[发明专利]一种环状工件内壁沉积金刚石涂层的方法

说明书

一种环状工件内壁沉积金刚石涂层的方法，包括下述步骤：阴极、阳极分体；环状工件安装到支撑环上，环状工件套装在阳极外围且与阳极同心放置；上升沉积台，使阳极上端面离辅助电极下端面10‑20mm；在阴极和辅助电极之间通入工作气体，磁场线圈通入电流，在阳极和阴极之间引燃电弧，阳极斑点在阳极边沿高速旋转，形成伞状弧帽；下降沉积台，将伞状弧帽调整于环状工件的中心；在引弧电极和辅助电极之间通入含碳气体，等离子体射流沿径向吹向环状工件内壁，在环状工件内壁沉积金刚石涂层。本发明阴极、阳极分离，工件置于阴极阳极之间，阳极的结构使高温气流以径向吹向环状工件内壁，气流与工件内壁垂直，能量集中，热效率高，金刚石涂层生长速度快，质量好。

技术领域

本发明涉及一种化学气相沉积金刚石涂层的方法，特别是一种环状工件内壁沉积金刚石涂层的方法。

背景技术

金刚石具有高耐磨性、高热导性和良好的绝缘性能，在工件表面沉积金刚石涂层已经广泛应用于机械加工、电子元器件等多种新材料、新技术领域。目前在工件内孔或内表面化学气相沉积金刚石涂层的方法主要有直流伸展电弧加热法、热丝法、直流电弧等离子体喷射法等。热丝法利用灯丝穿过环状工件内孔加热，能够在硬质合金拉拔模具内壁沉积出良好的金刚石涂层。单根灯丝热能少只能用于小孔工件，用多根灯丝编织成笼形在较大口径环状工件内壁沉积金刚石涂层，受灯丝数量和灯丝电流的限制，在工件内壁存在加热不均匀，沉积的金刚石涂层质量较差，目前见诸报道的可沉积的最大内孔直径不超过75mm。中国专利申请号CN201810237357.X公开了一种利用直流伸展电弧加热，在管状工件内壁沉积高品质金刚石涂层的方法，利用直流伸展电弧穿过工件内孔，可以在内径40一300mm，长度大于内径3倍的金属管内沉积金刚石涂层。但不足之处是受放电稳定性限制，直流伸展电弧只适用于管长大于管内径的长管，不能用于管长较短的大口径环状工件，并且工件材质只限于少数几种金属材料，不能用于非金属材料、半导体材料、绝缘材料，如硅，碳化硅，硬质合金等。中国专利申请号CN201910316045.2公开了一种利用直流电弧等离子体喷射法在拉拔模具内壁沉积金刚石涂层的方法及装置，利用直流电弧等离子炬的轴向气流穿过工件内孔，较好的解决了拉拔模具内壁沉积金刚石涂层。这种方法主要通过等离子体气体分子跟工件内壁的碰撞传热，存在的问题是随着工件内径增大，等离子体气体分子碰撞几率减少，传热效率降低，能量损失增大，因此不适合用于大口径环状工件。

发明内容

本发明的目的在于针对要解决的技术问题，提供一种环状工件内壁沉积金刚石涂层的方法，所述方法可在直径60mm以上的大口径环状工件内壁均匀、高效的沉积金刚石涂层。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种在环状工件内壁沉积金刚石涂层的方法，采用直流电弧等离子炬在环状工件内壁沉积金刚石涂层，包括下述步骤：

a、阴极、阳极为分体式设置，阴极安装在真空室上部，阴极外设有辅助电极，阳极安装在真空室下部中心位置的沉积台上；

b、将待沉积的环状工件安装到支撑环上，环状工件套装在阳极外围且与阳极同心放置；

c、上升沉积台，使阳极上端面离辅助电极下端面10-20mm；

d、在引弧电极和辅助电极之间通入氢气、氩气等工作气体，在阳极和阴极之间引燃电弧，电弧被工作气体压缩成细束，在磁场线包提供的磁场力的作用下，电弧的阳极斑点在环状阳极表面高速旋转，形成伞状弧帽；

e、下降沉积台，将伞状弧帽调整于环状工件的中心，此时阳极上端面与环状工件下端面基本平齐；

f、在引弧电极和辅助电极之间通入碳源气体，在旋转电弧的带动下，含碳的工作气体由径向吹向环状工件内壁，从环状工件上口和支撑环的排气孔中吹出，从而在环状工件内壁均匀的沉积金刚石涂层。