[其他]一種空心陰極放電離子鍍刀具裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 86209747
• 申請(qǐng)日: 1986-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN86209747U
• 公開（公告）日: 1987-10-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莊謹(jǐn);解正國;石銘德;胡立芳;胡久大
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/34
• 分類號(hào): C23C14/34
• 代理公司: 清華大學(xué)專利事務(wù)所
• 代理人: 張志東

本實(shí)用新型屬于表面沉積技術(shù)，是利用空心陰極放電技術(shù)在高速鋼刀具表面沉積涂層。

用物理氣相沉積法在高速鋼刀具表面沉積涂層最先在日本獲得成功。1979年末日本用2微米厚的氮化鈦涂層獲得提高滾齒刀壽命三倍的結(jié)果，從此日本株式會(huì)社開始定型生產(chǎn)空心陽極離子鍍?cè)O(shè)備，并作為商品在國內(nèi)外市場(chǎng)上大量出售，國內(nèi)十多個(gè)單位都在引進(jìn)涂層設(shè)備，每項(xiàng)都耗資幾十萬甚至幾百萬美元，如從日本引進(jìn)的IPB－30型空心陰極離子鍍?cè)O(shè)備150萬人民幣一臺(tái)，遲遲尚未正常運(yùn)轉(zhuǎn)，據(jù)說還需從日本進(jìn)口一整套龐大的清洗設(shè)備。繼日本之后，美國Multi－Arc公司于1981年末在高速鋼刀具上用了多弧離子鍍法涂覆氮化鈦層又獲得成功，85年初從美國引進(jìn)一臺(tái)多弧設(shè)備110萬美元，至今一年多，也尚未正常運(yùn)行，1981年以來我國也開始了離子鍍刀具設(shè)備研究，均取得了一定的進(jìn)展，但目前還未形成生產(chǎn)能力，三機(jī)部301所采用清華大學(xué)核能所研制的裝飾鍍?cè)O(shè)備進(jìn)行刀具鍍工藝性研究，尚未批量生產(chǎn)。

本實(shí)用新型的目的是，提供一種改進(jìn)的具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，運(yùn)行可靠的空心陽極放電離子鍍刀具的裝置，它具有刀具鍍涂層均勻，附著力強(qiáng)，硬度高，耐磨損的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型的任務(wù)是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本離子鍍膜機(jī)主要由真空鍍膜室以及和它聯(lián)系的真空系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)，電控系統(tǒng)和裝卸料車等組成，其真空鍍膜室又由空心陰極離子鍍槍、水冷銅坩鍋、工件轉(zhuǎn)動(dòng)夾具，烘烤加熱爐，轟擊濺射電極及隔熱屏蔽板等部件組成，其特征在于本裝置采用空心陰極槍與坩堝成60°～80°角度方位布置，將坩堝聚焦線圈放置于真空室外，工件轉(zhuǎn)動(dòng)夾具采用整體可拆卸框架式三軸自轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。

圖1空心陽極離子鍍裝置工作原理圖

圖2為工件轉(zhuǎn)動(dòng)夾具側(cè)視圖和俯視圖

本裝置工作原理如圖1如下：

設(shè)有聚焦線圈〔1〕和水冷輔助陽極〔2〕的空心陰極離子鍍槍內(nèi)的空心鉭管〔3〕是電子發(fā)射極（陰極），盛有鈦料的水冷銅坩堝〔4〕是蒸發(fā)源（陽極），安裝在坩堝上方轉(zhuǎn)動(dòng)架上加有負(fù)偏壓的是被鍍工件〔5〕，工作時(shí)首先將鍍膜室抽真空至10^－5托，然后通過鉭管〔3〕向真空室通入氬氣，在真空度處于10^－1～10^－2托條件下接通鉭管〔3〕和輔助陽極〔2′〕間的直流高壓引弧電源，使輔助陽極〔2〕和鉭管〔3〕間產(chǎn)生異常放電，被離化的氬離子在電場(chǎng)作用下不斷地轟擊鉭管〔3〕，使鉭管溫度迅速上升到2300～2400°K鉭管產(chǎn)生熱電子發(fā)射，當(dāng)接通主電源并切斷引弧電源后，高密度的電子束在電場(chǎng)和聚束磁場(chǎng)作用下，射到水冷銅坩堝〔4〕上，使金屬鈦迅速熔化和蒸發(fā)，被蒸發(fā)的鈦和通入的氮?dú)庠诘入x子體中被電離和激活，在帶有負(fù)偏壓的工件作用下，以較大的能量沉積在工件表面形成牢固的氮化鈦涂層。

本實(shí)用新型的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)特征是：

1.空心陽極離子鍍槍是由固定鉭管的水冷電極桿、鉭管屏蔽套和帶有聚焦線圈的水冷輔助陽極組成。該槍與坩堝成60°～80°角方位布置，去掉了偏轉(zhuǎn)線圈，使由輔助陽極引出的電子束可直接地射到坩堝上方約20～30毫米處，再射向坩堝中心。

2.坩堝是由水冷銅坩堝和放有被鍍材料的石末襯組成將其聚焦線圈移到真空室外，因此沒有放氣源，且水冷坩堝與聚焦線圈軸向位置都可調(diào)動(dòng)，可使電子束徑恰好落在坩堝熔池中心

3.工件轉(zhuǎn)動(dòng)夾具如圖2由三根傳動(dòng)軸〔1〕，傳動(dòng)齒輪〔2〕，固定框架〔3〕和絕緣滾輪〔4〕組成，刀具集中按裝在夾具的中間部位（約240毫米范圍內(nèi)）處在坩堝〔5〕的正上方，本夾具僅采用工作自轉(zhuǎn)簡(jiǎn)單的框架和石墨軸瓦結(jié)構(gòu)，通過鍍膜室內(nèi)的導(dǎo)軌和鍍膜室外的裝卸料車的導(dǎo)軌相接，可整體裝卸夾具。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

由于空心陽極離子鍍槍偏轉(zhuǎn)角度比現(xiàn)有技術(shù)偏轉(zhuǎn)90°的槍不但電子束的行程距離縮短了，而且電子束很容易對(duì)準(zhǔn)坩堝中心，因而可獲得較高的蒸發(fā)速率，并減少功率消耗，去掉偏轉(zhuǎn)線圈也減少了打弧的可能性，工作更可靠，鉭管外的屏蔽套可防止污染，輔助陽極在起弧中起了重要作用，它采用水冷和線圈聚束結(jié)構(gòu)可在550℃工況下連續(xù)工作。坩堝聚焦線圈移到了真空室外，因此無污染源，保證了鍍膜質(zhì)量，坩堝和聚焦線圈上下位置可調(diào)聚束效果好，本裝置坩堝的聚焦線圈由于緊靠坩堝，因此比大電流的水冷聚焦線圈緊湊、簡(jiǎn)單、可靠。本裝置的工件轉(zhuǎn)動(dòng)夾具可整體裝卸，操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，保證了高溫導(dǎo)電工況下工作的可靠性。本裝置可鍍?chǔ)?0×80滾刀9把／爐，經(jīng)使用涂層刀具使用壽命可提高1～4倍，能滿足機(jī)械加工工業(yè)部門生產(chǎn)氮化鈦超硬涂層刀具的需要。