制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的高功率脈沖磁控濺射裝置及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在圓筒內(nèi)表面的物理氣相沉積(PVD)處理過程中，因?yàn)橥饨缧纬傻某练e粒子難以連續(xù)地進(jìn)入圓筒，即使能夠進(jìn)入，其進(jìn)入速度和流量很低，難以保證涂層沉積的效率，因此必須讓沉積粒子的形成過程發(fā)生在圓筒內(nèi)部，而這個(gè)過程一直是圓筒內(nèi)表面表面處理領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)圓筒內(nèi)表面的沉積，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出了很多方法，如錐形靶離子束濺射方法、共軸脈沖磁控放電技術(shù)、柵極增強(qiáng)等離子體源注入技術(shù)、空心陰極沉積方法等。這些方法能夠在圓筒內(nèi)部產(chǎn)生沉積粒子并在內(nèi)表面制備出涂層，但是由于沉積粒子的離化程度不高，涂層的結(jié)合力差，很難得到實(shí)際應(yīng)用。
[0004]高功率脈沖磁控濺射技術(shù)(HPPMS)，作為一種新的離子化物理氣相沉積技術(shù)，將傳統(tǒng)的直流濺射方式改變?yōu)槎堂}沖的瞬間高功率脈沖形式，使濺射靶材的離化率得到很大提升。當(dāng)陰極金屬離化率得到提高，再在基體加以負(fù)偏壓就可以實(shí)現(xiàn)離子輔助沉積的效果，大大改善了沉積涂層的質(zhì)量。由于脈沖作用時(shí)間很短，因此即使峰值電流遠(yuǎn)高于正常直流電源濺射，平均功率卻與之相差無幾，因此不會使濺射過程的器件受到高溫的影響，是當(dāng)前快速發(fā)展的涂層技術(shù)。如果能夠?qū)⒏吖β拭}沖磁控濺射技術(shù)與內(nèi)表面沉積技術(shù)結(jié)合在一起，就有可能解決當(dāng)前內(nèi)表面沉積技術(shù)存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種能解決當(dāng)前內(nèi)表面沉積技術(shù)存在的問題的制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置，該裝置包括圓柱形的靶材(30-100mm外徑)8、靶材座5、兩個(gè)尺寸和結(jié)構(gòu)完全相同的圓環(huán)形的永久磁鐵3、緊固盤2，圓柱形的磁鐵隔板4、絕緣環(huán)7和地電極6 ;所述的靶材座5的一端設(shè)置有與永久磁鐵3相配合的第一臺階，其中的一個(gè)永久磁鐵3設(shè)置在該第一臺階上，另一個(gè)永久磁鐵3設(shè)置在所述靶材座5的另一端，這兩個(gè)永久磁鐵3的磁極方向相同、并通過磁鐵隔板4隔開；所述的靶材座5在第一臺階的外側(cè)設(shè)置有與靶材8相配合的第二臺階，靶材8的一端套設(shè)在該第二臺階上；所述的緊固盤2位于靶材8的另一端、與靶材座5固定在一起、并使得緊固盤2緊貼在相應(yīng)的永久磁鐵3上；該靶材座5設(shè)置有用于通冷卻介質(zhì)的中空空腔，所述的地電極6通過所述的絕緣環(huán)7套設(shè)在靶材座5上，所述的靶材8與地電極6留有間隙，使得靶材8與地電極6之間絕緣。
[0007]作為優(yōu)選，所述的緊固盤2通過第一螺釘11與靶材座5固定連接。
[0008]作為優(yōu)選，所述的靶材座5由紫銅制成。
[0009]作為優(yōu)選，所述的地電極6通過第三螺釘13固定連接在絕緣環(huán)7上，該絕緣環(huán)7通過第二螺釘12固定連接在靶材座5上。
[0010]作為優(yōu)選，所述的永久磁鐵3和磁鐵隔板2的內(nèi)、外直徑相同。
[0011]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是:提供一種制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置的應(yīng)用。
[0012]為解決第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置在圓筒內(nèi)表面進(jìn)行涂層的方法，其步驟為:
[0013]I)將所述的制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置裝入圓筒零件中，要求革巴材的外徑小于圓筒零件內(nèi)徑30mm ；
[0014]2)將該裝置放入真空室中，抽真空至低于5X10 2Pa;
[0015]3)往真空室中通入Ar氣，然后將真空度調(diào)節(jié)到0.1-1OPa之間；
[0016]4)靶材座5通入冷卻水，在靶材8與地電極6之間施加300-900V的高功率脈沖，進(jìn)行高功率脈沖磁控濺射；
[0017]5)開動(dòng)外部的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使所述的制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置在圓筒內(nèi)部進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，速度0.1-lm/min
[0018]6)沉積 0.5-100 小時(shí)。
[0019]有益效果:采用該方法可以在圓筒內(nèi)部形成高密度的等離子體，當(dāng)在圓筒上施加一定的偏壓時(shí)，離子被加速到圓筒內(nèi)壁，形成致密的涂層，從而提高圓筒內(nèi)壁的抗磨損、耐腐蝕等性能。
【附圖說明】
[0020]圖1是內(nèi)筒零件涂層制備的高功率脈沖磁控濺射裝置立體圖；
[0021]圖2是內(nèi)筒零件涂層制備的高功率脈沖磁控濺射裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3是Cr涂層的SEM表面形貌；
[0023]圖4是Cr涂層的SEM截面形貌。
[0024]圖1中，11、第一螺釘，12、第二螺釘，13、第三螺釘2、緊固盤，3、永久磁鐵，4、磁鐵隔板，5、靶材座，6、地電極，7、絕緣環(huán)，8、靶材。
【具體實(shí)施方式】
:
[0025]—種制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置，該裝置包括圓柱形的靶材(30-100mm外徑)8、革El材座5、兩個(gè)尺寸和結(jié)構(gòu)完全相同的圓環(huán)形的永久磁鐵3、緊固盤2，圓柱形的磁鐵隔板4、絕緣環(huán)7和地電極6 ;所述的靶材座5的一端設(shè)置有與永久磁鐵3相配合的第一臺階，其中的一個(gè)永久磁鐵3設(shè)置在該第一臺階上，另一個(gè)永久磁鐵3設(shè)置在所述靶材座5的另一端，這兩個(gè)永久磁鐵3的磁極方向相同、并通過磁鐵隔板4隔開；所述的靶材座5在第一臺階的外側(cè)設(shè)置有與靶材8相配合的第二臺階，靶材8的一端套設(shè)在該第二臺階上；所述的緊固盤2位于靶材8的另一端、與靶材座5通過第一螺釘11固定在一起、并使得緊固盤2緊貼在相應(yīng)的永久磁鐵3上；該靶材座5由紫銅制成，并設(shè)置有用于通冷卻介質(zhì)的中空空腔，所述的地電極6通過所述的絕緣環(huán)7套設(shè)在靶材座5上，所述的靶材8與地電極6留有間隙，使得靶材8與地電極6之間絕緣。
[0026]作為優(yōu)選，所述的地電極6通過第三螺釘13固定連接在絕緣環(huán)7上，該絕緣環(huán)7通過第二螺釘12固定連接在靶材座5上。
[0027]作為優(yōu)選，所述的永久磁鐵3和磁鐵隔板2的內(nèi)、外直徑相同。
[0028]工作原理:該系統(tǒng)安裝在圓筒內(nèi)部，在進(jìn)行高功率磁控濺射時(shí)，靶材8與地電極6之間施加400-800V的高功率脈沖，由于兩個(gè)圓環(huán)形永久磁鐵3形成的磁場使電子繞磁力線作螺旋運(yùn)動(dòng)，形成大量的高密度等離子體，從而實(shí)現(xiàn)高功率脈沖磁控濺射，將這一裝置整體安裝在圓筒內(nèi)部時(shí)，從靶材8表面濺射出來的等離子體就能沉積到圓筒的內(nèi)表面而形成涂層。
[0029]圓筒內(nèi)表面沉積Cr涂層的高功率脈沖磁控濺射方法實(shí)施方案如下:
[0030]I)將所述的內(nèi)筒零件高功率脈沖磁控濺射裝置裝入80mm內(nèi)徑的內(nèi)筒零件中，靶材外徑為40mm ；
[0031]2)將該裝置放入真空室中，抽真空至IXlO2Pa;
[0032]3)往真空室中通入Ar氣，然后將真空度調(diào)節(jié)到5.0Pa;
[0033]4)通入靶材冷卻水，在靶材與地電極之間施加以500V的高功率脈沖，進(jìn)行高功率脈沖磁控濺射；
[0034]5)開動(dòng)外部的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使所述的內(nèi)筒零件高功率脈沖磁控濺射裝置在圓筒內(nèi)部進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)；
[0035]6)沉積2小時(shí)。
[0036]實(shí)施效果:圓筒內(nèi)表面沉積的Cr涂層表面掃描電鏡(SEM)照片如圖3所示，由圖可以看出，涂層表面光滑，致密，說明這種方法能夠獲得在內(nèi)筒表面獲得致密的涂層。
[0037]圓筒內(nèi)表面沉積的Cr涂層掃描電鏡界面照片如圖4所示，由圖可以看出，涂層與基體之間界面清晰，涂層的厚度大約為1.5 μ m，沿著界面方向厚度分布均勻。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置，其特征在于:該裝置包括圓柱形的靶材(8)、靶材座(5)、兩個(gè)尺寸和結(jié)構(gòu)完全相同的圓環(huán)形的永久磁鐵(3)、緊固盤(2)，圓柱形的磁鐵隔板(4)、絕緣環(huán)(7)和地電極￠);所述的靶材座(5)的一端設(shè)置有與永久磁鐵(3)相配合的第一臺階，其中的一個(gè)永久磁鐵(3)設(shè)置在該第一臺階上，另一個(gè)永久磁鐵⑶設(shè)置在所述靶材座(5)的另一端，這兩個(gè)永久磁鐵(3)的磁極方向相同、并通過磁鐵隔板(4)隔開；所述的靶材座(5)在第一臺階的外側(cè)設(shè)置有與靶材(8)相配合的第二臺階，靶材(8)的一端套設(shè)在該第二臺階上；所述的緊固盤(2)位于靶材(8)的另一端、與靶材座(5)固定在一起、并使得緊固盤⑵緊貼在相應(yīng)的永久磁鐵(3)上；該靶材座(5)設(shè)置有用于通冷卻介質(zhì)的中空空腔，所述的地電極(6)通過所述的絕緣環(huán)(7)套設(shè)在靶材座(5)上，所述的靶材⑶與地電極(6)留有間隙，使得靶材⑶與地電極(6)之間絕緣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置，其特征在于:所述的緊固盤(2)通過第一螺釘(11)與靶材座(5)固定連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置，其特征在于:所述的靶材座(5)由紫銅制成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置，其特征在于:所述的地電極(6)通過第三螺釘(13)固定連接在絕緣環(huán)(7)上，該絕緣環(huán)(7)通過第二螺釘(12)固定連接在靶材座(5)上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置，其特征在于:所述的永久磁鐵(3)和磁鐵隔板(2)的內(nèi)、外直徑相同。6.一種制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置在圓筒零件內(nèi)表面進(jìn)行涂層的方法，其步驟為: 1)將權(quán)利要求1所述的制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置裝入圓筒零件內(nèi)，要求革巴材(8)的外徑小于圓筒內(nèi)徑30mm ; 2)將該裝置放入真空室中，抽真空至低于5X 10 2Pa ； 3)往真空室中通入Ar氣，然后將真空度調(diào)節(jié)至0.1-1OPa ; 4)靶材座(5)通入冷卻水，在靶材(8)與地電極(6)之間施加300-900V的脈沖，進(jìn)行脈沖磁控濺射；對圓筒零件內(nèi)部進(jìn)行沉積0.5-100小時(shí)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置在圓筒零件內(nèi)表面進(jìn)行涂層的方法，其特征在于:步驟4)對圓筒零件內(nèi)部進(jìn)行沉積的方式為:使權(quán)利要求1所述的制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置在圓筒零件內(nèi)部進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度為0.1-lm/min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備圓筒零件內(nèi)表面涂層的脈沖磁控濺射裝置，包括靶材座，其一端設(shè)置有一個(gè)永久磁鐵，所述的靶材座的另一端設(shè)置有另外一個(gè)永久磁鐵，兩個(gè)永久磁鐵的磁極方向相同，兩個(gè)永久磁鐵之間通過磁鐵隔板隔開；所述的靶材的一端套設(shè)在靶材座上；所述的靶材的另一端設(shè)置有緊固盤，并與靶材座固定在一起；該靶材座設(shè)置有用于通冷卻介質(zhì)的中空空腔，靶材座通過絕緣環(huán)與地電極隔開；該地電極固定連接在絕緣環(huán)上，該絕緣環(huán)固定連接在靶材座上。將該裝置裝入圓筒零件內(nèi)，Ar氣環(huán)境下，在靶材與地電極之間施加300-900V的高功率脈沖，對圓筒零件內(nèi)部進(jìn)行沉積0.5-100小時(shí)?？梢栽趫A筒內(nèi)部形成致密的涂層，從而提高圓筒內(nèi)壁的抗磨損、耐腐蝕等性能。
【IPC分類】C23C14/35
【公開號】CN105112872
【申請?zhí)枴緾N201510606538
【發(fā)明人】王浪平, 王宇航
【申請人】蘇州格科特真空鍍膜技術(shù)有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月22日