[發明專利]一種管內壁離子滲氮后原位沉積PVD涂層的裝置及方法

在審

• 申請號: 202210877479.1
• 申請日: 2022-07-25
• 公開（公告）號: CN115161589A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 田修波;張鑫;鞏春志
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/32;C23C14/24;C23C8/24
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

1.一種管內壁離子滲氮后原位沉積PVD涂層的裝置，其特征在于，該裝置包括金屬陰極弧源(1)、擋板(2)、第一輔助陽極(3)、管筒件(4)、陽極桿(5)、第二輔助陽極(6)、Ar進氣管(8)、N₂-H₂混合氣進氣管(9)、熱電偶(10)、第一絕緣屏蔽罩(11)、第二絕緣屏蔽罩(12)、真空室(13)、金屬陰極弧直流電源(14)、第一輔助陽極直流電源(15)、脈沖偏壓電源(16)和第二輔助陽極直流電源(17)；

真空室(13)內設置第一絕緣屏蔽罩(11)和第二絕緣屏蔽罩(12)，第一絕緣屏蔽罩(11)與真空室(13)側壁合圍而成第一腔室，第二絕緣屏蔽罩(12)與真空室(13)另一側壁合圍而成第二腔室，第一腔室和第二腔室通過管筒件(4)連通，第一腔室內設有金屬陰極弧源(1)和Ar進氣管(8)，金屬陰極弧源(1)前方設置擋板(2)，管筒件(4)一端口和擋板(2)之間設有第一輔助陽極(3)，N₂-H₂混合氣進氣管(9)的進氣口延伸到第一腔室內，且位于管筒件(4)端口與第一輔助陽極(3)之間，陽極桿(5)貫穿于管筒件(4)設置，第二腔室內設有第二輔助陽極(6)，且第二輔助陽極(6)位于管筒件(4)正后方；真空室(13)內設置熱電偶(10)，監測管筒件(4)溫度；

金屬陰極弧直流電源(14)的陰極與金屬陰極弧源(1)電連接，金屬陰極弧直流電源(14)的陽極接地；第一輔助陽極直流電源(15)的陽極與第一輔助陽極(3)電連接，第一輔助陽極直流電源(15)的陰極接地；第二輔助陽極直流電源(17)的陽極與第二輔助陽極(3)電連接，第二輔助陽極直流電源(17)的陰極接地；脈沖偏壓電源(16)的陰極與管筒件(4)外壁電連接，脈沖偏壓電源(16)的陽極與陽極桿(5)電連接。

2.根據權利要求1所述的一種管內壁離子滲氮后原位沉積PVD涂層的裝置，其特征在于所述金屬陰極弧源(1)為多弧離子鍍等離子體源。

3.利用權利要求1所述的裝置進行管內壁離子滲氮后原位沉積PVD涂層的方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

一、預處理：將管筒件(4)超聲清洗干燥后置于真空室(13)內，對真空室(13)進行抽真空；

二、等離子體清洗刻蝕：通過Ar進氣管(8)向真空室(13)內通入高純Ar，氣壓控制在0.3～0.4Pa，同時開啟金屬陰極弧直流電源(14)、第一輔助陽極直流電源(15)、脈沖偏壓電源(16)和第二輔助陽極直流電源(17)，利用電弧增強輝光放電技術對管筒件(4)內表面進行等離子體刻蝕清洗；其中金屬陰極弧直流電源(14)的電流為70～150A；第一輔助陽極直流電源(15)的電流為30～70A；脈沖偏壓電源(16)的負偏壓為-60～-500V，占空比在40％～80％；第二輔助陽極直流電源(17)的電流為30～60A；

三、等離子體滲氮：停止Ar通入，通過N₂-H₂混合氣進氣管(9)向真空室內(13)通入工作氣體A，真空室(13)氣壓控制在0.3～1.2Pa，保持金屬陰極弧直流電源(14)的電流為70～150A，第一輔助陽極直流電源(15)的電流為30～70A，第二輔助陽極直流電源(17)的電流為30～60A，調整脈沖偏壓電源(16)；在熱電偶(10)顯示溫度為350～500℃的條件下，利用電弧增強輝光放電技術進行等離子體滲氮30～240min；

四、原位PVD涂層沉積：停止H₂通入，通入工作氣體B，真空室(13)氣壓控制在0.2～0.8Pa，旋轉擋板旋鈕(7)，控制擋板(2)不遮擋金屬陰極弧源(1)；關閉第一輔助陽極直流電源(15)，保持金屬陰極弧直流電源(14)的電流為70～150A和第二輔助陽極直流電源(17)的電流為30～60A，調節脈沖偏壓電源(16)，在管筒件(4)內表面進行涂層沉積30～300min；

五、冷卻降溫：對真空室(13)進行冷卻，管筒件(4)在真空狀態下隨真空室(13)冷卻至70℃以下即可取出。

4.根據權利要求3所述的一種管內壁離子滲氮后原位沉積PVD涂層的方法，其特征在于步驟一中抽真空至真空度小于5×10^-3Pa。