[實用新型]一種提高鍍膜速率的等離子全方位離子沉積設備

有效

• 申請號: 201220250605.2
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN202558925U
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 李燦民;陶滿
• 申請（專利權）人: 合肥永信等離子技術有限公司
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/06
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生;王偉

技術領域

本發明涉及鍍膜領域，具體地說一種提高鍍膜速率、增強DLC和基體結合力的等離子全方位離子沉積設備。

背景技術

二十世紀七十年代以來，鍍膜工藝在工業界掀起了狂潮，各種鍍膜技術紛紛都走向了產業化。在礦山機械領域，涉及的問題主要是高耐磨，抗氧化，耐腐蝕，高疲勞壽命等。據不完全統計，在發達國家，由表面失效而造成的經濟損失占GDP的4%，這意味著美國每年在表面失效上要花費2800億美元，在德國，用于降低磨損的潤滑油就達到了20億美元/年，而且每年以5%的速度劇增，因此，關鍵零部件的表面處理變得尤為重要。類金剛石涂層在機械礦山領域有著廣闊的應用，如：齒輪、截齒、篩網、活塞等。

1971?年Aisenberg?等人首次利用碳離子制備出類金剛石膜(?Diamond?Like?Carbon?coating，?簡稱DLC?涂層)，類金剛石(DLC)涂層是含有金剛石相(sp³?鍵或其雜化態)和石墨相（sp²鍵）的非晶態碳膜。其中的碳原子部分處于金剛石的雜化狀態，部分處于石墨的雜化狀態，也有極少數的碳處于sp¹?雜化態。類金剛石涂層不僅具有高硬度、低摩擦系數，在工件表面鍍上DLC之后能起到很好的耐磨減摩效果。同時，DLC涂層還具有極高電阻率和極好的耐蝕性、光學透過性及生物相容性，它是機械、電子、航天航空、醫學、光學等領域的理想材料。

作為表面處理技術的一個分支，等離子全方位離子沉積技術（Plasma?Immersion?Ion?Deposition），簡稱為PIID技術，它是等離子增強化學氣相沉積技術的一種。利用PIID技術可以制備出類金剛石涂層，簡稱DLC涂層。盡管DLC涂層具有高硬度、低摩擦系數、耐磨耐腐蝕能多種優異的性能，隨著科技的進步，對材料性能的要求就越來越苛刻。傳統的類金剛石涂層已經不能滿足工業化更高品質，更好層次產品的需求。目前，國內外關于類金剛石涂層的研究主要集中在以下幾個方面：

1、與基體材料的結合力問題。DLC與基體材料的結合力差導致其在服役過程中的剝落是目前面臨的最大的問題。如DLC涂層在ZnS基體上的附著力非常差，在陶瓷、玻璃、塑料、樹脂上的附著力也不夠好，在硅和鋼上面雖然有較強的附著力，但對于惡劣環境應用仍有待進一步提高。其原因是DLC?涂層和基體之間晶格結構及物理性能如熱膨脹系數、彈性模量等的不兼容性。

2、內應力大導致脆性崩裂。對附著力差的基體，巨大的內應力很容易引發膜的開裂和剝落。由于內應力大的緣故，DLC在刀具上的應用就受到了限制，特別是在切割鋼鐵、硬質合金等材料的時候，巨大的內應力會導致涂層崩裂而提前失效。

另外，如何降低鍍膜成本、提高鍍膜速率、提高涂層的熱穩定性和耐腐蝕性能也是目前正在研究的方向。

為了降低DLC涂層的內應力、提高涂層的結合強度、實現大批量產業化鍍膜，科研工作者們對于PIID設備進行了廣泛而深入的研究。

目前，國內外對于新型PIID設備的研制發展趨勢主要集中在以下幾個方面：

1、提高真空室內等離子體密度，如何快速高質量地鍍膜；

2、研制大型的真空罐體，能夠裝載更多更大的工件，并能實現自動化、連續化鍍膜以降低鍍膜成本；

3、對設備主體（包括真空設備和電源設備）進行優化，解決DLC涂層與基體的結合力問題。

發明內容

本發明的目的提供一種結構改進的等離子全方位離子沉積設備，該設備不僅能提高鍍膜速率，而且能使DLC的致密度和結合力得到增強。

本發明解決技術問題采用如下方案：

一種等離子全方位離子沉積設備，該設備包括真空鍍膜室、抽氣系統、人機控制系統、充氣系統、真空檢測系統以及高壓電源系統，所述真空鍍膜室內設有用于放置鍍膜工件的絕緣支架，其結構特點在于，該設備還設置有

等離子增強裝置，所述等離子增強裝置由位于真空鍍膜室內的一根金屬絲和電源裝置組成，所述電源裝置由用來控制金屬絲上輸出功率自耦變壓器、接在自耦變壓器輸出端的隔離變壓器以及直流放電電源組成，所述自耦變壓器與交流電源相連，所述隔離變壓器下端通過引線穿入真空鍍膜室內與真空鍍膜室內的金屬絲相連形成回路，所述直流放電電源一端與金屬絲相連，另一端接地。

本發明結構特點還在于：所述金屬絲為鎢絲。

所述加載在鎢絲上的交流電壓為0~220V。

與已有技術相比，本發明有益效果體現在：