[发明专利]一种深孔内镀膜的技术和设备

说明书

本发明公开了一种深孔内镀膜的技术和设备，包括两个阴极靶系统、两个磁过滤系统、真空室、翻转系统、陶瓷螺线管、工件系统、辅助阳极等。弯管为直流磁场、圆柱形真空室为强脉冲聚焦磁场、真空室内陶瓷管上缠绕的也为脉冲聚焦磁场。阴极靶工作时为可推进靶材，圆筒内壁镀膜前真空室内通入惰性气体Ar和氢气，通过辅助阳极和镀件内壁之间电晕放电进行表面清洗，清洗完后进行电弧沉积镀膜。本发明可镀膜的圆筒长径比可大于20∶1，其中孔的直径不小于20mm，膜层的厚度均匀性好于±15％，弥补了国内外在内壁镀膜的均匀性差，长径比受限的关键技术瓶颈。

技术领域

本发明是解决深孔内镀膜问题，具体技术是基于磁过滤沉积技术。

技术背景

随着科学技术的快速发展，对材料表面改性技术的要求越来越高，传统单一的表面改性技术已越来越难以满足工业生产上的技术要求；异形件的表面镀膜成为未来发展的方向之一。

近年来，一些表面改性复合技术不断问世并相继投入到产业中，并发挥着重要作用。例如磁控溅射技术与电弧离子镀技术的复合技术，兼容了磁控溅射技术可以沉积大面积和高均匀性的薄膜优点和离子镀技术制备高结合力薄膜的优点，提高了工艺实用性。再如多弧离子镀将多个弧源共同作用，不仅实现多元复合薄膜沉积，而且显著的提高了沉积效率，目前该技术在刀具、零部件加工产业中应用较为广泛。现表面沉积技术中如多弧离子镀、磁控溅射以及化学气相沉积等是其中非常重要的改性手段。但其存在一重要缺点，即对于孔内沉积膜层这些技术均不适用，特别是孔径比大的圆筒沉积均匀性更差。磁过滤阴极真空弧沉积技术是近年来发展起来的一种新型离子束薄膜制备方法，它通过磁过滤技术，过滤掉弧源产生的大颗粒和中性原子，得到无大颗粒的纯等离子束，有效地克服了普通弧源沉积方法中由于大颗粒的存在而产生的问题，制备的薄膜具有优异的性能，但现有磁过滤沉积技术重要的缺点仍是深孔镀膜能力有限，对一些大尺寸高孔径比的工件表面不能实现内表面均匀镀膜。深孔镀膜无论是国外还是国内都是一个制约其发展的技术瓶颈，目前仍未有相关深孔技术的报道。

发明内容

针对上述问题，本发明基于原有的磁过滤沉积系统，针对真空室结构、弧源靶结构，镀件及其旋转机构进行解构，提出了一种深孔镀膜技术和设备。

本发明实施例的目的之一是通过设计深孔镀膜设备有效地对离子束流进行深孔调控，实现能处理更大长径比的工件，同时能够大幅减低起弧电流和大幅提高阴极寿命。

进一步来讲：

该技术为磁过滤沉积技术；

沉积的圆筒可为金属、非金属或者不耐温的薄膜内壁，沉积的圆筒直径大于20mm，长度1.2-2m，膜层均匀性±15％；

圆筒内壁镀膜之前通过辅助阳极和阴极圆筒之间电晕放电进行表面清洗，通入的气体为Ar和H₂的混合气体，混合气体的比例Ar∶H₂为10∶1，放电电压为800V；

镀件圆筒内镀膜时两阴极靶起弧电流为20-90A；磁过滤系统磁场电流为1-5A；

圆柱真空室上强脉冲聚焦磁场为直流和脉冲电流混合，直流电流为1-2A，脉冲电流为1A-1KA，频率10Hz-1KHz，直流和脉冲电流的复合能明显提高等离子体的输运能力，提高等离子体的穿孔能力；

真空室内陶瓷管上缠绕的聚焦磁场为脉冲磁场电流为-1KA-1KA交替变化，频率为10Hz-1KHz，陶瓷管内磁场的交变；

陶瓷筒连带镀件圆筒在真空室内翻转，镀件通过电刷连接偏压，偏压为-1000-1000V交替变化，频率为10Hz-200Hz；

镀件与陶瓷筒之间通过陶瓷进行限位，为保证镀膜均匀性和束流强度，镀件直径和陶瓷筒直径差值不大于20mm；

可镀膜的长径比可高达20∶1，其中孔的直径不小于20mm，膜层的厚度均匀性好于±15％。