相对应的弧源靶材。所述的配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，辅助阳极棒设置于立式电弧离子镀设备上部的中心位置，辅助阳极棒通过立式电弧离子镀设备的上部中心法兰处进行固定。所述的配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，辅助阳极棒设置于卧式电弧离子镀设备的中心位置，辅助阳极棒通过卧式电弧离子镀设备的左端或右端中心法兰处进行固定。所述的配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，辅助阳极棒的具体位置是固定于立式电弧离子镀设备上部中心的法兰端面，辅助阳极棒上部伸出法兰端面，并在辅助阳极棒的伸出部分设置接线柱与辅助阳极电源正极连接，辅助阳极棒下部伸入到真空室内，辅助阳极棒的底部与工件转架台距离50～150mm，辅助阳极棒的直径在30～200mm范围内。所述的配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，辅助阳极棒的具体位置是固定于卧式电弧离子镀设备的左端或右端中心法兰端面，辅助阳极棒伸出中心法兰端面，并在辅助阳极棒伸出法兰端面的一侧设置接线柱与辅助阳极电源正极连接，辅助阳极棒的另一侧伸入到真空室内，辅助阳极棒的另一侧尾部与工件转架台距离50～150mm，辅助阳极棒的直径在30～200mm范围内。所述的配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，工件分组对称设置于工件转架上，每组工件分层均匀排布。所述的配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，辅助阳极棒采用紫铜材料，或者采用导热及导电效果较好的无磁不锈钢材料。本技术的核心思想是：为了有效提高镀膜真空室内等离子体的密度及利用效率，在等离子体空间内合适位置施加正电位的方法，即设置辅助阳极，辅助阳极上施加正电位(正偏压)，而真空室外壁接地为0电位，这样电子在辅助阳极电场力的作用下优先朝着辅助阳极发生迁徙，而不是优先沉积到真空室壁上，在迁徙过程中将气体分子电离，极大提高真空室内的等离子体密度，从而有效提高镀膜沉积效率和薄膜致密度。而且，为了保证真空室内等离子体密度分布均匀性，将辅助设置在整个真空室的中心位置。本技术的优点及有益效果是：1、本技术采用在真空室内设置中心辅助阳极的方法，利用辅助阳极电场对电子的吸引作用，在电子迁徙过程中将气体分子或金属原子电离，可有效提高等离子体密度，并使得镀膜沉积速率大大提高。2、本技术在真空室中心位置设置辅助阳极，辅助阳极相对于各个弧源距离基本相同，且电子向辅助阳极迁徙过程中的运动路径基本相同，使得整个真空室内的等离子体密度分布较为均匀，有利于整体镀膜质量的改善。3、本技术采用在真空室内设置中心辅助阳极的方法，辅助阳极棒设置在设备真空室的中心位置，阳极棒配置相对简单，在真空室内所占空间相对合理，且对镀膜工件的装炉量及弧源数量的配置无明显不利影响。附图说明图1是本技术的配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置示意图。图中，1基体偏压电源；2工件转架台；3工件转架；4弧源靶材；5真空室；6工件；7辅助阳极棒；8法兰；9绝缘块；10辅助阳极电源。具体实施方式：如图1所示，本技术是通过在设备的中心位置设置辅助阳极棒7，辅助阳极棒7通过绝缘块9与法兰8绝缘，绝缘块9与法兰8之间、辅助阳极棒7与绝缘块9之间分别通过密封胶圈进行密封，辅助阳极棒7由紫铜制作，采用空心水冷，辅助阳极棒7接辅助阳极电源10正极，辅助阳极电源10负极接真空室5外壁；工件转架台2位于设备的底部，工件转架台2上设置若干工件转架3，基体偏压电源1的负极与工件转架台2连接，基体偏压电源1的正极接真空室5外壁并接地。在真空室5的侧壁上，设置与工件转架3上的工件6相对应的弧源靶材4。本技术的弧源靶材4采用金属纯钛靶(或其它纯金属，如：铬、锆、铝等；或合金靶材，如：钛铝、钛硅、铝铬、铝铬硅等)，将工件6(304不锈钢样片)研磨并经镜面抛光，后在无水酒精中超声清洗20分钟，热风吹干后分组对称放置于工件转架3上，每组工件6分层均匀排布。抽真空至真空室5内真空度达到6×10-4Pa～1×10-2Pa时，通氩气、气压控制在0.2～1Pa之间，开启弧光增强辉光放电离子刻蚀源(含义是采用弧光放电使其产生电子，电子将通入的惰性气体(一般为氩气)电离，且在工件转架台上施加负偏压，进一步产生辉光放电，该刻蚀源的最大优势是利用弧光放电产生的点子进一步增强辉光放电效果)，通过基体偏压电源1对工件6加负偏压-10V～-1000V范围，且偏压渐进式增加，对工件进行辉光清洗30～120分钟；然后调整Ar气流量，使真空室内气压调整为0.2～1.0Pa，同时开启金属纯钛靶(或其它纯金属，如：铬、锆、铝等；或合金靶材，如：钛铝、钛硅、铝铬、铝铬硅等)，通过钛弧对工件6沉积Ti过渡层1～5分钟；通过基体偏压电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，其特征在于，在电弧离子镀设备的中心位置设置辅助阳极棒，辅助阳极棒通过绝缘块与法兰绝缘，绝缘块与法兰之间、辅助阳极棒与绝缘块之间分别通过密封胶圈进行密封，辅助阳极棒采用空心水冷结构，辅助阳极棒接辅助阳极电源正极，辅助阳极电源负极接真空室外壁；工件转架的一端设置工件转架台，基体偏压电源的负极与工件转架台连接；在真空室的侧壁上，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】
1.一种配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，其特征在于，在电弧离子镀设备的中心位置设置辅助阳极棒，辅助阳极棒通过绝缘块与法兰绝缘，绝缘块与法兰之间、辅助阳极棒与绝缘块之间分别通过密封胶圈进行密封，辅助阳极棒采用空心水冷结构，辅助阳极棒接辅助阳极电源正极，辅助阳极电源负极接真空室外壁；工件转架的一端设置工件转架台，基体偏压电源的负极与工件转架台连接；在真空室的侧壁上，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所述的配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，其特征在于，辅助阳极棒设置于立式电弧离子镀设备上部的中心位置，辅助阳极棒通过立式电弧离子镀设备的上部中心法兰处进行固定。


3.按照权利要求1所述的配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，其特征在于，辅助阳极棒设置于卧式电弧离子镀设备的中心位置，辅助阳极棒通过卧式电弧离子镀设备的左端或右端中心法兰处进行固定。


4.按照权利要求1所述的配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，其特征在于，辅助阳极棒的具体位置是固定于立式...

【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：新型
国别省市：辽宁;21