納米塗層設備的電磁過濾裝置的製作方法

2023-06-01 23:47:21

本發明涉及一種納米塗層設備，尤其是一種納米塗層設備的電磁過濾裝置，屬於電磁過濾技術領域。

背景技術：

中國每年因磨損、腐蝕、氧化等引起部件失效造成鋼材和合金材料損失達數百億元。開發納米塗層技術和納米塗層設備既能延長材料壽命並節約大量資金,又能符合環保要求。與傳統塗層相比，真正意義在於納米塗層在強度、韌性、耐磨、熱障等方面性能的大幅度提高。因此，隨著現代工業的飛速發展,對機械零件表面性能的要求越來越高，對納米塗層技術及設備的要求也越來越高。

納米塗層設備的電磁過濾裝置能將離子源產生等離子體中的宏觀粒子、離子團、中性原子過濾乾淨，且經過磁過濾後沉積粒子的離化率為100%，從而製備的納米塗層非常緻密和平整光滑，抗腐蝕性能好，且與基體的結合力很強，所以能夠降低塗層過早剝落和分層的機率。

在《過濾陰極電弧沉積設備和方法》專利中，權利人提出一種真空沉積設備,包括用於在基板上施加塗層的陰極電弧源。陰極電弧源包括用於產生磁場的聚焦磁性源以及膜形成材料的電弧陰極和陽極，其中，聚焦磁性源安置在電弧陰極和基板之間，在陰極蒸發表面上產生的電弧斑被磁場線保持在磁場線垂直於陰極表面的地方。然而，該發明只能確保部分地以宏觀粒子過濾模式產生強電離的金屬蒸氣,用於緻密的平穩的塗布工作。另外在《陰極真空電弧源薄膜沉積裝置及沉積薄膜的方法》專利中，權利人提出一種陰極真空電弧源薄膜沉積裝置,其中包括具有高速傳輸等離子及有效過濾宏觀大顆粒的磁性過濾部分,該磁性過濾部分包括管體和設置在管體外部周緣的磁場產生器。與現有技術相比,上述兩種發明只提及該設備可過濾宏觀大顆粒,並沒有提及該設備還可以過濾離子團，同時確保磁過濾後沉積粒子的離化率。

技術實現要素：

本發明所要解決的問題就是針對現有技術中的不足,提供一種納米塗層設備的電磁過濾裝置,以減少離子體中宏觀粒子、離子團和中性原子在工件表面的沉積,同時確保磁過濾後沉積粒子的離化率、提高等離子體在過濾屏幕中的有效傳輸,從而達到能將離子源產生等離子體中的宏觀粒子、離子團和中性原子過濾乾淨，且經過磁過濾後沉積粒子的離化率為100%的目標，最終實現緻密、平整光滑、抗腐蝕性能好且與基體結合力很強的納米塗層的製備。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種納米塗層設備的電磁過濾裝置，包括過濾屏幕、真空系統、標準電弧蒸發器、大顆粒清除裝置，標準電弧蒸發器連接真空系統，所述標準電弧蒸發器發射的真空電弧的陽極正極作為真空腔室中的電離結構,真空電弧引起靶材料氣化及離子化從而使產生的等離子體在陰極和陽極之間傳導電流，即電弧中的等離子體放電，陰極負極製成陰極離子源可替換元件夾持在過濾屏幕上，所述真空電弧的陰極與陽極之間產生電弧，在垂直於電弧陰極表面的附近產生等離子,在磁場的作用下，等離子體中的宏觀粒子、中性原子和離子團被打到過濾屏幕上，而純淨的等離子體被偏移到更高磁場分量的位置，最終到達放置基體的轉臺，以沉積在基體上；同時，大顆粒清除裝置定期清理宏觀粒子、中性原子和離子團等大顆粒。

在沉積過程之前，所述納米塗層設備的電磁過濾裝置的進氣口通入氮氣，排氣口排出空氣，以保證沉積過程中設備是真空狀態，不受外界因素的幹擾。

本發明的有益效果是：

1、該高效的電磁過濾裝置，可將離子源產生等離子體中的宏觀粒子、離子團和中性原子過濾乾淨，且經過磁過濾後沉積粒子的離化率為100%。

2、使用者可進行各種塗層及它們組合的塗覆並控制塗層厚度直至降低到納米級，並且用戶可以在該系統中開發自己的程序及自己的操作和實驗方法。

附圖說明

圖1為本發明的納米塗層設備的電磁過濾裝置示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示，一種納米塗層設備的電磁過濾裝置，包括標準電弧蒸發器1、真空系統2、陰極離子源3、大顆粒清除裝置6，標準電弧蒸發器1連接真空系統2，大顆粒清除裝置6連接過濾屏幕。

標準電弧蒸發器1發射的真空電弧的陽極正極作為真空腔室中的電離結構,真空電弧引起靶材料氣化及離子化從而使產生的等離子體在陰極和陽極之間傳導電流，即電弧中的等離子體放電，陰極負極製成陰極離子源3吸附在過濾屏幕上。電弧陰極和及相關陽極之間產生電弧，從而在大致垂直於電弧陰極表面的附近產生等離子,在磁場的作用下，等離子體中的宏觀粒子、中性原子和離子團5被打到過濾屏幕上，而純淨的等離子體4被偏移到更高磁場分量的位置，最終到達放置基體的轉臺，以沉積在基體上。同時，大顆粒清除裝置6定期清理宏觀粒子、中性原子和離子團大顆粒。

在沉積過程之前，該設備應在進氣口通入氮氣，同時排氣口排出空氣，以保證沉積過程中設備是真空狀態，不受外界因素的幹擾。

由於巨大的電流密度來自於陰極的熱電子發射，以及電子的自發射，即在陰極附近有正離子層，形成強大的電場，使陰極自動發射電子。然後，大量電子在極間碰撞氣態分子使之電離，產生更大量的正離子和二次電子，在電場作用下，分別撞擊陰極和陽極，結果獲得高溫，這就是真空電弧的工作原理。真空電弧引起靶材料氣化及離子化從而使產生的等離子體在陰極和陽極之間傳導電流，即電弧中的等離子體放電。陰極負極是電離源結構,其在工藝過程中至少有一部分會被消耗。陰極可消耗的部分被稱作「靶」,它們被製造成可消耗的部分,這種可消耗的部分吸附在陰極主體中已冷卻且不可消耗的元件上。陽極正極可作為真空腔室中的電離結構,其本身還可以作為設備中的真空腔室,並且其在工藝過程中不會被消耗。由於宏觀粒子、中性原子都是中性的,所以電磁場不會影響它們，因而只有等離子體能夠通過電磁場，這就是過濾系統的工作原理。

綜上，在該裝置中，只有離子會沉積，沉積速率高，並且塗覆時，沒有顯著的熱輻射，基體不需要冷卻水就可以保持溫度較低的狀態，所以，加工工藝簡單,無需附加材料，因而，製備的納米塗層非常緻密和平整光滑、抗腐蝕性能好，且與基體的結合力很強。與此同時，該裝置綠色無汙染，未來其應用領域非常廣闊。