[实用新型]带过滤屏的阴极弧离子镀装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及等离子体材料表面强化技术领域，特别涉及一种带过滤屏的阴极弧离子镀装置。

背景技术

阴极弧离子镀是目前最常用的工模具表面强化技术之一。阴极弧离子镀是采用电弧放电的方法，在固体的阴极靶材表面存在的微凸起尖端产生高电流密度的场致发射，由于电流局部集中产生的热量使温度上升，又产生热电子，场致发射转化微热-场致发射，进而微凸起蒸发并被电离，同时，因离子轰击微凸起，使其熔化并形成小熔池。熔池内在熔化金属和中性粒子因离子轰击与等离子体一道喷发出来，飞溅喷射到沉积生长的涂层表面，弧光辉斑在阴极靶材表面上激烈地无规则运动，使放电持续进行，并不断地有等离体和中性粒子以及微小熔液滴沉积到涂层表面，在工件表面镀覆一层涂层。这种装置不需要熔池，可以多角度的布置靶源，涂层均匀性好，设备与夹具设计简单。阴极弧离子镀技术离化率高，入射粒子能量高（大约为几十电子伏），膜层致密度高，膜层与基体界面产生原子扩散，膜基附着强高好，沉积速度快，适用于大多数金属与合金材料涂层的制备。

现有阴极弧离子镀装置主要的缺点是在高的功率下，不断地有微小金属液滴喷溅和沉积到所制备的镀层内部和表面，造成涂层表面粗糙，过多的微液滴会严重降低涂层的性能，更重要的是这一缺点使阴极弧离子镀技术不能用来制备高质量的表面涂层。

目前的解决方案主要是采用磁过滤阴极弧沉积技术，可以很好的过滤电弧产生的液滴，在涂层沉积技术上已得到应用。磁过滤阴极弧等离子体源主要由两部分组成：弧放电系统和磁过滤系统。弧放电系统主要由阴极，阳极，触发极及其供电系统组成，用来产生金属等离子体；磁过滤系统由一定口径和弯曲角度的磁导管（包括直管，45^o弯管，90^o弯管，S型弯管等）和磁场电源系统组成，它主要用来过滤放电系统产生的微金属液滴和宏观中性粒子。磁过滤装置在阴极表面形成的磁场将影响弧斑的运动，并将弧斑分裂细化，使其加速，从而缩短了弧斑在一个位置上的停留时间，降低了每斑的电流密度，减少金属液滴的发射。通过磁场导向将等离子体沿管道导出，金属液滴和中性粒子由于不受磁场控制而被壁屏蔽掉。虽然磁过滤系统可以较好的去除阴极弧放电产生的微金属液滴，但也过滤了绝大多数的中性粒子，许多等离子体在传输过程中损失掉，导致其效率低，使沉积速度严重降低。由于磁场约束作用，使得过滤出口处的金属等离子体密度分布集中，呈高期分布，且目前磁过滤口径一般较小，金属等离子体密度的高期分布以及过小的金属等离子体引出面积难以保证较大工件的镀层均匀性，严重阻碍了磁过滤系统在较大工件上的处理，且磁过滤弯管设备结构复杂，设备较昂贵。

公告号为CN2333716Y的实用新型专利，公告了一种等离子体型多弧源-磁控溅射镀膜机，它包括真空室，在真空室上联接有真空排气装置，真空室中安装有工件架，在真空室的底部安装有E型电子枪，同时在真空室中还安装有等离子体源、磁控溅射源和阴极弧源。但它仍未能解决上述阴极弧离子镀装置存在的缺陷。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种带过滤屏的阴极弧离子镀装置，能够能效的抑制金属液滴的产生，且能过滤阴极弧源产生的较大颗粒的金属液滴，获得较高表面质量的金属氮化物涂层，且设备简单，沉积速度快，膜基结合力好。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带过滤屏的阴极弧离子镀装置，包括真空室、电源与控制装置和供气设备，真空室上连有抽真空设备和循环水冷却设备，真空室内设有旋转工件支架，所述真空室侧壁上均布有多个前端与真空室连通的阴极弧源， 阴极弧源分别与电源与控制装置和供气设备连接，阴极弧源的前端口上设有网状过滤屏。真空室是镀膜的主要场所，本实用新型的真空室具体为一个圆筒状的不锈钢炉，不锈钢炉为阳极，不锈钢炉的炉壁中空，便于冷却水的循环，循环水冷却设备的冷却水进入中空的炉壁内以控制炉体的温度，抽真空设备由多台真空泵组成，用于将不锈钢炉抽真空，旋转工件支架在工作时会做公自转，旋转工件支架下面的凸台是公自转机构，阴极弧源采用圆形内水冷结构的金属靶，采用机械方式的引弧装置起弧，阴极弧源通过螺栓固定于不锈钢炉上，网状过滤屏能过滤阴极弧源产生的较大颗粒的金属液滴，获得较高表面质量的金属氮化物涂层，且设备简单，沉积速度快，膜基结合力好。 

作为优选，网状过滤屏的尺寸与阴极弧源前端口的尺寸相配。这样可防止大颗粒的金属液滴绕过网状过滤屏而射到工件表面，导致工件表面涂层的质量降低。