等离子体加速器法离子镀膜装置.pdf

本发明是一种物理汽相沉积技术。属于物理汽相沉积技术的有传统真空镀膜，阴极溅射和离子镀膜。目前，现有技术中的美国专利US-3793179采用了金属蒸发法离子镀膜技术，由于此项技术中只有阴极底座，阳极壳体，阴极底座中未加永久磁铁，因此没有利用霍耳加速效果，待金属蒸发后，蒸汽中所含微滴多，产品光洁度差，质量降低，对装饰用途影响很大，产品轰击清洗效果差，膜层附着力较低，金属镀膜寿命短，大大降低了产品的质量。此技术中的引弧丝为常闭态，因此，可靠性差，且镀膜材料的表面初始形状为平面，引弧后，燃烧效果也很不稳定，使镀膜技术的广泛应用和质量提高受到限制。
    本发明注重加速器设计的物理本质，采用合理的设计，克服了上述缺陷，是一种有广泛应用前途的新型离子镀膜装置。

    本发明是一种离子镀膜装置，使用带有圆柱状永久磁铁3的霍耳型等离子体加速器11作为蒸发离化源，加速器11的阴极底座4中放入永久磁铁3，在弧区中产生了一定空间分布的外加磁场，磁场的轴向分量与放电电流的径向分量作用，产生很强的环向霍耳电流该霍耳电流数值在本装置条件下，比未加磁场时的放电电流高10～20倍，该霍耳电流再与外加磁场的径向分量作用，就可以产生很高的轴向的等离子体加速度，使粒子具有相应的动能和工件表面相作用。环向电流还可进一步使蒸发物质电离从而克服了微粒多，微粒大的现象，与上述美国专利相比能产生更好的表面膜层质量。永久磁铁3可在±2cm范围内前后微调以改变总的场强及分布形态。圆柱状永久磁铁3与筒屏蔽8和平面屏蔽9相匹配，产生稳定运行所需的磁场分布和镀膜所要求的粒子加速度以及粒子分布效果，以保证加速器11地正常稳定运行。筒屏蔽8与镀膜材料1和阴极底座4之间保持1.5～3mm距离，选用软铁或导磁材料制造，使在镀膜材料1表面上的轴向磁场分布有利于弧斑维持在端面上燃烧，其周边的轴向磁场的场强在20～40高斯之间调正。

    加速器11中的短路引弧触发器7通过电阻15与阳极-壳体2相接，在接通电流后的电磁铁6的作用下完成短路引弧动作。在引弧触发器7与镀膜材料1之间形成的引弧电弧，迅速转变成镀膜材料1和阳极壳体2之间的主电弧，在该电弧阴极斑的作用下，镀膜材料1蒸发并电离，迅速离开表面，蒸发物质再被环向电流进一步电离和加速，形成所需的等离子体流10。为实现更为理想的引弧过程，在镀膜材料1和短路引弧触发器7之间并入一电压继电器12，在电弧正常稳定燃烧的电压下，电压继电器12释放，使电磁铁6的线包断电，短路引弧触发器7处于与镀膜材料1脱离的状态;反之，在电弧熄灭或电弧出现熄灭趋势而导至电压升至高于正常电压时，电压继电器12吸合，电磁铁6的线包有电，短路引弧触发器7执行短路引弧动作。加速器11中各部件之间通过绝缘体5进行密封和电绝缘。

    镀膜材料1表面的初始形状为凹形，深度为3-5mm左右，棱宽为1-2mm左右，比现有技术中的平底结构，燃烧效果要稳定的多。

    本装置由等离子体加速器11把欲蒸镀的镀膜材料1蒸发、电离、加速并排去有害的雾滴和微团，通过真空机组14把壳体2抽成真空，把待镀的工件固定在工件架13上，工件架13作公转和自转运动并加上负电压。工件在以上条件下受到加热、轰击清洗和镀膜。

    采用本发明达到了引弧过程简单可靠、燃烧过程稳定连续、加速效果适合离子镀膜技术的需要，镀膜蒸汽等离子体中雾滴微团含量少，有利于提高膜层质量，既适用于工具表面强化，提高其使用寿命10倍以上，又可制作仿金的TiN装饰表面，色调可以调正，光亮度高，可适用不锈钢、铜、铝、锌铝合金、高速钢、普通钢材等多种工件表面镀TiN膜，克服了原有技术只适用于不锈钢和高速钢的局限性，扩大了使用范围。

    附图一为最佳实施例简图。其结构说明如下：

    镀膜材料〔1〕，壳体〔2〕，永久磁钢〔3〕，阴极底座〔4〕，绝缘体〔5〕，电磁铁〔6〕，短路引弧触发器〔7〕，屏蔽〔8〕，平面屏蔽〔9〕，等离子体流〔10〕，加速器〔11〕，电压继电器〔12〕，工件架〔13〕，真空机组〔14〕，电阻15。