[其他]一种空心阴极放电离子镀刀具装置

说明书

本实用新型属于表面沉积技术，是利用空心阴极放电技术在高速钢刀具表面沉积涂层。

用物理气相沉积法在高速钢刀具表面沉积涂层最先在日本获得成功。1979年末日本用2微米厚的氮化钛涂层获得提高滚齿刀寿命三倍的结果，从此日本株式会社开始定型生产空心阳极离子镀设备，并作为商品在国内外市场上大量出售，国内十多个单位都在引进涂层设备，每项都耗资几十万甚至几百万美元，如从日本引进的IPB－30型空心阴极离子镀设备150万人民币一台，迟迟尚未正常运转，据说还需从日本进口一整套庞大的清洗设备。继日本之后，美国Multi－Arc公司于1981年末在高速钢刀具上用了多弧离子镀法涂覆氮化钛层又获得成功，85年初从美国引进一台多弧设备110万美元，至今一年多，也尚未正常运行，1981年以来我国也开始了离子镀刀具设备研究，均取得了一定的进展，但目前还未形成生产能力，三机部301所采用清华大学核能所研制的装饰镀设备进行刀具镀工艺性研究，尚未批量生产。

本实用新型的目的是，提供一种改进的具有结构简单，操作方便，运行可靠的空心阳极放电离子镀刀具的装置，它具有刀具镀涂层均匀，附着力强，硬度高，耐磨损的优点。

本实用新型的任务是通过下述技术方案实现的。

本离子镀膜机主要由真空镀膜室以及和它联系的真空系统、充气系统，水冷系统，电控系统和装卸料车等组成，其真空镀膜室又由空心阴极离子镀枪、水冷铜坩锅、工件转动夹具，烘烤加热炉，轰击溅射电极及隔热屏蔽板等部件组成，其特征在于本装置采用空心阴极枪与坩埚成60°～80°角度方位布置，将坩埚聚焦线圈放置于真空室外，工件转动夹具采用整体可拆卸框架式三轴自转结构。

图1空心阳极离子镀装置工作原理图

图2为工件转动夹具侧视图和俯视图

本装置工作原理如图1如下：

设有聚焦线圈〔1〕和水冷辅助阳极〔2〕的空心阴极离子镀枪内的空心钽管〔3〕是电子发射极（阴极），盛有钛料的水冷铜坩埚〔4〕是蒸发源（阳极），安装在坩埚上方转动架上加有负偏压的是被镀工件〔5〕，工作时首先将镀膜室抽真空至10^－5托，然后通过钽管〔3〕向真空室通入氩气，在真空度处于10^－1～10^－2托条件下接通钽管〔3〕和辅助阳极〔2′〕间的直流高压引弧电源，使辅助阳极〔2〕和钽管〔3〕间产生异常放电，被离化的氩离子在电场作用下不断地轰击钽管〔3〕，使钽管温度迅速上升到2300～2400°K钽管产生热电子发射，当接通主电源并切断引弧电源后，高密度的电子束在电场和聚束磁场作用下，射到水冷铜坩埚〔4〕上，使金属钛迅速熔化和蒸发，被蒸发的钛和通入的氮气在等离子体中被电离和激活，在带有负偏压的工件作用下，以较大的能量沉积在工件表面形成牢固的氮化钛涂层。

本实用新型的进一步结构特征是：

1.空心阳极离子镀枪是由固定钽管的水冷电极杆、钽管屏蔽套和带有聚焦线圈的水冷辅助阳极组成。该枪与坩埚成60°～80°角方位布置，去掉了偏转线圈，使由辅助阳极引出的电子束可直接地射到坩埚上方约20～30毫米处，再射向坩埚中心。

2.坩埚是由水冷铜坩埚和放有被镀材料的石末衬组成将其聚焦线圈移到真空室外，因此没有放气源，且水冷坩埚与聚焦线圈轴向位置都可调动，可使电子束径恰好落在坩埚熔池中心

3.工件转动夹具如图2由三根传动轴〔1〕，传动齿轮〔2〕，固定框架〔3〕和绝缘滚轮〔4〕组成，刀具集中按装在夹具的中间部位（约240毫米范围内）处在坩埚〔5〕的正上方，本夹具仅采用工作自转简单的框架和石墨轴瓦结构，通过镀膜室内的导轨和镀膜室外的装卸料车的导轨相接，可整体装卸夹具。

本实用新型的优点和积极效果：

由于空心阳极离子镀枪偏转角度比现有技术偏转90°的枪不但电子束的行程距离缩短了，而且电子束很容易对准坩埚中心，因而可获得较高的蒸发速率，并减少功率消耗，去掉偏转线圈也减少了打弧的可能性，工作更可靠，钽管外的屏蔽套可防止污染，辅助阳极在起弧中起了重要作用，它采用水冷和线圈聚束结构可在550℃工况下连续工作。坩埚聚焦线圈移到了真空室外，因此无污染源，保证了镀膜质量，坩埚和聚焦线圈上下位置可调聚束效果好，本装置坩埚的聚焦线圈由于紧靠坩埚，因此比大电流的水冷聚焦线圈紧凑、简单、可靠。本装置的工件转动夹具可整体装卸，操作方便，结构简单，保证了高温导电工况下工作的可靠性。本装置可镀φ80×80滚刀9把／炉，经使用涂层刀具使用寿命可提高1～4倍，能满足机械加工工业部门生产氮化钛超硬涂层刀具的需要。