移動式鍍覆系統及方法

2023-07-05 07:31:31 6

專利名稱：移動式鍍覆系統及方法
相關申請與本申請相關的有美國專利申請系列號為09/427775的名稱為「等離子鍍覆系統和方法」的申請，其申請日為1999年10月26日，發明人為Jerry D.Kidd、Craig D.Harrington和Daniel N.Hopkins，以及美國專利申請系列號為09/578166的名稱為「可配置真空系統和方法」的申請，其申請日為2000年5月22日，發明人為Jerry D.Kidd、CraigD.Harrington和Daniel N.Hopkins。
例如，許多這樣的沉積技術需要昂貴、龐大且複雜的真空系統，以將真空度設定並維持在指定的工作壓力。這樣的真空系統通常可包括真空室，可用作低真空前級真空泵的機械真空泵，次級真空泵如擴散泵、低溫泵和/或渦輪分子泵，和複雜的壓力計如離子真空計。這些真空系統往往需要複雜的管道和不會洩漏的管路布置，以便能保持和持續精確的所需工作壓力和參數。由於接口問題和真空泵運轉引起機械振動，使得這樣複雜的管道和管路在管道轉彎處或管道接口處尤其易於滲漏。
一些或所有的真空泵如擴散泵可能還需要大型且複雜的冷卻系統，這些冷卻系統在真空泵運轉之前和運轉期間往往使用數百或數千加侖的冷卻循環水。這可能需要大型和龐大的水冷系統，包括大型蓄水池和用於冷卻大型蓄水池中的水的製冷系統。
因為沉積技術涉及這樣大型、昂貴且複雜的系統、設備和機器，這樣的系統通常必須永久安裝在一個場所。當大型零件或部件如那些重達數百或數千磅的零件或部件、或者是龐大的或難以裝運的零件或部件需要使用沉積技術之一來進行塗敷或鍍覆時，大概唯一的選擇是在這樣的大型或龐大的部件之上或附近處永久安裝這樣的系統。這允許這樣的大型和龐大的部件只移動短的距離來進行塗敷或鍍覆。
令人遺憾的是，由於這種選擇花費高，成本上往往不允許。高的開支不僅包括取得不動產和設備的成本、安裝這樣複雜系統的成本，還包括保養設備和聘用成功操作和維護這種系統所需的專業人員的成本。設計沉積技術系統也存在問題。所有這類的系統需要定製設計，以滿足特殊需要和適應安裝環境。包羅萬象的沉積技術系統是不存在的。正如已經說明的那樣，沉積技術系統的設計、安裝、操作和維修複雜並且昂貴，因此使用沉積技術塗敷或鍍覆大型和龐大的部件往往是不可能的，儘管這種大型和龐大的部件可能會從這樣的沉積技術所帶來的顯著優點中大大受益。
有時候，某些部件或零件的有效性如此關鍵，從安全和/或財務的觀點來看，不管發貨延遲或貨物遺失的風險如何小，也是個太大的風險，儘管通過塗敷或鍍覆能獲得顯著的優點。例如，核電站中使用的反應堆容器蓋螺柱(head stud)如此重要和獨特，因此在工廠停歇期間如核電站在大約每兩年左右發生的燃料重新加載期間，發貨延遲或貨物遺失的風險大得難以承受。例如，由於滯延而不能運轉，核電站每天可能損失幾十萬乃至數百萬美元。因此，某些部件或零件如此重要，以至於它們決不會被裝運到另一個地方去使用沉積技術進行鍍覆或塗敷，儘管通過這樣的沉積技術可能獲得顯著的優點。
根據本發明的一個方面，提供了一種施行鍍覆工藝的移動式鍍覆系統。該移動式鍍覆系統包括位於移動式儲存箱中的真空室、外部真空泵和控制外部真空泵的某些或所有的操作的控制元件。當運送移動式鍍覆系統時，外部真空泵置於移動式儲存箱中，而當移動式鍍覆系統被固定以及運轉時，外部真空泵位於移動式儲存箱之外。外部真空泵可以安裝在滑軌上，運轉時，外部真空泵與真空室連接，有助於在真空室中產生所需的壓力。使用柔性管件將外部真空泵與真空室相連，以減少和/或消除由於外部真空泵運轉從而在真空室內部和移動式儲存箱內部引起的機械振動。
根據本發明的另一個方面，提供了一種使用移動式鍍覆系統的方法，包括將移動式鍍覆系統安裝在所需的鍍覆位置，將外部真空泵從移動式等離子鍍覆系統的移動式儲存箱內部移至外部，使用柔性管件將外部真空泵與位於移動式等離子鍍覆系統的移動式儲存箱內部的真空室相連。該方法也可包括將基底和沉積物質放置在真空室內，使用外部真空泵來設定真空室中所需的壓力，用沉積物質鍍覆基底。
本發明提供了許多技術優點，包括能夠在事實上任何所需地點應用進行塗敷和鍍覆的成熟沉積技術、系統、設備和機器，這顯著增加了這樣的重要技術的可利用性。
本發明的另一個技術優點包括能夠將沉積技術的塗敷或鍍覆應用於大型的和龐大的不能或不能輕易被運送的部件和零件，而不會帶來顯著的設計、操作和保養使用沉積技術的複雜系統的費用。
本發明的又一個技術優點包括能夠塗敷或鍍覆使命重大的部件如核電站使用的反應堆容器蓋螺柱。因為本發明允許在客戶處使用沉積技術，因此消除了由於可能的發貨延遲或貨物遺失造成的無法接受的風險。
本發明的另一個技術優點包括能夠削減或省去甚至是較小的部件和零件或非關鍵性零件的運輸費用，並省去了設計、操作和保養使用沉積技術的複雜系統的大筆費用和成本。這顯著降低了總成本。
本發明還有一個技術優點，包括能夠在移動式腔室之外運行嘈雜的機械真空泵，如機械低真空前級真空泵，從而減少了機械振動，增加了移動式鍍覆系統的運行可靠性。
另一個技術優點包括能夠在移動式鍍覆系統的移動式儲存箱內使用成熟的冷卻系統如水冷系統。
還有一個技術優點包括能夠使用成熟的沉積技術，而不會產生或遺留任何有害的廢棄副產物。這很有意義。
從以下的附圖、說明書和權利要求書中，本領域的專業人員很容易想見本發明的其它技術優點。
現在參照下面的簡要說明、並結合附圖和發明詳述部分的說明來更全面地理解本發明及其優點，其中同樣的數字標記代表同樣的零件

圖1是說明根據本發明的一個實施方案的可用於鍍覆材料的等離子鍍覆系統示意圖；圖2是等離子鍍覆系統的真空室頂視圖，描繪了平臺為轉臺的一個實施方案；圖3是說明根據本發明的一個實施方案的絲極周圍的等離子體形成並分散到等離子鍍覆基底的側視圖；圖4是表示包括底層、過渡層和工作層的沉積層的剖視圖；圖5是說明根據本發明的一個實施方案的等離子鍍覆方法的流程圖；圖6是說明根據本發明的一個實施方案的使用本發明的系統的背濺射方法的流程圖；圖7是根據本發明的一個實施方案的移動式鍍覆系統的頂視圖；圖8是說明外部真空泵與移動式鍍覆系統的真空室之間的連接的側視圖；和圖9是說明使用根據本發明的一個實施方案的移動式鍍覆系統的方法的流程圖。
發明詳述首先應該理解儘管在下面說明了本發明的示範性實施方案，本發明還可以使用許多無論是目前已知的或是現有的技術來實施。本發明決不應受限於示範性實施例、附圖和下面說明的方法，包括在此說明和描述的示範性設計和裝置。
首先，以下結合圖1-6來詳細說明等離子鍍覆系統和方法。圖1-6說明了一種使用移動式鍍覆系統和方法的沉積技術。最後，結合圖7-9來詳細說明移動式鍍覆系統和方法的一種實施方案，該實施方案示範了結合前面的圖1-6詳述的沉積技術的等離子鍍覆系統類型。
圖1是說明根據本發明的實施方案的可用於鍍覆各種材料的等離子鍍覆系統10的示意圖。系統10包括了用於支撐等離子鍍覆真空室14內基底12的各種設備。一旦達到了合適的工作參數和條件，絲極16和絲極18提供的沉積物質可被蒸發或汽化，形成等離子體。等離子體通常含有沉積物質的正離子，並會被吸引到基底12上形成沉積層。等離子體可以想像為圍繞或鄰近基底12的離子云。等離子體通常在從絲極16和絲極18到接近基底12的最近表面之間形成一個暗區，使正離子加速向基底12移動。
絲極16和絲極18與支撐基底12的平臺20一起，位於真空室14內。傳動件22表示了驅動馬達24與真空室14內平臺20的主軸之間的連接。在圖1所示的實施方案中，平臺20為在真空室14內旋轉的轉臺。傳動件22將驅動馬達24的旋轉運動與平臺20的主軸機械連接起來，以使平臺20旋轉。平臺20的主軸的旋轉通過各種支承軸承如底板軸承28和平臺軸承30而促進。
如上所述，真空室14位於或封接於底板32之上。事實上，真空室14可以使用任何具備承受內部真空和外部壓力如大氣壓的適宜的機械特性的材料製成。例如，真空室14可以是金屬腔或是玻璃罩。在一個可選的實施方案中，底板32起著平臺20的作用，支撐著基底12。底板32可以認為是真空室14的一部分。
底板32也對系統10起著機械支撐的作用，同時還允許各種設備從其下表面貫通至其位於真空室14中的上表面。例如，絲極16和絲極18從絲極電源控制元件34接收電能。應注意，儘管圖1中標出了兩組絲極電源控制元件34，優選的是這兩組元件如一組元件那樣工作。為了向絲極16和絲極18提供電能，電導線必須如圖1所示穿過底板32。類似地，驅動馬達24也必須穿過或貫穿底板32，向傳動件22傳送機械動作，從而使平臺20旋轉。饋電通路26，下面會有更詳盡的說明，也貫穿底板32，並在平臺20和各種信號發生器之間提供電傳導通道，下面也會有更詳盡的說明。在一個優選的實施方案中，饋電通路26作為換向器與平臺20的底面接觸，在該實施方案中，平臺20用作轉臺。饋電通路26可以作為換向器，象金屬刷那樣工作，其能與平臺20的底面接觸，並且即使平臺20旋轉，也能與之保持電接觸。
絲極電源控制元件34向絲極16和絲極18提供電流。在一個實施方案中，絲極電源控制元件34能在一個特定的時間段向絲極16提供電流，然後在第二個時間段向絲極18提供電流。根據絲極的設置情況不同，絲極電源控制元件34可以向絲極16和絲極18同時提供電流，或者以分開的時間間隔提供電流。這種靈活性容許多於一種的特定沉積材料在不同時間被等離子鍍覆到基底12上。優選絲極電源控制元件34向絲極提供交流電，但是可以使用任何已知的產生電流的方法來提供電流。在一個優選的實施方案中，絲極電源控制元件34提供了足夠幅度或強度的電流，以在絲極16中產生充足的熱量，從而蒸發或汽化其中提供的沉積物質。
為了保證均勻加熱位於絲極16或絲極18之上或之中的沉積物質，優選絲極控制元件34以遞增的方式提供電流，以使在真空室14內熔化的沉積物質中熱量分布更均勻。
在一個優選的實施方案中，平臺20用作轉臺，使用如上所述的機械聯動裝置使之旋轉。可用如圖1所示的速度控制元件36來控制平臺20的旋轉速度。優選平臺20的旋轉速率為5轉/分～30轉/分。據信等離子鍍覆用的平臺20的最佳旋轉速率為12轉/分～15轉/分。平臺20旋轉的優點是能使基底12受到更均勻的鍍覆或塗敷。這在當平臺20表面上置有多個基底時尤其如此。這容許在等離子鍍覆過程中真空室14內多個基底中的每一個均同等、均勻地放置。
在其它的實施方案中，事實上平臺20可以以任何所需的角度或傾斜度傾斜。例如，平臺20可以是平面、水平面、垂直面、傾斜面、彎曲表面、曲線面(curvilinear suface)、螺旋面，或者作為真空室的一部分如真空室內的支承結構。如前所述，平臺20可以是固定的或者是旋轉的。在一個可選的實施方案中，平臺20包括可用來旋轉一個或多個基底的滾軸。
在一個優選的實施方案中，平臺20提供或者包括了連通饋電通路26和基底12之間的導電通路。在一個實施方案中，平臺20為金屬或導電材料，因此可在平臺20上的任何位置提供饋電通路26和基底12之間的導電通路。在這樣的情況下，在平臺20和使平臺20旋轉的軸之間設置絕緣體21，以便電絕緣。另一個實施方案中，在平臺20頂面的某個位置有導電材料與平臺20底面的某個位置有電連接。這樣，基底12可以置於平臺20頂側的適當位置，而饋電通路26可以置於平臺20底側的適當位置。如此進行基底12與饋電通路26之間的電連接。
饋電通路26向平臺20和基底12提供直流信號和射頻信號。與這些信號均有關的所需工作參數在下面有更詳盡的說明。優選通過直流電源66產生負壓直流信號，通過射頻發射器64產生所需功率水平的射頻信號。然後優選用直流/射頻混合器68將兩組信號混合，通過射頻平衡電路70提供給饋電通路26，通過最小化駐波反射功率來平衡信號。優選用人工來控制射頻平衡電路70。
在一個可選的實施方案中，平臺20，包括其所有的支撐元件、構件和設備如驅動電機24和傳動件22均被去除。在這種情況下，基底12與饋電通路26電連接。
用圖1中系統10的剩餘設備和部件來產生、維持並控制真空室14內所需的真空條件。這是通過使用真空系統來做到的。真空系統包括低真空泵(roughing pump)46和初級閥48，在剛開始時用來降低真空室14中的壓力。真空系統還包括前級真空泵40、前級閥44、擴散泵42和主閥50。開啟前級閥44，使前級真空泵40可以開始工作。在通過關閉初級閥48而關閉低真空泵46之後，將擴散泵42加熱到合適的溫度，然後開啟主閥50。這使得擴散泵42可以進一步將真空室14中的壓力降低到所需水平。
然後可以以所需的速率向真空室14中引入氣體60如氬氣，從而將真空室14中的壓力增加到所需的壓力值或達到一定的壓力範圍。氣體調節閥控制著氣體60通過底板32進入真空室14內的流速。
正如以下將根據本發明的教導聯繫圖5和圖6要作的更詳盡的說明那樣，一旦所有的工作參數和條件均達到了，系統10中便發生等離子鍍覆。通過真空室14內等離子體的形成，可以在基底12上等離子鍍覆一層或多層包括如基層、過渡層和工作層在內的沉積層。優選等離子體包括沉積物質蒸發或者汽化得到的帶正電荷的沉積物質離子，以及被引入真空室14中的氣體60產生的正離子。人們相信，在等離子中存在並最終成為沉積層的一部分的氣體離子如氬氣離子不會顯著降低沉積層的性能。向真空室14中引入氣體同樣有助於控制真空室14內所需的壓力，從而可以根據本發明的教導產生等離子體。在一個可選的實施方案中，等離子鍍覆工藝在無氣體的環境下進行，因此通過真空系統來形成並充分維持真空室14內的壓力。
真空室14中等離子體的產生被認為是各種影響因素的結果，這些影響因素如加熱位於絲極如絲極16和絲極18中的沉積物質產生的熱離子效應，以及施加所需電壓水平的直流信號和施加所需功率水平的射頻信號。
系統10的真空系統可以包括各種真空系統如擴散泵、前級真空泵、低真空泵、低溫泵、渦輪泵和任何能夠使真空室14中的壓力達到本發明所需的壓力的泵。
如上所述，真空系統包括低真空泵46和與前級真空泵40一起使用的擴散泵42。低真空泵46通過初級閥48與真空室14相連。當初級閥48打開時，可以在剛開始時用低真空泵46來降低真空室14中的壓力。一旦真空室14內達到了所需的低壓，即關閉初級閥48。低真空泵46通過底板32上的通孔或開口與真空室14相連。優選低真空泵46為機械泵。在圖1所示的系統10的真空系統的一個優選實施方案中，該實施方案中的真空系統還包括通過前級閥44與擴散泵42相連的前級真空泵40。前級真空泵40可以是一個機械泵，其與擴散泵42結合使用，將真空室14內的壓力降低到比使用低真空泵46所產生的壓力還要低。
在低真空泵46降低了真空室14內的壓力之後，通過主閥50和圖1中用位於主閥50之上、平臺20之下的虛線表示的底板32上的通孔或開口來使擴散泵42與真空室14相連，使用加熱器並且可能需要使用冷卻水或其他物質來冷卻擴散泵42。一旦擴散泵42已被加熱並已做好了工作準備，就可以開啟主閥50，以使真空室14內的壓力通過擴散泵42協同前級真空泵44的作用得到進一步降低。例如，真空室14內的壓力可被降低到4毫託以下。在背濺射工藝過程中，真空室14內的壓力可以降低到100毫託直至20毫託。優選在背濺射工藝過程中，真空室14內的壓力為50毫託直至30毫託。在等離子鍍覆工藝的系統10正常運轉的過程中，可以通過真空系統將真空室14內的壓力降低到4毫託直至0.1毫託。優選在等離子鍍覆工藝過程中使用真空系統以將真空室14內的壓力降低到1.5毫託直至0.5毫託。
圖2是等離子鍍覆系統的真空室頂視圖，表示了平臺為轉臺20的一個實施方案。在轉臺20的表面上對稱放置了基底12a、12b、12c和12d。轉臺20可以順時針或者逆時針方向旋轉。事實上基底12a-12d可以由任何現有材料製成，在圖2中為圓柱形，因此每個基底在頂視圖中表現為圓形。
絲極電源控制元件34與第一套絲極94和96以及第二套絲極90和92有電連接。儘管圖2中沒有完全標示出這種電連接關係，應理解絲極電源控制元件34可以向第一套絲極94和96、或者是第二套絲極90和92提供電流。這樣，沉積層可有兩層如基層和工作層。優選首先通過第一套絲極94和96提供的沉積物質來鍍覆基層，再用第二套絲極90和92上提供的沉積物質在基底12a-12d的基層上沉積工作層。
圖2中基底的布置可被描述成一系列的基底，其包括與轉臺20的中心更為接近的朝內表面，和與轉臺20的外緣更為接近的朝外表面。例如，12a-d系列基底的朝內表面在基底旋轉靠近絲極時分別在不同的時間面向絲極92和絲極96。同樣，基底12a-d的朝外表面在它們旋轉靠近絲極時面向絲極90和94。
如前所述，事實上絲極電源控制元件34可以提供任何種類的電流如直流電流或交流電流，但是優選提供交流電流。
在工作中，例如轉臺20按順時針方向旋轉，這樣在基底12b靠近或者經過絲極之後，下一個靠近或者經過絲極的基底是基底12c，如此下去。在一個實施例中，第一套絲極94和96上裝載著沉積物質如鎳(或鈦)，第二套絲極上裝載著沉積物質如銀/鈀合金。該實施例是鍍覆兩套沉積物質或者兩層沉積層的例子。
在設定了真空室內所有的工作參數之後，正如在這裡自始至終描述的那樣，絲極電源控制元件34可以向第一套絲極94和96提供交流電流，將使鎳蒸發或者汽化，以與真空室內的氣體如氬氣一起形成等離子體。等離子體中帶正電荷的鎳離子和帶正電荷的氬離子將被吸引到處於負電位的基底12a-d上。通常基底旋轉時離第一套絲極90和92的距離越近，將會沉積越多的材料。因為轉臺是旋轉的，施加到各個基底上的一層或多層沉積層是均勻的。
在開始的等離子體已被鍍覆到12a-d系列基底上形成沉積層的基層之後，絲極電源控制元件34被通電，以向第二套絲極90和92提供足量的電流。類似地，在氬離子和銀/鈀離子之間形成了等離子體，然後在正在旋轉的基底上形成工作層。
在鍍覆基層的過程中，主要通過絲極94中的沉積物質鎳來塗敷基底12a-d的朝外表面。類似地，通過絲極96中的沉積物質鎳來塗敷基底的朝內表面。對於將銀/鈀等離子鍍覆到基底上形成沉積層的鍍覆來說，也存在同樣的關係。
圖3是根據本發明的一個實施方案，說明絲極100周圍的等離子體形成和擴散，以等離子鍍覆基底12的側視圖。絲極100做成導線籃子的形狀，如鎢絲籃子，如圖所示，沉積物質102置於其中，並由絲極100機械支撐住。當絲極電源控制元件34向絲極100提供了足夠的電流時，沉積物質102會熔化或者汽化，形成等離子體104。當然，本發明的所有工作參數必須能使沉積物質達到等離子體狀態，以便發生等離子鍍覆。
處於負電位的基底12吸引等離子體104的正離子，以形成沉積層。如圖所示，等離子體104的分布圖顯示等離子體104的大部分正離子被吸引到絲極100和沉積物質102附近。如圖所示當等離子體104與基底12的頂面接觸時將產生一些捲曲。類似地，等離子體104的一部分正離子可能被吸引到平臺或者轉臺上。正如已說明的那樣，本發明提供了一種形成沉積層的有效辦法，即確保沉積物質的大部分離子被用於形成沉積層。
圖4是表示包括基層110、過渡層112和工作層114在內的基底12的沉積層的剖視圖。首先應注意構成沉積層的各個層的厚度與基底12的尺寸基本上不成比例；然而，根據本發明的一個實施方案，沉積層的各內層的相對厚度彼此成比例。
一般地，根據本發明的教導，基底上整個沉積層的厚度通常被認為是介於500埃和20,000埃之間。在一個優選的實施方案中，整個沉積層的厚度被認為是介於3,000埃和10,000埃之間。本發明提供了包括所有的沉積層如基層110、過渡層112和工作層114在內的沉積層厚度的優異的再現性和可控性。據信，本發明可以提供精度約為500埃的可控層厚。還應提到的是，本發明可用來形成具有一層或任意多層內層的沉積層。
沉積層的厚度通常根據等離子鍍覆基底的預定用途的性質來決定。除了其它的許多變量和因素外，還可包括這些變量如溫度、壓力和工作環境的溼度。對於每層的金屬或沉積物質種類的選擇也高度依賴於等離子鍍覆基底的所需用途的性質。
例如，本發明防止或者顯著減少了部件之間因過度磨損而發生的咬住。這種咬住包括配合部件的兩個表面如螺紋表面裝配在一起時常會發生的相互咬住。咬住可能引起部件斷裂和破裂，這常常導致嚴重破壞。通過對一個或多個接觸表面進行等離子鍍覆，可以防止或減少咬住發生。可使用各種沉積物質來獲得這種有益的效果。然而，優選用等離子鍍覆工藝在一個或多個接觸表面上沉積鎳或鈦基層和銀/鈀合金工作層，來減少咬住。對於高溫如超過650華氏度的應用來說，優選通過等離子鍍覆工藝沉積鎳或鈦基層和金工作層來減少咬住。
通過試驗，人們發現當鉻被沉積，無論是作為基層、過渡層還是作為工作層時，對於減少咬住的效果並不好。人們相信，鉻可能是一種在等離子鍍覆工藝過程中更難加以控制的沉積物質。
等離子鍍覆還可用來鍍覆閥零件如在非核爆炸應用中的閥杆，優選等離子鍍覆鈦基層、金過渡層和銦工作層。在原子核應用如核電站應用中，銦並不是優選的等離子鍍覆沉積物質，因為它被認為是過高的放射性同位素吸收體。替代地，而鎳基層和銀/鈀合金工作層對於等離子鍍覆原子核應用中的閥杆則是優選的。
如圖4所示，工作層14通常比相應的過渡層112和基層110厚得多。還應注意到的是圖示中基底12頂部的塗層在基底12的中央或中央附近較薄。這取決於在等離子鍍覆工藝過程中絲極如何放置。例如，如果絲極如同圖2-3中所示那樣放置，基底12中央的沉積層一般會比其側邊的沉積層薄。
儘管在這裡已經討論過了各種厚度範圍，應理解本發明並沒有對最大沉積層厚度作出限制。事實上，沉積層的厚度，尤其是工作層114的厚度，可以為通常取決於等離子鍍覆基底12將來的工作環境的任何所需厚度。優選基層110和過渡層112以及工作層114之下的任何其它層的厚度顯著小於相應的工作層114的厚度。例如，基層110和過渡層112的厚度範圍可為500～750埃，而工作層114的厚度事實上可以為例如18,000埃。
圖5是根據本發明的一個實施方案的等離子鍍覆方法500的流程圖。方法500從方框502開始，進行到方框504。在方框504，準備了等離子鍍覆的材料或基底。包括清理基底，以除去異物、汙物和油。可以使用任何已知的清理工藝，如鋼結構刷塗委員會(SSPC)規定的那些工藝。例如，可用標準SSPC-5來保證基底被清理達到純淨金屬的狀態。同樣，可以使用標準SSPC-10。優選將基底進行噴砂處理，例如進行噴丸處理以進一步保證除去異物或汙物。應注意在基底的表面可以存在氧化層。本發明容許即使在基底表面存在氧化層的情況下仍能用等離子鍍覆具有優異的粘附性能和機械性能的沉積層。
方法500進行到方框506，在這裡設定等離子鍍覆系統的必要條件。等離子鍍覆系統的裝置不同，該必要條件的內容有所不同。在使用擴散泵作為真空系統的一部分的情況下，例如必須確保冷卻水的供應。同樣，必須確定具備足夠的潤滑油和空氣，以使與等離子鍍覆系統相關的各種設備、閥和裝置能夠運轉。在進行到方框510之前，還應該在此落實氣體如氬氣的足量供應。
假定擴散泵用作真空系統的一部分，在方框510處使擴散泵做好工作的準備。包括打開前級閥，啟動與擴散泵結合使用的前級真空泵。一旦達到了前級真空度，就可使擴散泵的加熱器通電。這使得擴散泵進入使用狀態。
方法500進行到方框512，在這裡作真空室準備。包括如將基底放置於真空室內等許多步驟。通常將基底放置在真空室內的平臺或轉臺上的指定位置。在進入真空室內部之前，真空室的密封要被破壞，優選將鐘形罩或外部構件從底板上抬起。將基底放置到平臺上之後，就可將絲極放置到與基底相應的位置。
放置絲極可能涉及許多技術，並且包括這些變量如絲極提供的沉積物質數量和種類，相對於基底的距離以及相對於其它絲極的距離。一般從絲極或沉積物質的中心線算起到基底上最近點的距離為0.1～6英寸。但是，當沉積物質將成為沉積層的基層或過渡層時，優選絲極或沉積物質與基底之間的距離範圍為2.75～3.25英寸。類似地，當沉積物質將作為沉積層的工作層沉積到基底上時，優選絲極或沉積物質與基底之間的距離為2～2.5英寸。
在等離子鍍覆多種沉積物質的情況下，有必要考慮容納第一沉積物質的絲極與容納第二沉積物質的絲極的相對位置，使每個絲極之間以及與基底之間的相對位置相互對應。一般來說，包含作為沉積層的基層、過渡層或工作層的沉積物質的第二絲極和第一絲極之間的距離應為0.1～6英寸。
包含將作為基層的沉積物質的絲極之間的距離一般為0.1～6英寸。優選該距離為3～4英寸。上述關於絲極之間距離的數據也適用於絲極中的沉積物質將作為沉積層中的過渡層的情形。類似地，包含將作為沉積層的工作層的沉積物質的絲極之間的距離一般應為0.1～6英寸，但是優選為2.5～3英寸。
方框512的真空室準備中也可能需要考慮平臺上要被等離子鍍覆的一系列基底的布置情況。例如，設置在真空室內的向一系列基底的朝內表面鍍覆沉積物質覆層的絲極與位於真空室內的鍍覆一系列朝外表面的絲極相比，需要的沉積物質的質量或重量可能要少20～80％。確定朝內表面和朝外表面是以相對於平臺或轉臺的位置關係為基準的，朝內表面是指靠近平臺或轉臺中心的那些表面。上述的原因在由於一般來說朝內表面和朝外表面對等離子體的正離子的吸引力有所不同，造成一系列基底的朝內表面的等離子鍍覆工藝效率高於該系列基底的朝外表面的等離子鍍覆工藝效率。這樣也確保朝內表面和朝外表面上的沉積層厚度更加均勻。在這種情況下，優選絲極位置，絲極上沉積物質的重量或質量也將有所不同。通常，兩個不同位置之間的沉積物質的質量或重量可相差20～80％。優選鍍覆朝內表面的絲極中的沉積物質的質量或重量比鍍覆朝外表面的絲極上的沉積物質的質量或重量要少40～50％。放置在絲極中的沉積物質的量與沉積層和其各內層所需的厚度相對應。這已結合圖3作過更詳盡的討論和說明。
在形成等離子的過程中，絲極的類型影響著其中的沉積物質熔化或蒸發形成的分布圖譜。本發明中可以使用各種類型、形狀和結構的絲極。例如，絲極可以是鎢籃、舟皿、線圈、坩堝、射線槍、電子束槍、加熱槍或任何其它的結構如真空室內的支承結構。一般通過向絲極通電流來加熱絲極。但是，本發明可以使用任何方法或方式來加熱絲極內的沉積物質。
真空室準備還包括將沉積物質放置在一個或多個絲極中。事實上本發明可使用任何能在本發明的條件和參數下蒸發從而形成等離子體的材料。例如，沉積物質事實上可包括任何金屬如金屬合金、金、鈦、鉻、鎳、銀、錫、銦、鉛、銅、鈀、銀/鈀和其它各種金屬。同樣，沉積物質可包括任何其它材料如碳、非金屬、陶瓷、金屬碳化物、金屬硝酸鹽和各種其它材料。沉積物質通常為丸狀、顆粒、細粒、粉末、線狀、帶狀或條狀材料。一旦裝好了絲極，就可以關閉並密封真空室。這可能包括用真空室的底板來密封真空室的外罩部分。
方法500進行到方框514，在此初步設置真空室內的真空條件。在一個實施方案中，如圖1中表示的系統10，剛開始用低真空泵對真空室抽真空，將真空室內的壓力降到足夠低，以使其它的泵可以接替它並進一步降低真空室內的壓力。在一個實施方案中，開始啟用的低真空泵為機械泵，隨後可打開初級閥，以連通真空室。一旦低真空泵起到了預定的作用，將真空室內的壓力降到了預定或設計水平，就關閉初級閥。此時，方法500轉到方框516。
在方框516，用另一個真空泵來進一步降低真空室內的壓力。例如，在一個實施方案中，使用擴散泵/前級真空泵來進一步降低真空室內的壓力。在圖1所示的本發明的實施方案中，通過開啟主閥，使用擴散泵，並輔以機械前級真空泵，來進一步降低真空室內的壓力。
通常將真空室內的壓力降低到4毫託以下。優選將真空室內的壓力降低到1.5毫託以下。在下面結合方法500的方框518說明的進行背濺射的情況下，真空室內的壓力降低到100毫託以下，一般為20毫託～100毫託。在進行背濺射的一個優選實施方案中，真空室內的壓力降低到50毫託以下，一般為20毫託～50毫託。
進行到方框518，可施行背濺射工藝來進一步清理、準備基底。但是應該理解的是該工藝不是必須的。在下面會結合圖6來對背濺射工藝作更詳細說明。背濺射工藝可包括真空室內平臺或轉臺的旋轉。在這種情況下，通常轉臺的轉速為5轉/分～30轉/分。優選轉臺的轉速為12轉/分～15轉/分。根據本發明的教導，優選在基底上形成沉積層時轉臺也運轉。
方法500進行到方框520，在此設定工作真空度。儘管如上面結合方框514和516討論過的那樣真空室內的真空條件已經建立，但現在可以通過將氣體以一定的流速引入真空室內來確定工作真空度，通常將真空室內的壓力升高到0.1毫託～4毫託。優選引入氣體將真空室內的壓力升高到0.5毫託～1.5毫託。這將保證在等離子體中沒有沉積物質離子相撞，並將提高沉積效率，向基底提供乾淨的、高度粘附的沉積層。引入到真空室內的氣體可以是各種氣體，但是優選為惰性氣體、稀有氣體、活性氣體或者如氬氣、氙氣、氡氣、氦氣、氖氣、氪氣、氧氣、氮氣等氣體，以及其它各種氣體。該氣體最好為非易燃性氣體。應理解本發明並不要求引入氣體，而是可以在沒有氣體的情況下進行。
方框522處設定系統的各種工作參數和數值。這一般包括使轉臺旋轉，需要的話，施加直流信號，和施加射頻信號。假定平臺包括轉臺或某些其它的旋轉設備，優選在此使轉臺旋轉。當然這要假定先前轉臺沒有旋轉，並且進行背濺射方框518的處理與否可自行酌定。一旦轉臺旋轉被設定，就可以向基底施加直流信號和射頻信號。通常向基底施加的直流信號的電壓為1～5,000伏特。應注意優選電壓的極性為負；但也不總是這樣要求。在一個優選的實施方案中，向基底施加的直流信號的電壓為負500～負750伏特。
向基底施加的射頻信號的功率一般為1～50瓦特的。優選射頻信號的功率為10瓦特或者為5～15瓦特。射頻信號的頻率一般為幾千赫茲或者幾兆赫茲的工業指定頻率。優選頻率信號為13.56千赫茲。儘管自始至終使用術語射頻來描述在基底上產生和施加的射頻信號，應理解的是術語射頻並不限於通常意義上的頻率約為10千赫茲～100,000兆赫茲的信號。術語射頻還應包括能有助於在真空室內形成或激發等離子體的任何頻率的信號。
優選方框522還包括使用混合器電路來混合直流信號和射頻信號，從而複合信號。這使得向基底上施加的只有一個信號。通常使用穿過真空室的底板並與平臺的導電部分接觸、隨後與基底電連接的饋電通路來實現這一點。方框522還包括通過使用射頻平衡網路來平衡複合信號。優選通過降低駐波反射功率來平衡複合信號。這優選通過人工進行控制。
如曾在混合器電路中看到的那樣，在天線或輸出的輸出特性或負荷特性改變時，當電信號或電波從輸出負載反射回到混合器或信號源時可能出現問題。這些問題可能包括射頻發射器破壞，和轉移到基底和真空室中的功率減少，轉移到基底和真空室中的功率是為了保證形成足夠的等離子體來圓滿完成等離子鍍覆工藝。
這個問題可以通過射頻平衡網路來減少或解決，該射頻平衡電路能調整它的阻抗來抵消或降低反射波，在一個實施方案中阻抗包括電阻、電感和電容。輸出載荷或天線的阻抗和電特性受到如等離子體存在與否、平臺上基底的形狀和性能等的影響。由於在等離子鍍覆工藝過程中存在這些變化，在工藝過程中可能需要調整射頻平衡電路來降低駐波反射功率，換句話說或者是防止或減小返回到射頻發射器的駐波比例。優選在等離子鍍覆工藝過程中，這些調整由操作者手工進行。在其它的實施方案中，射頻平衡電路是自動調整的。但是必須小心操作，以保證自動調整不會補償過度或者是不能跟蹤輸出載荷的變化。
方法500進行到方框524，在此一種或多種沉積物質被熔化或蒸發，產生等離子體。等離子體在本發明提供的條件下產生，使得沉積層通過等離子鍍覆在基底表面上形成。人們相信沉積層在形成中等能量水平形成，該中等能量一般為10eV～90eV。
一般通過向沉積物質周圍的絲極提供電流來使沉積物質蒸發或汽化。在一個優選的實施方案中，沉積物質被慢慢或逐漸加熱，以使沉積物質中具有更均勻的熱量分布。這也促進了等離子體的形成。提供的電流可以是交流電流或者是任何其它足以在絲極中產生熔化沉積物質的熱量的電流。在其它的實施方案中，可以引入與沉積物質進行化學接觸的試劑來加熱沉積物質。在另外的實施方案中，可以使用電磁能或微波能來加熱沉積物質。
真空室內的條件將利於形成等離子體。等離子體一般包括氣體離子如氬離子，和沉積物質離子如金、鎳或鈀離子。由於缺失一個或多個電子，氣體離子和沉積物質離子一般為正離子。人們相信引入射頻信號以及加熱沉積物質產生的熱離子(thermionic)現象有助於形成等離子體。在某些情況下，產生的等離子體可能包括帶負電荷的離子。
基底上用直流信號而產生的負電位將會吸引等離子體中的正離子。同樣，這主要包括沉積物質離子，可能還包括氣體離子如在方法500中較早引入的氣體中的氬氣離子。人們相信氣體離子如氬氣離子的摻入不會使材料變劣或降低沉積層的機械性能。
應注意一些在先著作建議最好在基底上或其附近引入磁鐵，從而在等離子體被吸引到基底上形成沉積層時影響等離子體的離子移動路徑。現在，實驗證據表明，引入這樣的磁鐵事實上是沒有必要的，會產生有害影響。磁鐵的存在可能導致沉積厚度不均勻，並對工藝的可控性、再現性和可靠性顯然不利。
當設計的沉積層包括多個內層時，在方框524要進行多層鍍覆。這意味著在通過加熱絲極而使基層沉積物質熔化之後，再通過加熱絲極來使過渡層沉積物質(或者是接著要施加的覆層沉積物質)受熱熔化。照這樣，就可以鍍覆任意層內層的沉積層。在形成後續的沉積內層之前，前面的沉積層應該已經完全或近乎完全形成。由此方法500具有顯著的優點，其容許無需破壞和重新設立真空室的真空度而沉積具有多層內層的沉積層。這一點能顯著地減少總的等離子鍍覆時間和成本。
方法500進行到方框526，在這裡關閉系統。在圖1所示系統的實施方案中，關閉主閥，打開通向真空室的通氣閥，以平衡真空室內的壓力。然後打開真空室，就可以立刻取出基底。這是因為方法500的等離子鍍覆工藝中不會在基底內產生過多熱量。這具有顯著的優點，因為基底和沉積層的材料或機械結構不會受到過高溫度的不利影響。然後就可以根據需要使用等離子鍍覆基底。因為基底的溫度一般等於或低於125華氏溫度，通常無需任何熱保護就能立即對基底進行處理。
方法500還具有不產生任何廢棄副產物的優點，是環保的。另外，方法500還能有效利用沉積物質，因此能有效利用而不會浪費貴重金屬如金和銀。此外，由於本發明不使用高能沉積技術，因此對基底無不利的冶金或機械作用。相信是因為本發明的沉積層沒有深嵌入基底內部，但是沉積層仍然表現出優異的粘著性能、機械性能和材料性能。在方框528處取出基底之後，方法500在方框530處結束。
圖6是根據本發明的一個實施方案，使用本發明的系統和方法的背濺射方法600的流程圖。在沉積層通過等離子鍍覆在基底上形成之前，可以用背濺射來進一步清理基底。背濺射通常清除汙物和異物，從而使基底更乾淨，沉積層更加堅固和均勻。方法600從方框602開始，進行到方框604處將氣體引入真空室，引入速率要能維持或產生真空室內所需的壓力。這與前面圖5中方框520的說明類似。一般地，真空室內的壓力應為100毫託以下，如20毫託～100毫託。優選真空室內的壓力為30毫託～50毫託。
方法600進行到方框606，必要的話在此使平臺或轉臺旋轉。如上所述，轉臺的旋轉速率為5轉/分～30轉/分，但是優選為12轉/分～15轉/分。
進行到方框608時，設定直流信號並施加到基底上。通常施加的直流信號為1～4,000伏特。優選施加的直流信號的電壓為負100～負250伏特。
方框608處還包括產生射頻信號並施加到基底上。射頻信號的功率一般為1～50瓦特。優選射頻信號的功率為10瓦特，或者為5～15瓦特。優選將直流信號和射頻信號混合、平衡，並作為複合信號施加到基底上。結果，在方框604處引入的氣體將形成等離子體。該氣體一般為惰性氣體或希有氣體如氬氣。等離子體的形成包括從氣體生成正離子。這些等離子體的正離子受到吸引並加速移向優選處於負電位的基底，從而除去基底上的汙物。一旦汙物或異物離開基底，便可通過真空泵如擴散泵的運轉將它們從真空室中抽出。
進行到方框610處，持續進行背濺射工藝通常達30秒～1分鐘。取決於基底的條件和清潔程度，背濺射工藝持續的時間可長可短。一般地，允許背濺射工藝持續進行，直到背濺射工藝產生的電容放電基本上完成或者顯著減少。這可以通過觀察與基底的汙物的電容放電相一致的火花或閃光來進行肉眼監控。可稱之為微弧。
在背濺射工藝過程中，必須對直流信號加以控制。這通常是通過手工調整直流電源來做到的。優選直流信號的電壓達到最大值，但不要使直流電源過載。隨著背濺射工藝的進行，由於背濺射工藝過程中等離子體發生變化，直流電源中的電流將會改變。因此在背濺射工藝過程中有必要調整直流信號的電壓。
方法600進行到方框612，在此去除直流信號和射頻信號，並關掉氣體。方法600進行到方框614便結束。
圖7是根據本發明的一個實施方案的移動式鍍覆系統700的頂視圖。移動式鍍覆系統700的實施使用了移動式儲存箱702。在一個優選的實施方案中，移動式儲存箱702為封閉式或半封閉式拖車，通常由柴油卡車如「雙輪(Semi)」或「18輪」柴油卡車來牽引。然而，應該理解事實上本發明的移動式儲存箱702可以使用任何現有的移動式儲存箱、貨箱、拖車等等，例如貨箱、海/陸兩用貨箱、載重拖車或牽引拖車的內儲存箱、半拖車、貨車、冷藏車、貨運拖車、冷藏箱、平板拖車、自卸拖車、牽引拖車或封頂拖車。儘管移動式儲存箱702的優選實施方案為密封式或半封閉式的儲存箱，在另一個實施方案中，本發明也能為敞開式或半敞開式拖車或貨箱。
圖示的移動式鍍覆系統700，其中外部真空泵704放置在移動式儲存箱702之外。這表明該移動式鍍覆系統700處於固定和工作狀態。當移動式鍍覆系統700在運送途中或處於非工作狀態時，外部真空泵704可以儲存在移動式儲存箱702內。例如，圖中外部真空泵704附近有一個開口706，在一個優選的實施方案中，外部真空泵704可以通過開口706儲存在移動式儲存箱702中。於是在運送途中，外部真空泵704與移動式儲存箱702在一起。本發明並不限制任何開口如開口706或開口754的位置或存在與否。開口754也是進入移動式儲存箱702的入口。在一個優選的實施方案中，外部真空泵704包括安裝在滑軌上的機械低真空泵708和機械前級真空泵710。這樣，外部真空泵704可以通過開口706方便、快速地進出移動式儲存箱702。例如，可以使用叉式升降機將外部真空泵704移入或移出移動式儲存箱702。
外部真空泵704置於移動式儲存箱702之外、並在儲存箱外運轉這一點具有明顯的技術優點，能減小或消除鍍覆工藝過程中在移動式儲存箱702內的設備和系統中產生的內部振動、噪音和洩漏。這類的振動和機械應變可能對整個鍍覆工藝有巨大的危害。一般外部真空泵704是用來協助在位於移動式儲存箱702內的真空室712中產生所需的壓力，使得所需的鍍覆工藝可以在所需的可靠的工作參數下進行。在一個優選的實施方案中，低真空泵708通過或使用柔性管件714與真空室712相連。同樣，前級真空泵710可使用柔性管件714與真空室712相連，在圖7所示的實施方案中是通過內部真空泵716，圖示為擴散泵，來與真空室712相連。除了外部真空泵704位於移動式儲存箱702的外部這一點之外，柔性管件714也有助於消除、減小或隔離外部真空泵704在其他設備、機器和系統上引起的機械振動、應變和噪音。此外，柔性管件714允許管道運動，以至於在管道中不會產生使移動式鍍覆系統700完全停工的機械應力、疲勞和潛在裂紋或破裂。外部真空泵704和真空室712(和內部真空泵716)之間接合的一個實施方案將在下面結合圖8進行詳盡說明。
在繼續說明之前，應該強調的是本發明的移動式鍍覆系統700並不以任何方式受限於任何特定類型的鍍覆工藝、系統或沉積技術。如以上結合圖1-6的詳細說明中所述，可以使用移動式鍍覆系統700來實施等離子鍍覆系統或工藝。事實上本發明可以利用任何已知的或現有的使用真空室和真空泵的鍍覆工藝。例如，但不作任何限制，移動式鍍覆系統700可以使用以下任一種鍍覆工藝真空澱積、物理汽相澱積、化學氣相澱積、濺射、離子鍍和離子注入。實質上，圖7所示的移動式鍍覆系統700反映了在上面結合圖1說明過的等離子鍍覆系統10的一種實施裝置。
移動式儲存箱702可通過變壓器718與電源相連。於是，變壓器718可以向移動式鍍覆系統700的各種設備和系統提供適當的所需電壓和功率。在一個實施方案中，可以在移動式儲存箱702的頂部附近安置電力總線，使得整個移動式儲存箱可以方便地使用電源，但沒有安全隱患，該總線在圖7中沒有表示。圖7中還有空調設備720。空調設備720的作用是在移動式儲存箱702內提供適宜、舒適的工作環境，並幫助冷卻需要冷卻的設備。
在移動式儲存箱702中表示出來的冷卻系統包括冷卻器722、水箱724和適當的管路或連接件，可將冷卻水從冷卻器722送到內部真空泵716，圖中該泵為擴散泵，冷卻水和內部真空泵716之間作熱量交換，然後水回流到水箱724中，隨後送到冷卻器722進行冷卻。儘管在圖1的系統10中沒有表示，與圖1的擴散泵42相似，內部真空泵716需要適當運行冷卻系統來確保在真空室712內的工作壓力產生並維持在特定鍍覆工藝所要求的水平。冷卻器722可以是一種致冷裝置，這樣，該致冷裝置產生的熱廢氣可以通過通道(duct)726從移動式儲存箱702的內部排出。
本發明的移動式鍍覆系統700還具有容許相對容易地處理大型、龐大和沉重的部件的顯著優點。從移動式儲存箱702的主入口處放入要被塗敷或鍍覆的基底、零件或部件，如圖7所示，當主入口門728和主入口門730打開時，放置基底、零件或部件。在基底特別沉重或笨重的情況下，在主入口或開口處設置空中吊運/升降組件732。在所示的實施方案中，空中吊運/升降組件732包括安裝在移動式儲存箱702頂部附近的框架結構。空中吊運/升降組件732的框架結構可以移動，並可以用馬達734驅動。馬達734使得空中吊運/升降組件732用輪子如圖示的輪子736，沿著設置於移動式儲存箱702頂部或上部附近的軌道從移動式儲存箱702的主開口處滾進、滾出或滑進、滑出。在一個優選的實施方案中，移動式鍍覆系統700包括鉸接的延伸軌道738和740(也可稱為「空中翼軌」)，因此安置延伸軌道738可以將上述的空中吊運/升降組件732的軌道延伸到移動式儲存箱702之外。
如雙箭頭所示，空中吊運/升降組件732可以在移動式儲存箱702的內部和外部移動。當空中吊運/升降組件732移出移動式儲存箱702時，延伸軌道738和740提供了空中吊運/升降組件732的各種輪子如輪子736可以安放或在其上滾動的軌道。
工作中，龐大或笨重工件放置在移動式儲存箱702的主開口或入口處的外面。隨後，用馬達734來移動空中吊運/升降組件732，使空中吊運/升降組件732的升舉器(在圖7中沒有特別表示出來)放置在龐大基底的上方或附近。如前面解釋的那樣，當空中吊運/升降組件732位於移動式鍍覆系統700的移動式儲存箱702之外時，使用延伸滾道738和740來支撐空中吊運/升降組件732。然後將升舉器放低，該升舉器優選為電動或機動升舉器，並將基底提升到適當的位置。然後將空中吊運/升降組件732放置在移動式儲存箱702的主開口之內，直到將基底放置到預定位置。
基底的預定位置一般優選位於移動推車或平臺742之上。然後用空中吊運/升降組件732的升舉器來放低基底，將基底放置在可移動的推車或平臺742上。在圖7所示的優選實施方案中，可以將可移動的推車或平臺742放置到軌道744上。這允許使用軌道744上的可移動的推車或平臺742將基底移到真空室712內。可以將工作檯或平臺放置在可移動的推車或平臺742的頂面，並且優選將基底停放在該表面上。然後將該工作檯或平臺與基底置入真空室712內，因此，在一個實施方案中，將表面放有基底的工作檯或平臺沿著位於真空室712內側的軌道滑入真空室712中。在圖7的實施方案中，真空室712為一個大的金屬容器，其在靠近軌道744處有一個大的開口。真空室712可以為任何已知或現有的結構，也可由任何已知或現有的材料製成。
一旦將龐大或笨重的基底(或任何其它此類的這種基底)放置到真空室712內，就可以根據要求進行鍍覆工藝。例如，該鍍覆工藝可以使用以上結合圖5討論過的等離子鍍覆方法。在這種情況下，使用所有在前面結合圖1說明過的設備來設定適當的工作參數。一般，用控制元件746來控制所有的或某些運行和監控鍍覆工藝所需的真空泵、閥及其它配套設備如配套設備748。在一個實施方案中，配套設備748可包括與圖1所示相類似的設備。例如，配套設備748可包括類似於圖1的直流電源66的可在基底上產生所需電壓的直流電源、類似於圖1的射頻發射器64的可在基底上產生所需功率射頻信號的射頻發射器，可在真空室712內的絲極上產生所需電流的絲極功率控制元件。控制元件746也可控制真空室712內氣體如氬氣750的引入。控制元件746也能控制馬達752，該馬達是用來向真空室712內提供機械能的，如使放置基底的轉臺或平臺上的滾軸旋轉的機械能。這與圖1的驅動馬達24相似。
在其它的實施方案中，移動式鍍覆系統700可包括位於移動式儲存箱702內的噴丸室。在圖7中沒有表示出來的噴丸室可用來在將基底引入真空室712內進行鍍覆之前對基底進行清理。
圖8為根據本發明的一個實施方案，表示外部真空泵704與移動式鍍覆系統700的真空室712之間的連接的側視圖。外部真空泵704包括低真空泵708和前級真空泵710。圖示中低真空泵708和前級真空泵710均以泵和馬達一起來表示，並安裝在滑行架780上。在一個優選的實施方案中，可用叉式升降機來升舉滑行架780。
低真空泵708通過管道系統與真空室712相連，該管道系統包括低真空截止閥782、延伸通過或通向移動式儲存箱702處的可拆卸箱786通向移動式儲存箱702內部的柔性管件784。在移動式儲存箱702內，低真空泵708在直接與真空室712連接之前還包括柔性管件788和低真空閥790。
外部真空泵704的前級真空泵710與內部真空泵716的擴散泵相連然後通向真空室712的連接包括各種管道系統元件，這些管道系統元件類似於剛才關於低真空泵708的管道系統的說明。在與擴散泵716連接之前還包括柔性管件792、柔性管件794和前級真空閥796，該柔性管件792與可拆卸箱786相連並延伸到移動式儲存箱內部。然後通過主閥798將擴散泵716與真空室712相連。
圖示中交叉連接閥800將上述兩條路徑連接起來。儘管交叉連接閥800是常閉的，一旦機械前級真空泵710或機械低真空泵708壞了或者需要維修，該交叉連接閥800允許只使用上述的一個泵來使真空室712內產生所需的真空。這提供了顯著的靈活度，從而增強了整體工作的可靠度。
圖9是說明使用根據本發明的一個實施方案的移動式鍍覆系統700的方法900的流程圖。方法900從方框902開始，進行到方框904。在方框904，將移動式鍍覆系統放置到所需位置。例如，如果在核電站使用該移動式鍍覆系統，該移動式鍍覆系統將被放置在或靠近核電站所在地，這樣任何需要塗敷或鍍覆的關鍵零件或部件可以方便、輕易地輸運，而無需擔心裝運損耗或延遲。在方框906處，將外部真空泵從移動式鍍覆系統的移動式儲存箱之內移出，並放到移動式儲存箱之外。這具有顯著的優點，消除了可能干擾鍍覆工藝的巨大機械噪聲源和振動源。
方法900進行到方框908，在這裡使用柔性管件將外部真空泵與真空室相連。如上面剛討論過的那樣，這一點也進一步隔開了外部真空泵，且消除了由於機械應力、裂紋和洩漏造成的潛在失效或破壞。進行到方框910，可將基底如反應堆容器蓋螺柱與沉積物質一起放置到真空室內。如上面結合圖7討論過的那樣，在基底為大型或龐大的部件的情況下，本發明具有顯著的優點，即允許使用空中吊運/升降機來方便地處理這樣的基底，該空中吊運/升降機能延伸到移動式鍍覆系統的移動式儲存箱之外。然後可將基底按要求準確地放置在能滑入或置入真空室內的平臺或工作檯上。
方法900進行到方框912，開始進行鍍覆工藝。一般包括設定真空室內產所需的壓力和工作參數。最後，方法900進行到方框914，使用事實上任何已知的或現有的鍍覆或沉積技術如真空澱積、等離子鍍覆、物理汽相澱積、化學氣相澱積、離子鍍、濺射和離子注入來將沉積物質鍍覆到基底上。最後，方法900在方框916處結束。
因此，顯然本發明提供了一種具備上述一種或多種優點的移動式鍍覆系統和方法。儘管上面已經詳細說明了優選的實施方案，應理解的是，在這裡所能作出的各種改變、替代和變更並不脫離本發明的範圍，即便是缺少以上認識到的所有、一個或一些優點。例如，真空室和外部真空泵之間可以使用一個或多個柔性管件或接頭進行連接，也可通過內部真空泵如擴散真空泵、低溫泵和/或渦輪分子泵進行連接。本發明可使用各種材料和結構來實施。例如，本發明中可使用各種真空泵系統、設備和技術。這些只是本發明規劃和覆蓋的移動式鍍覆系統和方法的其它配置或結構的一部分例子。
在優選的實施方案獨立或分開描述和說明的各種部件、設備、物質、元件和工藝可以與其它元件和工藝相結合，而不會背離本發明的範圍。例如，可以連接或集成一個或多個泵來幫助在真空室產生或維持所需壓力或真空度條件。本領域的專業人員可以很容易地做出其它的改變、替代和變更的實施例，而這些實施例並不背離本發明的精神和範圍。
權利要求
1.一種用於施行鍍覆工藝的移動式鍍覆系統，其包括移動式儲存箱；位於移動式儲存箱中的真空室；外部真空泵，其可操作地在運送移動式鍍覆系統的途中置於移動式儲存箱內，而在移動式鍍覆系統被固定以及運轉過程中置於移動式儲存箱之外進行工作，該外部真空泵通過柔性管件可操作地與真空室相連，以助於在真空室內產生所需的壓力；和可控制該外部真空泵的控制元件。
2.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，其中移動式儲存箱為拖車。
3.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，其中移動式儲存箱為貨箱。
4.根據權利要求3的移動式鍍覆系統，其中貨箱為海/陸兩用貨箱。
5.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，其中移動式儲存箱為卡車貨廂。
6.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，其中外部真空泵安裝在滑軌上。
7.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，其中外部真空泵為機械泵。
8.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，其中外部真空泵包括低真空泵和前級真空泵。
9.根據權利要求8的移動式鍍覆系統，其中低真空泵為使用第一柔性管件與真空室相連的機械泵，前級真空泵為通過第二柔性管件與真空室相連的機械泵。
10.根據權利要求8的移動式鍍覆系統，其中低真空泵和前級真空泵安裝在滑軌上。
11.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，還包括可操作地與真空室相連並有助於在真空室內產生所需壓力的內部真空泵，和其中的可操作地控制該內部真空泵的控制元件。
12.根據權利要求11的移動式鍍覆系統，其中外部真空泵包括低真空泵和前級真空泵，該低真空泵使用第一柔性管件與真空室相連，而該前級真空泵通過第二柔性管件和內部真空泵與真空室相連。
13.根據權利要求11的移動式鍍覆系統，其中內部真空泵為擴散泵。
14.根據權利要求11的移動式鍍覆系統，還包括用於可操作地冷卻內部真空泵的冷卻系統。
15.根據權利要求14的移動式鍍覆系統，其中冷卻系統為水冷系統，該冷卻系統包括可操作地產生冷卻水並向內部真空泵提供用於冷卻的冷卻水的冷卻器；和可操作地接收並儲存來自內部真空泵的溫水、並向冷卻器提供這種溫水的水箱。
16.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，還包括可操作地設於真空室內並支撐著被鍍覆基底的平臺；真空室內與平臺相應的可操作地裝載沉積物質的絲極；和配套設備，該配套設備包括在基底上可操作地產生所需電壓的直流電源；在基底上可操作地產生所需功率的射頻信號的射頻發射器；和在絲極上可操作地產生所需電流的絲極電源控制元件，以及其中可操作地控制直流電源、射頻發射器和絲極電源控制元件的控制元件。
17.根據權利要求16的移動式鍍覆系統，其中平臺為轉臺，並進一步包括可操作地控制轉臺旋轉的馬達，和其中的可操作地控制該馬達的控制元件。
18.根據權利要求17的移動式鍍覆系統，還包括可操作地支撐平臺並運送平臺往返於真空室的移動式推車。
19.根據權利要求18的移動式鍍覆系統，其中移動式推車在軌道上運行。
20.根據權利要求17的移動式鍍覆系統，還包括用於在鍍覆之前清理基底的噴丸室。
21.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，還包括可操作地設於真空室內支撐被鍍覆基底的平臺；和可操作地提升基底並將基底運送到平臺上的空中吊運/升降機。
22.根據權利要求21的移動式鍍覆系統，還包括可操作地允許空中吊運/升降機移動到移動式儲存箱之外，從而將基底提升並運送到位於移動式儲存箱之內的平臺上的延伸軌道。
23.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，其中鍍覆工藝為等離子鍍覆。
24.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，其中鍍覆工藝使用的是真空澱積。
25.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，其中鍍覆工藝為物理氣相澱積。
26.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，其中鍍覆工藝為化學氣相澱積。
27.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，其中鍍覆工藝使用的是濺射。
28.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，其中鍍覆工藝使用的是離子鍍。
29.根據權利要求1的移動式鍍覆系統，其中鍍覆工藝使用的是離子注入。
30.一種用於施行鍍覆工藝的移動式鍍覆系統，其包括移動式儲存箱；位於移動式儲存箱中的真空室；外部真空泵，其可操作地在運送移動式鍍覆系統的途中置於移動式儲存箱內，而在移動式鍍覆系統被固定以及運轉過程中置於移動式儲存箱之外進行工作，該外部真空泵通過柔性管件可操作地與真空室相連，有助於在真空室內產生所需的壓力；可操作地與真空室相連並幫助在該真空室內產生所需壓力的內部真空泵；可操作地冷卻該內部真空泵的冷卻系統；可操作地設於真空室內以支撐被鍍覆的基底的平臺；真空室內與平臺相應的可操作地裝載沉積物質的絲極；和配套設備，其包括在基底上可操作地產生所需電壓的直流電源；在基底上可操作地產生所需功率的射頻信號的射頻發射器；和可在絲極上可操作地產生所需電流的絲極電源控制元件；和可操作地控制外部真空泵、內部真空泵、直流電源、射頻發射器和絲極電源控制元件的控制元件。
31.一種使用移動式鍍覆系統的方法，包括將移動式鍍覆系統放置在所需的鍍覆位置；將外部真空泵從移動式等離子鍍覆系統的移動式儲存箱內部移出至外部；和使用柔性管件將外部真空泵與移動式等離子鍍覆系統的移動式儲存箱內的真空室相連。
32.根據權利要求31的方法，還包括將基底和沉積物質置於真空室內；使用該外部真空泵來設定真空室內所需的壓力；和用沉積物質來鍍覆基底。
全文摘要
本發明提供了一種事實上使用任何已知或現有的用於塗敷或鍍覆的沉積技術進行鍍覆工藝的示範性的移動式鍍覆系統和方法。該移動式鍍覆系統可包括位於移動式儲存箱中的真空室、外部真空泵和控制外部真空泵的一部分或全部操作的控制部件。在移動式鍍覆系統的運送途中，外部真空泵位於移動式儲存箱中，而當該移動式鍍覆系統在固定了以及運轉過程中時，外部真空泵位於移動式儲存箱之外。該外部真空泵可以安裝在滑軌上，並且在操作中，該外部真空泵與真空室相連，以助於在真空室中產生所需壓力。該外部真空泵使用柔性管件與真空室相連，以減少和/或消除任何由於外部真空泵運轉從而在真空室內部和移動式儲存箱內部引起的機械振動。本發明提供了一種使用移動式鍍覆系統的示範性的方法，其包括將移動式鍍覆系統安裝在所需的鍍覆位置，將外部真空泵從移動式等離子鍍覆系統的移動式儲存箱的內部移出，並使用柔性管件將該外部真空泵與位於移動式等離子鍍覆系統的移動式儲存箱內的真空室相連。
文檔編號C23C16/44GK1478292SQ01819854
公開日2004年2月25日 申請日期2001年5月22日 優先權日2000年5月22日
發明者傑裡D·基德, 克雷格D·哈林頓, 丹尼爾N·霍普金斯, D 哈林頓, N 霍普金斯, 傑裡D 基德 申請人:基礎資源有限公司