[发明专利]真空镀膜装置及镀膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空镀膜装置及镀膜方法。

背景技术

如何减少金属零件腐蚀所造成的零件失效和材料损失一直是工程技术领域最重要的研究课题之一，电镀金属层(锌、铬、镍等)作为防腐蚀镀层已经得到了广泛应用并取得了良好效果。然而近年来，电镀废液带来的环境及材料浪费问题受到了越来越多的重视，开发新型无污染、节能且节约原材料的金属零件防腐蚀方法刻不容缓。

气相沉积(Vapor Deposition)是一大类在真空条件下完成的表面处理和镀膜的方法。磁控溅射(Magnetron Sputtering)和空心阴极放电(Hollow Cathode Discharge)作为其中的两种方法，均得到了广泛地应用。磁控溅射方法利用磁场的电子运动，使溅射靶材可以在“高速、低温”条件下被溅射到待处理零件的表面；空心阴极放电利用等离子体放电时管状内表面附近形成的“等离子体鞘层”，使内表面附近的气体分子离化率得到大大提高。

利用磁控溅射方法和空心阴极放电方法镀制防腐蚀镀层已在生产实践中得到了应用。如利用磁控溅射方法镀制铬、氮化铬，但此类方法存在如下的缺点：沉积速率较低，镀层结合力较低，靶材利用率低，且容易污染真空室内其它结构。另外，磁控溅射通常使用平面靶材及平面溅射源，零件需要复杂的转动机构才能在回转表面上镀制所需要的镀层。

利用空心阴极放电方法已被用来制备类金刚石(DLC)镀层。由于采用的是化学气相沉积的办法，该方法可以在回转表面上均匀镀制相应镀层。然而，化学气相方法能镀制的材料种类有限，且需要较高温度，所以此类方法的应用也受到了限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够一次性在待处理零件的回转面上镀制所需要的镀层、通过更换靶材镀制不同材质及不同使用用途的镀层、镀膜过程对零件热作用小、不会导致基体材料性能变化的真空镀膜装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：真空镀膜装置，包括呈筒状的带有夹层的冷却水套，所述冷却水套的两端分别设置端盖进行密封，所述端盖与所述冷却水套之间通过紧固机构绝缘连接，其中一个端盖上设有供待处理零件进入所冷却水套的第一通孔，另一个端盖上设有抽真空接口、工作气体接口以及真空测量接口，所述冷却水套的夹层内设有多个间隔布置的环形磁体。

本发明还提供利用所述的真空镀膜装置进行真空镀膜的方法，包括以下步骤：

(1)对待处理零件进行镀膜前处理；

(2)将被镀材料制成管状靶材，然后将管状靶材贴附于冷却水套的内表面；

(3)对待处理零件进行定位密封安装，令待处理零件与真空镀膜装置绝缘；

安装轴类待处理零件时，将轴类待处理零件的待镀膜区置于真空镀膜装置的有效溅射区域，轴类待处理零件的外端经第一通孔留在真空镀膜装置外部，然后在轴类待处理零件的外端安装绝缘材料制成的轴封件，并且将轴封件与相应端盖之间密封固接；

安装非轴类待处理零件时，在非轴类待处理零件上连接一根轴类支撑件，然后将非轴类待处理零件的待镀膜区置于真空镀膜装置的有效溅射区域，轴类支撑件的外端经第一通孔留在真空镀膜装置外部，最后在轴类支撑件的外端安装绝缘材料制成的轴封件，并且将轴封件与相应端盖之间密封固接；

(4)对真空镀膜装置进行抽真空处理；

(5)充入工作气体，开启溅射电源和偏压电源，即可在待处理零件表面沉积被镀材料。

本发明的有益效果在于：本发明利用管状靶材的环状结构及环形磁体的环状布置特点，通电后的溅射过程兼具空心阴极放电和磁控溅射放电的特点，工作气体分子离化率高，溅射速率高，可以使膜材以高沉积速率沉积在待处理零件需要镀膜的区域。

通电后的溅射镀膜过程中，管状靶材、冷却水套、环形磁体共同形成溅射阴极，设有抽真空接口的端盖作为溅射阳极，设有第一通孔的端盖作为偏压接入端，通电后溅射阴极和溅射阳极之间发生等离子体放电，待处理零件需要镀膜的区域完全“浸没”在等离子体放电区域以内，在待处理零件上施加的偏压电位，可以使镀膜过程兼具偏压溅射的特点，所以镀层和待处理零件表面的结合力较高。

本发明溅射镀膜过程在管状靶材的内腔内完成，从管状靶材溅出的膜材可以沿径向方向镀制在待处理零件的表面，管状靶材和待处理零件之间无需相对运动，无需额外真空室结构及复杂的运动机构，即可在静止状态下完成镀膜过程。