一种非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及表面防护涂层领域，具体地说是一种非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，所述非平衡拱形轴向兼容磁场辅助离子镀装置具有支撑靶材的弧源主体、内耦合磁场发生装置，双层水冷的过渡传输法兰套与两套外耦合磁场发生装置（Ⅰ级、Ⅱ级外耦合磁场发生装置）、以及中间磁轭形成的多磁场结构适应性控制磁场组；通过靶材背面的内耦合磁场发生装置与传输法兰套上的两套外耦合磁场发生装置的配合，形成约束弧斑运动的靶面动态拱形磁场与传输空间轴向聚焦导引磁场兼容的复合磁场结构。本发明专利技术可达到既改善弧斑放电，控制弧斑运动，减少颗粒发射，又改善传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和密度等镀膜关键参数的双重效果。

Unbalanced dynamic arch compatible axial guiding magnetic field auxiliary ion plating device

The present invention relates to a surface protective coating field, in particular to a non-equilibrium dynamic compatible arch axial guide magnetic field assisted ion plating device, the non balance arch axial magnetic field assisted ion plating device compatible with the support of the main target arc source and inner coupling magnetic field generating device, double water transition set and two set of external transmission flange coupled magnetic field generator (grade I and II level of coupling magnetic field generating device), and magnetic yoke to form the intermediate structure adaptive control device with magnetic field group; through the coupled magnetic field generating device and transmission on the back of the target set by the two sets of flange coupling magnetic field, forming a composite magnetic field structure axial focusing target the dynamic magnetic field and the space constraints of transmission arch arc spot movement of the guiding magnetic field compatible. The invention can not only improve the arc discharge, arc spot motion control, reduce particle emission, the magnetic field distribution and improve the transmission space of the double effect to improve the transmission efficiency and the density of the key parameters of the plasma coating.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及表面防护涂层领域，具体地说是一种非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置。
技术介绍
表面防护涂层技术是提高工模具及机械部件质量和使用寿命的重要途径，作为材料表面防护技术之一的物理气相沉积技术，已在现代刀具、模具以及机械零件的应用方面取得了十分理想的效果。在实际应用中，高性能防护涂层必须具有高硬度、高韧性、低摩擦系数、良好的化学稳定性、较好的抗粘着能力和抗热磨损性能，以及特别重要的与基体有很好的结合性能。这就要求 镀层技术能够提供高的等离子体离化率、高的等离子体密度、高的粒子能量、较快的沉积速率以及较少的缺陷，而目前尚未有某种技术可以同时达到这些目标。物理气相沉积技术主要分为真空蒸镀、磁控溅射和离子镀三个类型，真空蒸镀和磁控溅射由于粒子能量和离化率低，导致膜层疏松多孔、力学性能差、难以获得良好的涂层与基体之间的结合力，严重限制了该类技术在防护涂层制备领域的应用。电弧离子镀的离化率高、等离子体密度高、粒子能量高、沉积速率快以及可低温沉积的突出优点使其在工模具镀上展现出其他镀膜方式所不具备的优势，是目前工模具及机械零件防护涂层制备的最佳工艺。离子镀源是电弧等离子体放电的源头，是离子镀技术的核心部件。为了产生高离化率、高离子密度、高粒子能量、高的等离子体传输效率以及较少的缺陷的等离子体，必须有合理的弧斑放电机制和控制以及等离子体在传输空间的有效高密度分布，而这都必须有合理的机械结构与磁场结构的配合。离子镀源磁场的设置必须有两方面的作用，一方面有效的改善弧斑放电，控制弧斑运动，减少颗粒发射，维持自持放电稳定发生；另一方面有效的改善传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和密度等镀膜关键参数。因此，必须同时考虑靶面附近的磁场和传输空间的磁场设计。而传统的离子镀源设计主要是考虑在靶材附近施加磁场来控制弧斑的运动,来提高放电稳定性和靶材刻蚀率,并没有同时解决等离子在传输空间分布的不均匀性，造成了等离子体传输空间及基体处离子密度的下降。或者是主要考虑了提高等离子传输效率，设置的磁场又对靶面附近的磁场分布造成了很大的影响，难以达到弧斑放电改善所需磁场状态，而弧斑的有效控制是产生优质等离子体的源头，因此没有完善有效的靶面附近的磁场设计，将不会有良好的等离子体的发生，而没有传输空间磁场的合理分布，将不会有高效高密度均匀的等离子体的传输，提供给高性能涂层制备所需的等离子体的量和质。因此，在离子镀源的设计中，如何提供复合的磁场，能够兼容靶面附近和等离子体传输空间的磁场分布，是性能优越的离子镀源所需考虑的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，达到既改善弧斑放电，控制弧斑运动，减少颗粒发射，又改善传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和密度等镀膜关键参数的双重效果。本专利技术的技术方案是:一种非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，具有支撑靶材的弧源主体、内耦合磁场发生装置，双层水冷的过渡传输法兰套与两套外耦合磁场发生装置:I级外耦合磁场发生装置和II级外耦合磁场发生装置、以及中间磁轭形成的多磁场结构适应性控制磁场组；通过靶材背面的内耦合磁场发生装置与传输法兰套上的两套外耦合磁场发生装置的配合，形成约束弧斑运动的靶面动态拱形磁场与传输空间轴向聚焦导引磁场兼容的复合磁场结构。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，内耦合磁场发生装置为永久磁体装置或者内耦合磁场发生装置线圈中心设置内耦合磁场发生装置铁芯构成，内耦合磁场发生装置设置于靶材的背面；I级外耦合磁场发生装置、II级外耦合磁场发生装置之间设置磁轭，I级外耦合磁场发生装置、磁轭、II级外耦合磁场发生装置设置于法兰套的外侧；或者，内耦合磁场发生装置为永久磁体装置或者内耦合磁场发生装置线圈中心设置内耦合磁场发生装置铁芯构成，内耦合磁场发生装置设置于靶材的背面，内耦合磁场发生装置铁芯外侧与内耦合磁场发生装置线圈之间设置内筒和外筒同轴围套的靶材底座，靶材底座底部设置靶材底座出水管、靶材底座进水管；I级外耦合磁场发生装置、II级外耦合磁场发生装置之间设置磁轭，I级外耦合磁场发生装置、磁轭、II级外耦合磁场发生装置设置于法兰套的外侧；或者，内耦合磁场发生装置为永久磁体装置或者内耦合磁场发生装置线圈中心设置内耦合磁场发生装置铁芯构成，内耦合磁场发生装置设置于靶材的背面，内耦合磁场发生装置的外侧设置内筒和外筒同轴围套的靶材底座，靶材底座底部设置靶材底座出水管、靶材底座进水管；I级外耦合磁场发生装置、II级外耦合磁场发生装置之间设置磁轭，I级外耦合磁场发生装置、磁轭、II级外耦合磁场发生`装置设置于法兰套的外侧。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，支撑靶材的弧源主体采用结构紧凑的特种多功能离子镀枪，电磁线圈围套在靶材底座后端的靶材底柱绝缘套周围，与靶材底柱内的磁轭一起形成内耦合磁场发生装置；或者，支撑靶材的弧源主体采用中间空隙宽敞的双层水冷靶材底座弧源头，永久磁体装置或单独磁轭或磁轭与电磁线圈装置一起放置于靶材后端靶材底座中间空隙内，形成内耦合磁场发生装置；内耦合磁场发生装置单独作用形成小尺寸靶面的轴对称发散磁场或大尺寸靶面的静态拱形磁场。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，内耦合磁场发生装置放置于靶材后面，由永久磁体装置或高导磁率磁轭及与永久磁体装置或高导磁率磁轭同轴放置的电磁线圈组成；两套外耦合磁场发生装置由电磁线圈组成，放置于靶材前面，与靶材同轴放置，I级外耦合磁场发生装置的中心与靶面平齐或高于靶面，II级外耦合磁场发生装置远离靶面放置。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，靶面的动态拱形磁场由内耦合磁场装置与I级外耦合磁场发生装置耦合作用形成，小尺寸靶材、或大尺寸靶材配合大尺寸永磁体或磁轭的内耦合磁场在靶面发散且与I级外耦合磁场磁极相反，大尺寸靶材配合小尺寸永磁体或磁轭的内耦合磁场在靶面闭合、其I级外耦合磁场极性动态变化，耦合磁场动态变化形成强度在10-150高斯量级动态拱形磁场之一:(I)内耦合磁场强度不变，由永久磁铁或磁轭与通直流电的电磁线圈产生，I级外耦合磁场强度动态变化，由通强度不断变化方向不变、或者强度方向均不断变化的交变电流的电磁线圈产生；(2)1级外耦合磁场强度不变，由通直流电的电磁线圈产生，内耦合磁场强度动态变化，由磁轭与通强度不断变化的交变电流的电磁线圈产生。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，聚焦导引磁场由I级外耦合磁场发生装置与II级外耦合磁场发生装置耦合作用形成，I级外耦合磁场与II级外耦合磁场均为轴向磁场，II级外耦合磁场强度不变，由通直流电的电磁线圈产生，形成强度在100-250G之间的聚焦导引磁场。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，内耦合磁场发生装置与两套外耦合磁场发生装置中的电磁线圈单独调节或者共同调节；电磁线圈通直流电，磁场强度由电流强度控制；电磁线圈通交流电，交流电形式为频率可调的直流偏置三角波、锯齿波、脉冲方波、半正弦波、正弦波及其他形式的交变电流，交变电流电压幅度可调，偏置电流电压幅度可调；交流电发生电源采用数字合成任意波信号发生器和功率放大器组成，或电晶体放大方式，或PWM脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，其特征在于，具有支撑靶材的弧源主体、内耦合磁场发生装置，双层水冷的过渡传输法兰套与两套外耦合磁场发生装置：Ⅰ级外耦合磁场发生装置和Ⅱ级外耦合磁场发生装置、以及中间磁轭形成的多磁场结构适应性控制磁场组；通过靶材背面的内耦合磁场发生装置与传输法兰套上的两套外耦合磁场发生装置的配合，形成约束弧斑运动的靶面动态拱形磁场与传输空间轴向聚焦导引磁场兼容的复合磁场结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郎文昌，
申请(专利权)人：温州职业技术学院，
类型：发明
国别省市：