[發(fā)明專利]磁控增強離子鍍鋁工藝及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010131250.0
• 申請日: 2010-03-24
• 公開（公告）號: CN102199753A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 渠洪波
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽科友真空技術(shù)有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/14
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 俞魯江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種離子鍍鋁(IVD?Ion?Vapor?Deposition?Aluminum)工藝，尤其是涉及通過磁控增強技術(shù)改進離子鍍鋁(IVD?Ion?VaporDeposition?Aluminum)的一種工藝。

背景技術(shù)

1963年D.M.Mattox提出了真空離子蒸發(fā)鍍膜原理：在真空室中，利用電場使得工作氣體放電或被蒸發(fā)物質(zhì)部分離化，在工作氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子轟擊作用的同時，將蒸發(fā)物或其反應(yīng)物沉積在基片表面上進行鍍膜。離子鍍把氣體輝光放電現(xiàn)象、等離子體技術(shù)與真空蒸發(fā)三者有機地結(jié)合起來。

離子鍍鋁(IVD?Ion?Vapor?Deposition?Aluminum)是指通過離子鍍工藝在基體表面獲得結(jié)合力良好的均勻純鋁涂層，最早于20世紀70年代由麥道公司研究成功。離子鍍鋁涂層是一種應(yīng)用前景廣闊的保護涂層，被廣泛應(yīng)用到航天航空領(lǐng)域中，用于改善鈦合金緊固件與鋁連接件的電偶腐蝕相容性，已在F-4、F-15、F-18和B-767飛機結(jié)構(gòu)中采用，美軍標MIL-STD-1568A規(guī)定，離子鍍鋁可作為鋼鐵零件的代鎘工藝。

離子鍍鋁(IVD?Ion?Vapor?Deposition?Aluminum)優(yōu)點是膜層附著力強，繞射性好，可對基片鍍制高純度一定厚度的鋁涂層。但是存在不足是膜材原子或分子僅部分離化，離化率低，故沉積速率小，鍍膜效率低，影響了鍍膜質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高成膜致密性、可進一步加強膜材與基片表面結(jié)合力、加快成膜沉積速率、效率高、具有更好膜材繞射性的磁控增強離子鍍鋁(IVD)工藝及實現(xiàn)該工藝的一種裝置。此外，本發(fā)明也可應(yīng)用到鍍制其他除A1之外的材料，如Ti、Fe、Co、Cr等金屬及其合金的離子鍍工藝中；同時，被離化的膜材原子或分子有很強的繞射性，可鍍制形狀復(fù)雜的基片。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案是：

一種磁控增強離子鍍鋁工藝，將基片2安裝固定在真空室1內(nèi)的上部分，將蒸發(fā)源5安裝固定在基片2正對下方，將真空室1接地，基片2接偏壓電源3，蒸發(fā)源5接蒸發(fā)電源4，真空室1充工作氣體氬氣，在基片2同蒸發(fā)源5之間產(chǎn)生的電場E的正交方向設(shè)置磁場B。

本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)上述工藝的裝置，該裝置設(shè)置在真空室1中，安裝在基片2和蒸發(fā)源5之間，由左右兩部分對稱安裝組成；每一部分包括陽極板6、磁體8和極靴9；陽極板6覆蓋在磁體8的表面，然后固定安裝在極靴9上；陽極板6同真空室1電連接，真空室1接地；所述左右兩部分磁極極性相對；

此外，為解決工作過程中存在的輝光放電，蒸發(fā)源5熱量輻射，膜材加熱攜帶熱量，被蒸發(fā)膜材攜帶熱量，及電子攜帶能量產(chǎn)生高溫的問題，磁體8兩側(cè)設(shè)置冷卻水通道7以避免磁體8退磁或電磁線圈損壞；

為取得更好的技術(shù)效果，所述左右兩部分的工作傾斜角度可進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為兩陽極板6間夾角180°～0°；

所述磁體8采用永磁體；

為可精確控制磁通量，所述磁體8采用電磁體；

本發(fā)明不僅可用于離子鍍鋁工藝中工作氣體(Ar⁺)及膜材原子或分子離化效果的增強，同時可廣泛應(yīng)用到多種膜材的離子鍍膜工藝中，改善成膜效果。如Ti、Fe、Co、Cr金屬等及其合金的離子鍍膜工藝。

本發(fā)明的原理是：在離子鍍鋁(IVD)工藝過程中，通過增加與電場正交的磁場，增強工作氣體及膜材原子或分子的離化效果，從而改善成膜質(zhì)量。

基片2加載負偏壓，真空室1和陽極板6接地，這樣，在基片2同蒸發(fā)源5之間產(chǎn)生電場E，在電場E正交方向添加磁場B，該區(qū)域的電子在加速飛向陽極板6過程中，與充入的工作氣體氬原子和被蒸發(fā)的膜材原子或分子不斷地碰撞，電離出Ar⁺和膜材的正離子，并產(chǎn)生二次電子。二次電子在飛向陽極板6時受洛倫茲力和電場力作用，以擺線和螺旋線狀的復(fù)合形式在陽極板6表面作螺旋運動，延長該電子運動路徑，運動過程中提高了不斷與氬原子和膜材原子或分子的碰撞幾率，大大提高氬原子和膜材原子或分子的電離率，產(chǎn)生“雪崩”效應(yīng)，增強離化效果。

電離出的Ar⁺在電場作用下加速飛向陰極即基片2，對基片2表面轟擊清洗。正性膜材原子或分子在電場E作用下加速飛向基片2表面沉積，提高鍍膜速度，形成致密性好、結(jié)合力強的薄膜。

Ar⁺轟擊基片2表面，可以去除基片表面的氧化物或者污染物，利于基片2同膜材原子或分子之間結(jié)合，提高薄膜致密性。由于氬氣離化效果增強，故轟擊效果增強。同時，被離化的膜材原子或分子有很強的繞射性，可鍍制形狀復(fù)雜的基片。