[发明专利]一种沉积管内壁涂层的电弧离子镀设备

说明书

本发明属于管内壁薄膜沉积领域，具体来讲是一种沉积管内壁涂层的电弧离子镀设备。该设备包括置于真空室内的管状等离子靶材，管状真空聚焦永磁体，等离子弧引弧装置，其中，管状等离子靶材的两端通过绝缘密封法兰与真空室壳连接上，管状工件非接触套于管状等离子靶材上，两组以上的管状真空聚焦永磁体在管状等离子靶材管内沿管向按反向磁极顺序排放，聚焦控制分布电弧，离化弧靶材料。本发明可将镀膜材料的阴离子导入到管内壁更深的区域。本发明解决电弧离子镀沉积深管内壁深度不够、涂层不均匀的难题，提出一种在现有电弧离子镀技术的基础上制作简单、成本低廉、易于实施的设计思路，拓展电弧离子镀技术在沉积管内壁方面的应用范围。

技术领域

本发明属于管内壁薄膜沉积领域，具体来讲是一种沉积管内壁涂层的电弧离子镀设备。

背景技术

电弧离子镀(AIP)作为一种相对较新的物理气相沉积(PVD)薄膜的技术(也称为真空弧光蒸镀、多弧离子镀)由于镀层质量高、结合力好、成膜均匀、沉积速率快等优点，在机械工业、冶金、高温防护、装饰材料等方面得到广泛应用。

电弧离子镀的基本组成包括真空镀膜室、阴极弧源、工件、真空系统等。电弧离子镀的技术原理主要基于冷阴极真空放电理论，阴极弧源产生的金属等离子体自动维持阴极和镀膜室之间的弧光放电，弧斑的电流密度可达105～107A/cm2。在阴极附近形成的金属等离子体主要由电子、正离子、熔滴和中性金属原子组成，其中原子仅占很小比例，一般低于2％。对于单元素金属靶材，离子比例大约可达30％～100％，离子的动能一般在10eV～100eV范围内。

长期以来，电弧离子镀的研究集中在刀具、各种轴类、叶片等工件外表面沉积硬质涂层、装饰涂层、防护涂层方面，对于内表面的镀膜技术研究甚少。而在工业应用中，需要对内表面做改性处理的工件还有很多，尤其是管内壁的表面改性，例如：输油管道、化工管道、汽车的汽缸套、管状模具、各种枪管、炮筒等。这些工件因未经过有效的内表面改性，常常造成内壁的磨损和腐蚀而失效。因此研究出一种切实有效的电弧离子镀沉积管内壁涂层的技术，是电弧离子镀领域亟待解决的难题之一。

对于电弧离子镀沉积管内壁涂层，其困难主要在于，由于口径较小的管口对于等离子体具有屏蔽作用，阴极弧源喷射出的等离子体的浓度在管内空腔随着管深的增加而逐渐降低，不能得到连续均匀的薄膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沉积管内壁涂层的电弧离子镀设备，在现有电弧离子镀膜设备的基础上，通过改进结构设计，实现在深管内壁上制备出均匀、连续涂层的要求的沉积管内壁涂层。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种沉积管内壁涂层的电弧离子镀设备，该设备包括置于真空室内的管状等离子靶材、管状真空聚焦永磁体、等离子弧引弧装置；其中，管状等离子靶材的两端通过绝缘密封法兰与真空室壳连接上，管状工件非接触套于管状等离子靶材上，两组以上的管状真空聚焦永磁体在管状等离子靶材管内沿管向按反向磁极顺序排放，聚焦控制分布电弧，离化弧靶材料。

所述的沉积管内壁涂层的电弧离子镀设备，等离子弧引弧装置通过绝缘密封法兰安装在真空室上，等离子弧引弧装置包括露于真空室外部的旋转柄以及位于真空室内与旋转柄连接的引弧针，等离子弧引弧装置通过引弧针与直流电源的负极相通，等离子弧引弧装置通过旋转触发引弧。

所述的沉积管内壁涂层的电弧离子镀设备，真空室壳体与管状等离子靶材之间连接有直流电源，真空室壳体与直流电源的正极相连，管状等离子靶材与直流电源的负极相连，管状等离子靶材两端连接偱环水冷却装置。

所述的沉积管内壁涂层的电弧离子镀设备，绝缘密封法兰包括一面凹形的法兰I与一面凸形的法兰II，法兰I的凹形面与法兰II的凸形面相对应，形成凹凸配合中间非接触结构。

本发明的设计思想是：