[發明專利]一種非平衡動態拱形兼容軸向導引磁場輔助離子鍍裝置

有效

• 申請號: 201310133223.0
• 申請日: 2013-04-16
• 公開（公告）號: CN103205711A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 郎文昌
• 申請（專利權）人: 溫州職業技術學院
• 主分類號: C23C14/22
• 分類號: C23C14/22
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及表面防護涂層領域，具體地說是一種非平衡動態拱形兼容軸向導引磁場輔助離子鍍裝置。

背景技術

表面防護涂層技術是提高工模具及機械部件質量和使用壽命的重要途徑，作為材料表面防護技術之一的物理氣相沉積技術，已在現代刀具、模具以及機械零件的應用方面取得了十分理想的效果。在實際應用中，高性能防護涂層必須具有高硬度、高韌性、低摩擦系數、良好的化學穩定性、較好的抗粘著能力和抗熱磨損性能，以及特別重要的與基體有很好的結合性能。這就要求鍍層技術能夠提供高的等離子體離化率、高的等離子體密度、高的粒子能量、較快的沉積速率以及較少的缺陷，而目前尚未有某種技術可以同時達到這些目標。物理氣相沉積技術主要分為真空蒸鍍、磁控濺射和離子鍍三個類型，真空蒸鍍和磁控濺射由于粒子能量和離化率低，導致膜層疏松多孔、力學性能差、難以獲得良好的涂層與基體之間的結合力，嚴重限制了該類技術在防護涂層制備領域的應用。電弧離子鍍的離化率高、等離子體密度高、粒子能量高、沉積速率快以及可低溫沉積的突出優點使其在工模具鍍上展現出其他鍍膜方式所不具備的優勢，是目前工模具及機械零件防護涂層制備的最佳工藝。

離子鍍源是電弧等離子體放電的源頭，是離子鍍技術的核心部件。為了產生高離化率、高離子密度、高粒子能量、高的等離子體傳輸效率以及較少的缺陷的等離子體，必須有合理的弧斑放電機制和控制以及等離子體在傳輸空間的有效高密度分布，而這都必須有合理的機械結構與磁場結構的配合。離子鍍源磁場的設置必須有兩方面的作用，一方面有效的改善弧斑放電，控制弧斑運動，減少顆粒發射，維持自持放電穩定發生；另一方面有效的改善傳輸空間的磁場分布，提高等離子體的傳輸效率和密度等鍍膜關鍵參數。因此，必須同時考慮靶面附近的磁場和傳輸空間的磁場設計。而傳統的離子鍍源設計主要是考慮在靶材附近施加磁場來控制弧斑的運動，來提高放電穩定性和靶材刻蝕率，并沒有同時解決等離子在傳輸空間分布的不均勻性，造成了等離子體傳輸空間及基體處離子密度的下降?；蛘呤侵饕紤]了提高等離子傳輸效率，設置的磁場又對靶面附近的磁場分布造成了很大的影響，難以達到弧斑放電改善所需磁場狀態，而弧斑的有效控制是產生優質等離子體的源頭，因此沒有完善有效的靶面附近的磁場設計，將不會有良好的等離子體的發生，而沒有傳輸空間磁場的合理分布，將不會有高效高密度均勻的等離子體的傳輸，提供給高性能涂層制備所需的等離子體的量和質。因此，在離子鍍源的設計中，如何提供復合的磁場，能夠兼容靶面附近和等離子體傳輸空間的磁場分布，是性能優越的離子鍍源所需考慮的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種非平衡動態拱形兼容軸向導引磁場輔助離子鍍裝置，達到既改善弧斑放電，控制弧斑運動，減少顆粒發射，又改善傳輸空間的磁場分布，提高等離子體的傳輸效率和密度等鍍膜關鍵參數的雙重效果。

本發明的技術方案是：

一種非平衡動態拱形兼容軸向導引磁場輔助離子鍍裝置，具有支撐靶材的弧源主體、內耦合磁場發生裝置，雙層水冷的過渡傳輸法蘭套與兩套外耦合磁場發生裝置：Ⅰ級外耦合磁場發生裝置和Ⅱ級外耦合磁場發生裝置、以及中間磁軛形成的多磁場結構適應性控制磁場組；通過靶材背面的內耦合磁場發生裝置與傳輸法蘭套上的兩套外耦合磁場發生裝置的配合，形成約束弧斑運動的靶面動態拱形磁場與傳輸空間軸向聚焦導引磁場兼容的復合磁場結構。

所述的非平衡動態拱形兼容軸向導引磁場輔助離子鍍裝置，內耦合磁場發生裝置為永久磁體裝置或者內耦合磁場發生裝置線圈中心設置內耦合磁場發生裝置鐵芯構成，內耦合磁場發生裝置設置于靶材的背面；Ⅰ級外耦合磁場發生裝置、Ⅱ級外耦合磁場發生裝置之間設置磁軛，Ⅰ級外耦合磁場發生裝置、磁軛、Ⅱ級外耦合磁場發生裝置設置于法蘭套的外側；

或者，內耦合磁場發生裝置為永久磁體裝置或者內耦合磁場發生裝置線圈中心設置內耦合磁場發生裝置鐵芯構成，內耦合磁場發生裝置設置于靶材的背面，內耦合磁場發生裝置鐵芯外側與內耦合磁場發生裝置線圈之間設置內筒和外筒同軸圍套的靶材底座，靶材底座底部設置靶材底座出水管、靶材底座進水管；Ⅰ級外耦合磁場發生裝置、Ⅱ級外耦合磁場發生裝置之間設置磁軛，Ⅰ級外耦合磁場發生裝置、磁軛、Ⅱ級外耦合磁場發生裝置設置于法蘭套的外側；