[發(fā)明專利]在鋼/鋁復(fù)合管材表面制備α－Al2O3涂層的等離子氧化裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810024848.2
• 申請(qǐng)日: 2008-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN101280416A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶杰;徐江;劉紅兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/24
• 分類號(hào): C23C14/24;C23C14/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域：

一種在鋼/鋁復(fù)合管材表面制備α-Al₂O₃涂層的等離子氧化裝置，適用于鋼材表面制備阻氫及氫同位素涂層以及耐磨耐蝕涂層的等離子氧化裝置。

背景技術(shù)：

α-Al₂O₃是熱力學(xué)上穩(wěn)定的Al₂O₃相。它具有很多優(yōu)良的性能，如具有高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐蝕性等性能。且阻氫及氫同位素滲透性能優(yōu)異，可作為各種包層材料。在管材內(nèi)外表面制備α-Al₂O₃涂層一般分為直接沉積Al₂O₃涂層和先制備鋁層后氧化處理兩類方法。常用的方法有MOCVD方法和熱浸鋁并進(jìn)行熱氧化處理法。此類方法在處理直徑較大或者內(nèi)徑細(xì)小的管材較困難，很難保證管材的橢圓度，且制備溫度較高。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于，研制一種在鋼/鋁復(fù)合管材表面制備α-Al₂O₃涂層的等離子氧化裝置。實(shí)現(xiàn)在低于600℃的溫度下，在管徑Φ5mm～Φ200mm，長(zhǎng)度5mm～5000mm范圍內(nèi)，利用本裝置在鋼/鋁復(fù)合管材表面制備出涂層致密均勻，保證管材橢圓度的α-Al₂O₃涂層。

本發(fā)明的裝置為：可控溫、脈沖等離子氧化裝置，包括單陰極等離子氧化裝置或多陰極等離子氧化裝置兩種結(jié)構(gòu)：

1.一種在鋼/鋁復(fù)合管材表面制備α-Al₂O₃涂層的等離子氧化裝置，其特征在于，包括3～5個(gè)溫度傳感器，爐腔體，陽極，陰極，數(shù)字信號(hào)處理器，電源，真空泵，計(jì)算機(jī)，氧氣罐，氬氣罐。其中3～5個(gè)溫度傳感器，陽極，陰極均置于爐腔體內(nèi)，3～5個(gè)溫度傳感器分別均分地安裝在工件的上、中、下段，連于數(shù)字信號(hào)處理器的輸入端，工件懸掛于爐腔體內(nèi)，陽極與電源的正極相連，陰極與電源負(fù)極相連，工件通過支架固定在陰極上，數(shù)字信號(hào)處理器的輸出與計(jì)算機(jī)相連，真空泵通過管道與爐腔體相通，氧氣罐和氬氣灌分別通過管道與爐腔體相通。

2.一種在鋼/鋁復(fù)合管材表面制備α-Al₂O₃涂層的等離子氧化裝置，其特征在于，包括3～5個(gè)溫度傳感器，爐腔體，陽極，陰極，數(shù)字信號(hào)處理器，電源，真空泵，計(jì)算機(jī)，氧氣罐，氬氣，罐源極。其中3～5個(gè)溫度傳感器，陽極，陰極，源極均置于爐腔體內(nèi)，3～5個(gè)溫度傳感器分別均分地安裝在工件的上、中、下段，連于數(shù)字信號(hào)處理器的輸入端，工件懸掛于爐腔體內(nèi)，陽極同時(shí)與兩個(gè)電源的正極相連，陰極連于兩個(gè)電源中的第一個(gè)負(fù)極，源極連于兩個(gè)電源中的第二個(gè)負(fù)極，工件通過支架固定在陰極上，數(shù)字信號(hào)處理器的輸出與計(jì)算機(jī)相連，真空泵通過管道與爐腔體相通，氧氣罐和氬氣灌分別通過管道與爐腔體相通。

本發(fā)明裝置的工作原理和工作過程：

1.單陰極離子氧化裝置

單陰極等離子氧化裝置，利用等離子氧化技術(shù)，使得氧離子在空間運(yùn)動(dòng)自由程相應(yīng)增加，到達(dá)工件表面的離子能量損失減小，同時(shí)由于離子轟擊對(duì)氧的離化加劇，造成很高的氧勢(shì)，使大量的氧原子吸附在涂層的活性表面上繼而向內(nèi)擴(kuò)散形成較厚的滲層。

本發(fā)明的裝置實(shí)施過程如下：將獲得的鋁鍍層、滲層、膜、箔、材等的管材采取懸掛方式固定在陰極上，放置于爐腔內(nèi)，利用真空泵抽真空達(dá)10^-3Pa后，充入氬氣。打開電源，在工件和陽極之間加入加熱電壓，通過溫度傳感器和數(shù)字信號(hào)處理器控制溫度在100～600℃范圍內(nèi)，通入氧氣，保溫1～6小時(shí)，然后降到室溫，出爐取出管材。可獲得表面為α-Al₂O₃涂層的管材。

2.多陰極等離子氧化裝置

多陰極等離子氧化裝置在具備單陰極等離子氧化優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，增加一個(gè)源極，在氧化的時(shí)候提供鋁源材，使其向工件表面濺射擴(kuò)散，增加了制備涂層的厚度。其制備溫度相比單陰極氧化裝置較高。