金屬離子注入機的制作方法
專利名稱：金屬離子注入機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種金屬離子注入機。
背景技術(shù)：
常規(guī)的表面處理技術(shù)，由于需要在高溫環(huán)境下進行，因此會改變工件的外形尺寸和表面光潔度，使得熱處理完后還需要再進行精加工，因而不能達到使用的要求，并且熱處理層易發(fā)生表面脫皮及剝落現(xiàn)象。
離子注入技術(shù)是近年來在國際上發(fā)展起來的一種材料表面改性高新技術(shù)，其基本原理是用能量為幾十到幾百keV量級的離子束入射到材料中去，離子束與材料中的原子或分子將發(fā)生一系列物理的和化學(xué)的相互作用，入射離子逐漸損失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，從而優(yōu)化材料表面性能，或獲得某些新的優(yōu)異性能。與常規(guī)表面處理技術(shù)相比，其優(yōu)越性在于由于無需在高溫環(huán)境下進行，因而不會改變工件的外形尺寸和表面光潔度；離子注入后無需再進行機械加工和熱處理；離子注入層由離子束與基體表面發(fā)生一系列物理和化學(xué)相互作用而形成的一個新表面層，它與基體之間不存在剝落問題。
目前國際上已有應(yīng)用該技術(shù)對工件進行表面處理的離子注入機，但是，現(xiàn)有的應(yīng)用于工業(yè)上的離子注入機，其離子束流較弱，束流引出電壓較高，注入面積小，注入時間較長，如美國的Z-100和Z-200型注入機，其注入面積為250cm2，我國核工業(yè)西南物理研究院的GLZ-100金屬用工業(yè)離子注入機，其注入面積為300cm2，它們的注入時間為90分鐘到2個小時，束流引出電壓都大于50kv，所以造成工件加工成本過高。
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種離子束流強、束流引出電壓低、注入面積大、注入時間短、工件加工成本低的金屬離子注入機。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是本實用新型包括金屬離子源、離子源供電系統(tǒng)、真空室、工件靶臺、抽真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和控制屏，所述金屬離子源設(shè)置于所述真空室的上部并與所述真空室相連通，所述工件靶臺設(shè)置于所述真空室中，所述冷卻系統(tǒng)與所述金屬離子源相連接，所述控制屏分別與所述離子源供電系統(tǒng)、所述真空室、所述抽真空系統(tǒng)、所述冷卻系統(tǒng)相連接，所述金屬離子源包括陰極、陰極支架、觸發(fā)電極、絕緣陰極套、陽極、陽極支架、放電室、等離子體室、第一柵、第二柵和第三柵，所述觸發(fā)電極由所述絕緣陰極套隔開設(shè)置于所述陰極外周，所述放電室上端與所述陰極支架相連接、下端與所述陽極支架相連接，所述放電室外周均勻設(shè)有4～8個成對的磁柱，所述等離子體室上端與所述陽極支架相連接、下端與所述第一柵相連接，所述第一柵、所述第二柵、所述第三柵依次由上至下相隔開設(shè)置，所述第一柵與所述第二柵之間的距離為5～10mm，所述第一柵、所述第二柵、所述第三柵的柵板均為2～5mm厚，所述第一柵、所述第二柵、所述第三柵上均設(shè)有1300～1800個φ3～5mm的小孔，所述陽極支架與所述等離子體室之間、所述等離子體室外壁設(shè)有四個或四個以上N、S極相間排列的磁環(huán)；所述離子源供電系統(tǒng)由觸發(fā)電源、弧壓電源、束流引出電源和負壓電源組成，所述觸發(fā)電源的正極與所述觸發(fā)電極相連，所述觸發(fā)電源的負極與所述陰極相連，所述弧壓電源的正極分別與所述陽極、所述第一柵及所述束流引出電源的正極相連，所述弧壓電源的負極與所述陰極相連，所述負壓電源的正極分別與所述束流引出電源的負極、所述第三柵及地面相連，所述負壓電源的負極與所述第二柵相連，所述弧壓電源的特性阻抗為1Ω、脈寬為0.44～0.65ms、頻率為5～25Hz。
所述放電室外周均勻設(shè)有6個成對的磁柱，所述第一柵與所述第二柵之間的距離為7mm，所述第一柵、所述第二柵、所述第三柵的柵板均為3mm厚，所述第一柵、所述第二柵、所述第三柵上均設(shè)有1627個φ4mm的小孔，所述陽極支架與所述等離子體室之間、所述等離子體室外壁設(shè)有5個N、S極相間排列的磁環(huán)；所述弧壓電源的脈寬為0.5ms。
本實用新型還包括電機，所述電機采用永磁式直流力矩電動機，所述工件靶臺由支柱和靶盤組成，所述靶盤設(shè)置于所述支柱上端并可相對所述支柱傾斜，所述電機設(shè)置于所述真空室內(nèi)并分別與所述支柱和所述控制屏相連。
本實用新型還包括氮氣源和質(zhì)量流量閥，所述質(zhì)量流量閥分別通過導(dǎo)管與所述氮氣源和所述真空室相連通，所述質(zhì)量流量閥與所述控制屏相連。
本實用新型的有益效果是本實用新型采用了金屬離子蒸汽真空弧離子源(通常稱為MEVVA)，產(chǎn)生的金屬離子種類多，只要以導(dǎo)電的固體材料作陰極，元素周期表中從Li到U各元素均可產(chǎn)生強金屬離子束，產(chǎn)生的離子束束流強，電荷剝離率高，例如對Ti來講，能產(chǎn)生Ti+(3％)、Ti++(80％)、Ti+++(17％)，如果引出電壓為30kv，就可以引出60keV和90keV能量級的鈦離子束，只要采用高純材料作陰極材料，離子束的純度就高。
由于本實用新型的第一柵與第二柵的距離近(為5～10mm)，第一柵、第二柵、第三柵均較薄(為2～5mm厚)，第一柵、第二柵、第三柵上均設(shè)有小而多的引出孔(1300～1800個φ2～5mm的小孔)，因此在引出電壓低于20kv甚至在10kv也能引出足夠大的束流，本實用新型注入靶上的平均鈦離子束流大于5mA，通過機械掃描，其注入面積達到1810cm2；由于本實用新型是脈沖形式工作，其弧壓電源的特性阻抗為1Ω、脈寬為0.44～0.65ms，頻率為5～25Hz，在此特定機制下進行離子注入，注入時間短，注入溫度低(低于100℃)，絕對保證被注入工件不會發(fā)生任何變形；由于本實用新型在放電室外周均勻設(shè)有4～8個成對的磁柱，所以提高了離子流和弧流之比，即在同樣的弧流下可引出的離子束流較大；由于本實用新型在陽極支架與等離子體室之間、等離子體室外壁設(shè)有若干N、S極相間排列四個或四個以上的磁環(huán)，所以能形成的離子束均勻度好，提高了工件的處理質(zhì)量；由于本實用新型設(shè)有與工件靶臺相耦合傳動的永磁式直流力矩電動機，所以省去了齒輪鏈和真空室上的動密封，提高了可靠性并降低了整機成本；由于本實用新型還設(shè)有氮氣源和質(zhì)量流量閥，所以可采用金屬離子與氮氣的混合束注入，省去了分析磁鐵及其供電電源；綜上多種因素，使整機結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、操作容易、使用可靠，應(yīng)用本實用新型加工工件成本低。本實用新型是一種純凈的無污染無公害的工件表面處理機，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型金屬離子源和真空室的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型離子源供電系統(tǒng)與金屬離子源的連接示意圖。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，本實用新型包括金屬離子源1、離子源供電系統(tǒng)、真空室2、工件靶臺3、電機22、抽真空系統(tǒng)4、冷卻系統(tǒng)、氮氣源25、質(zhì)量流量閥26和控制屏。
所述金屬離子源1設(shè)置于所述真空室2的上部并與所述真空室2相連通。所述金屬離子源包括陰極5、陰極支架6、觸發(fā)電極7、絕緣陰極套8、陽極9、陽極支架10、放電室11、等離子體室12、第一柵13、第二柵14和第三柵15，所述觸發(fā)電極7由所述絕緣陰極套8隔開設(shè)置于所述陰極5外周，所述放電室11上端與所述陰極支架6相連接、下端與所述陽極支架10相連接，所述放電室11外周均勻設(shè)有4～8個成對的磁柱16，本實施例的所述放電室11外周均勻設(shè)有6個成對的磁柱16，所述等離子體室12上端與所述陽極支架10相連接、下端與所述第一柵13相連接，所述第一柵13、所述第二柵14、所述第三柵15依次由上至下相隔開設(shè)置，所述第一柵13與所述第二柵14之間的距離為5～10mm，本實施例的第一柵13與第二柵14之間的距離為7mm，所述第一柵13、所述第二柵14、所述第三柵15的柵板均為2～5mm厚，本實施例的第一柵13、第二柵14、第三柵15的柵板均為3mm厚，所述第一柵13、所述第二柵14、所述第三柵15上均設(shè)有1300～1800個φ3～5mm的小孔，本實施例的第一柵13、第二柵14、第三柵15上均設(shè)有1627個φ4mm的小孔，所述陽極支架10與所述等離子體室12之間、所述等離子體室12外壁設(shè)有四個或四個以上N、S極相間排列的磁環(huán)17，本實施例的陽極支架10與等離子體室12之間、等離子體室12外壁設(shè)有5個N、S極相間排列的磁環(huán)17。
本實用新型冷卻系統(tǒng)采用純水冷卻，用纏繞在管架上的細長水管將水源、水泵及金屬離子源相連接，不易漏電，增強了安全性同時節(jié)省能源。
所述工件靶臺3設(shè)置于所述真空室2中，所述工件靶臺由支柱23和靶盤24組成，所述靶盤24設(shè)置于所述支柱23上端并可相對所述支柱23傾斜。所述電機22采用永磁式直流力矩電動機，該電機能經(jīng)常使用在低速狀態(tài)，放置于真空室2中與所述支柱23直接耦合傳動來帶動靶盤24轉(zhuǎn)動，省去了齒輪鏈和真空室上的動密封，提高了可靠性并降低了整機成本，所述電機22與控制屏通過導(dǎo)線相連接。
所述抽真空系統(tǒng)4分別與真空室2和控制屏相連，采用常規(guī)的抽真空系統(tǒng)。
所述質(zhì)量流量閥26分別通過導(dǎo)管與所述氮氣源25和所述真空室2相連通，所述質(zhì)量流量閥26與所述控制屏相連。
如圖3所示，所述離子源供電系統(tǒng)與所述控制屏相連接。所述離子源供電系統(tǒng)由觸發(fā)電源18、弧壓電源19、束流引出電源20和負壓電源21組成，所述觸發(fā)電源18的正極與所述觸發(fā)電極7相連，所述觸發(fā)電源18的負極與所述陰極5相連，所述弧壓電源19的正極分別與所述陽極9、所述第一柵13及所述束流引出電源20的正極相連，所述弧壓電源19的負極與所述陰極5相連，所述負壓電源21的正極分別與所述束流引出電源20的負極、所述第三柵15及地面相連，所述負壓電源21的負極與所述第二柵14相連。所述弧壓電源19的特性阻抗為1Ω、脈寬為0.44～0.65ms、頻率為5～25Hz之間可調(diào)，本實施例的弧壓電源19的脈寬為0.5ms。
權(quán)利要求1.一種金屬離子注入機，包括金屬離子源(1)、離子源供電系統(tǒng)、真空室(2)、工件靶臺(3)、抽真空系統(tǒng)(4)、冷卻系統(tǒng)和控制屏，所述金屬離子源(1)設(shè)置于所述真空室(2)的上部并與所述真空室(2)相連通，所述工件靶臺(3)設(shè)置于所述真空室(2)中，所述冷卻系統(tǒng)與所述金屬離子源(1)相連接，所述控制屏分別與所述離子源供電系統(tǒng)、所述真空室(2)、所述抽真空系統(tǒng)(4)、所述冷卻系統(tǒng)相連接，其特征在于所述金屬離子源(1)包括陰極(5)、陰極支架(6)、觸發(fā)電極(7)、絕緣陰極套(8)、陽極(9)、陽極支架(10)、放電室(11)、等離子體室(12)、第一柵(13)、第二柵(14)和第三柵(15)，所述觸發(fā)電極(7)由所述絕緣陰極套(8)隔開設(shè)置于所述陰極(5)外周，所述放電室(11)上端與所述陰極支架(6)相連接、下端與所述陽極支架(10)相連接，所述放電室(11)外周均勻設(shè)有4～8個成對的磁柱(16)，所述等離子體室(12)上端與所述陽極支架(10)相連接、下端與所述第一柵(13)相連接，所述第一柵(13)、所述第二柵(14)、所述第三柵(15)依次由上至下相隔開設(shè)置，所述第一柵(13)與所述第二柵(14)之間的距離為5～10mm，所述第一柵(13)、所述第二柵(14)、所述第三柵(15)的柵板均為2～5mm厚，所述第一柵(13)、所述第二柵(14)、所述第三柵(15)上均設(shè)有1300～1800個φ3～5mm的小孔，所述陽極支架(10)與所述等離子體室(12)之間、所述等離子體室(12)外壁設(shè)有四個或四個以上N、S極相間排列的磁環(huán)(17)；所述離子源供電系統(tǒng)由觸發(fā)電源(18)、弧壓電源(19)、束流引出電源(20)和負壓電源(21)組成，所述觸發(fā)電源(18)的正極與所述觸發(fā)電極(7)相連，所述觸發(fā)電源(18)的負極與所述陰極(5)相連，所述弧壓電源(19)的正極分別與所述陽極(8)、所述第一柵(13)及所述束流引出電源(20)的正極相連，所述弧壓電源(19)的負極與所述陰極(5)相連，所述負壓電源(21)的正極分別與所述束流引出電源(20)的負極、所述第三柵(15)及地面相連，所述負壓電源(21)的負極與所述第二柵(14)相連，所述弧壓電源(19)的特性阻抗為1Ω、脈寬為0.44～0.65ms、頻率為5～25Hz。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬離子注入機，其特征在于所述放電室(11)外周均勻設(shè)有6個成對的磁柱(16)，所述第一柵(13)與所述第二柵(14)之間的距離為7mm，所述第一柵(13)、所述第二柵(14)、所述第三柵(15)的柵板均為3mm厚，所述第一柵(13)、所述第二柵(14)、所述第三柵(15)上均設(shè)有1627個φ4mm的小孔，所述陽極支架(10)與所述等離子體室(12)之間、所述等離子體室(12)外壁設(shè)有5個N、S極相間排列的磁環(huán)(17)；所述弧壓電源(19)的脈寬為0.5ms。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬離子注入機，其特征在于它還包括電機(22)，所述電機(22)采用永磁式直流力矩電動機，所述工件靶臺(3)由支柱(23)和靶盤(24)組成，所述靶盤(24)設(shè)置于所述支柱(23)上端并可相對所述支柱(23)傾斜，所述電機(22)設(shè)置于所述真空室(2)內(nèi)并分別與所述支柱(23)和所述控制屏相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬離子注入機，其特征在于它還包括氮氣源(25)和質(zhì)量流量閥(26)，所述質(zhì)量流量閥(26)分別通過導(dǎo)管與所述氮氣源(25)和所述真空室(2)相連通，所述質(zhì)量流量閥(26)與所述控制屏相連。
專利摘要本實用新型公開了一種金屬離子注入機，旨在提供一種離子束流強、束流引出電壓低、注入面積大、注入時間短、工件加工成本低的金屬離子注入機。該機的金屬離子源(1)包括陰極(5)、陰極支架(6)、觸發(fā)電極(7)、絕緣陰極套(8)、陽極(9)、陽極支架(10)、放電室(11)、等離子體室(12)、第一柵(13)、第二柵(14)和第三柵(15)，第一柵(13)與第二柵(14)之間的距離為5～10mm，三個柵板均為2～5mm厚，其上均設(shè)有1300～1800個φ3～5mm的小孔，本機的弧壓電源(19)的特性阻抗為1Ω、脈寬為0.44～0.65ms，頻率為5～25Hz。本實用新型用于生產(chǎn)領(lǐng)域。
文檔編號H01J37/317GK2735537SQ200420083659
公開日2005年10月19日 申請日期2004年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月6日
發(fā)明者陶士慧, 馬山明, 邵先華, 葉圍洲, 蔡恩發(fā), 蔡堅將, 吳觀綿, 吳九妹 申請人:珠海市恩博金屬表面強化有限公司
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種金屬離子注入機。
背景技術(shù)：
常規(guī)的表面處理技術(shù)，由于需要在高溫環(huán)境下進行，因此會改變工件的外形尺寸和表面光潔度，使得熱處理完后還需要再進行精加工，因而不能達到使用的要求，并且熱處理層易發(fā)生表面脫皮及剝落現(xiàn)象。
離子注入技術(shù)是近年來在國際上發(fā)展起來的一種材料表面改性高新技術(shù)，其基本原理是用能量為幾十到幾百keV量級的離子束入射到材料中去，離子束與材料中的原子或分子將發(fā)生一系列物理的和化學(xué)的相互作用，入射離子逐漸損失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，從而優(yōu)化材料表面性能，或獲得某些新的優(yōu)異性能。與常規(guī)表面處理技術(shù)相比，其優(yōu)越性在于由于無需在高溫環(huán)境下進行，因而不會改變工件的外形尺寸和表面光潔度；離子注入后無需再進行機械加工和熱處理；離子注入層由離子束與基體表面發(fā)生一系列物理和化學(xué)相互作用而形成的一個新表面層，它與基體之間不存在剝落問題。
目前國際上已有應(yīng)用該技術(shù)對工件進行表面處理的離子注入機，但是，現(xiàn)有的應(yīng)用于工業(yè)上的離子注入機，其離子束流較弱，束流引出電壓較高，注入面積小，注入時間較長，如美國的Z-100和Z-200型注入機，其注入面積為250cm2，我國核工業(yè)西南物理研究院的GLZ-100金屬用工業(yè)離子注入機，其注入面積為300cm2，它們的注入時間為90分鐘到2個小時，束流引出電壓都大于50kv，所以造成工件加工成本過高。
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種離子束流強、束流引出電壓低、注入面積大、注入時間短、工件加工成本低的金屬離子注入機。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是本實用新型包括金屬離子源、離子源供電系統(tǒng)、真空室、工件靶臺、抽真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和控制屏，所述金屬離子源設(shè)置于所述真空室的上部并與所述真空室相連通，所述工件靶臺設(shè)置于所述真空室中，所述冷卻系統(tǒng)與所述金屬離子源相連接，所述控制屏分別與所述離子源供電系統(tǒng)、所述真空室、所述抽真空系統(tǒng)、所述冷卻系統(tǒng)相連接，所述金屬離子源包括陰極、陰極支架、觸發(fā)電極、絕緣陰極套、陽極、陽極支架、放電室、等離子體室、第一柵、第二柵和第三柵，所述觸發(fā)電極由所述絕緣陰極套隔開設(shè)置于所述陰極外周，所述放電室上端與所述陰極支架相連接、下端與所述陽極支架相連接，所述放電室外周均勻設(shè)有4～8個成對的磁柱，所述等離子體室上端與所述陽極支架相連接、下端與所述第一柵相連接，所述第一柵、所述第二柵、所述第三柵依次由上至下相隔開設(shè)置，所述第一柵與所述第二柵之間的距離為5～10mm，所述第一柵、所述第二柵、所述第三柵的柵板均為2～5mm厚，所述第一柵、所述第二柵、所述第三柵上均設(shè)有1300～1800個φ3～5mm的小孔，所述陽極支架與所述等離子體室之間、所述等離子體室外壁設(shè)有四個或四個以上N、S極相間排列的磁環(huán)；所述離子源供電系統(tǒng)由觸發(fā)電源、弧壓電源、束流引出電源和負壓電源組成，所述觸發(fā)電源的正極與所述觸發(fā)電極相連，所述觸發(fā)電源的負極與所述陰極相連，所述弧壓電源的正極分別與所述陽極、所述第一柵及所述束流引出電源的正極相連，所述弧壓電源的負極與所述陰極相連，所述負壓電源的正極分別與所述束流引出電源的負極、所述第三柵及地面相連，所述負壓電源的負極與所述第二柵相連，所述弧壓電源的特性阻抗為1Ω、脈寬為0.44～0.65ms、頻率為5～25Hz。
所述放電室外周均勻設(shè)有6個成對的磁柱，所述第一柵與所述第二柵之間的距離為7mm，所述第一柵、所述第二柵、所述第三柵的柵板均為3mm厚，所述第一柵、所述第二柵、所述第三柵上均設(shè)有1627個φ4mm的小孔，所述陽極支架與所述等離子體室之間、所述等離子體室外壁設(shè)有5個N、S極相間排列的磁環(huán)；所述弧壓電源的脈寬為0.5ms。
本實用新型還包括電機，所述電機采用永磁式直流力矩電動機，所述工件靶臺由支柱和靶盤組成，所述靶盤設(shè)置于所述支柱上端并可相對所述支柱傾斜，所述電機設(shè)置于所述真空室內(nèi)并分別與所述支柱和所述控制屏相連。
本實用新型還包括氮氣源和質(zhì)量流量閥，所述質(zhì)量流量閥分別通過導(dǎo)管與所述氮氣源和所述真空室相連通，所述質(zhì)量流量閥與所述控制屏相連。
本實用新型的有益效果是本實用新型采用了金屬離子蒸汽真空弧離子源(通常稱為MEVVA)，產(chǎn)生的金屬離子種類多，只要以導(dǎo)電的固體材料作陰極，元素周期表中從Li到U各元素均可產(chǎn)生強金屬離子束，產(chǎn)生的離子束束流強，電荷剝離率高，例如對Ti來講，能產(chǎn)生Ti+(3％)、Ti++(80％)、Ti+++(17％)，如果引出電壓為30kv，就可以引出60keV和90keV能量級的鈦離子束，只要采用高純材料作陰極材料，離子束的純度就高。
由于本實用新型的第一柵與第二柵的距離近(為5～10mm)，第一柵、第二柵、第三柵均較薄(為2～5mm厚)，第一柵、第二柵、第三柵上均設(shè)有小而多的引出孔(1300～1800個φ2～5mm的小孔)，因此在引出電壓低于20kv甚至在10kv也能引出足夠大的束流，本實用新型注入靶上的平均鈦離子束流大于5mA，通過機械掃描，其注入面積達到1810cm2；由于本實用新型是脈沖形式工作，其弧壓電源的特性阻抗為1Ω、脈寬為0.44～0.65ms，頻率為5～25Hz，在此特定機制下進行離子注入，注入時間短，注入溫度低(低于100℃)，絕對保證被注入工件不會發(fā)生任何變形；由于本實用新型在放電室外周均勻設(shè)有4～8個成對的磁柱，所以提高了離子流和弧流之比，即在同樣的弧流下可引出的離子束流較大；由于本實用新型在陽極支架與等離子體室之間、等離子體室外壁設(shè)有若干N、S極相間排列四個或四個以上的磁環(huán)，所以能形成的離子束均勻度好，提高了工件的處理質(zhì)量；由于本實用新型設(shè)有與工件靶臺相耦合傳動的永磁式直流力矩電動機，所以省去了齒輪鏈和真空室上的動密封，提高了可靠性并降低了整機成本；由于本實用新型還設(shè)有氮氣源和質(zhì)量流量閥，所以可采用金屬離子與氮氣的混合束注入，省去了分析磁鐵及其供電電源；綜上多種因素，使整機結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、操作容易、使用可靠，應(yīng)用本實用新型加工工件成本低。本實用新型是一種純凈的無污染無公害的工件表面處理機，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型金屬離子源和真空室的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型離子源供電系統(tǒng)與金屬離子源的連接示意圖。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，本實用新型包括金屬離子源1、離子源供電系統(tǒng)、真空室2、工件靶臺3、電機22、抽真空系統(tǒng)4、冷卻系統(tǒng)、氮氣源25、質(zhì)量流量閥26和控制屏。
所述金屬離子源1設(shè)置于所述真空室2的上部并與所述真空室2相連通。所述金屬離子源包括陰極5、陰極支架6、觸發(fā)電極7、絕緣陰極套8、陽極9、陽極支架10、放電室11、等離子體室12、第一柵13、第二柵14和第三柵15，所述觸發(fā)電極7由所述絕緣陰極套8隔開設(shè)置于所述陰極5外周，所述放電室11上端與所述陰極支架6相連接、下端與所述陽極支架10相連接，所述放電室11外周均勻設(shè)有4～8個成對的磁柱16，本實施例的所述放電室11外周均勻設(shè)有6個成對的磁柱16，所述等離子體室12上端與所述陽極支架10相連接、下端與所述第一柵13相連接，所述第一柵13、所述第二柵14、所述第三柵15依次由上至下相隔開設(shè)置，所述第一柵13與所述第二柵14之間的距離為5～10mm，本實施例的第一柵13與第二柵14之間的距離為7mm，所述第一柵13、所述第二柵14、所述第三柵15的柵板均為2～5mm厚，本實施例的第一柵13、第二柵14、第三柵15的柵板均為3mm厚，所述第一柵13、所述第二柵14、所述第三柵15上均設(shè)有1300～1800個φ3～5mm的小孔，本實施例的第一柵13、第二柵14、第三柵15上均設(shè)有1627個φ4mm的小孔，所述陽極支架10與所述等離子體室12之間、所述等離子體室12外壁設(shè)有四個或四個以上N、S極相間排列的磁環(huán)17，本實施例的陽極支架10與等離子體室12之間、等離子體室12外壁設(shè)有5個N、S極相間排列的磁環(huán)17。
本實用新型冷卻系統(tǒng)采用純水冷卻，用纏繞在管架上的細長水管將水源、水泵及金屬離子源相連接，不易漏電，增強了安全性同時節(jié)省能源。
所述工件靶臺3設(shè)置于所述真空室2中，所述工件靶臺由支柱23和靶盤24組成，所述靶盤24設(shè)置于所述支柱23上端并可相對所述支柱23傾斜。所述電機22采用永磁式直流力矩電動機，該電機能經(jīng)常使用在低速狀態(tài)，放置于真空室2中與所述支柱23直接耦合傳動來帶動靶盤24轉(zhuǎn)動，省去了齒輪鏈和真空室上的動密封，提高了可靠性并降低了整機成本，所述電機22與控制屏通過導(dǎo)線相連接。
所述抽真空系統(tǒng)4分別與真空室2和控制屏相連，采用常規(guī)的抽真空系統(tǒng)。
所述質(zhì)量流量閥26分別通過導(dǎo)管與所述氮氣源25和所述真空室2相連通，所述質(zhì)量流量閥26與所述控制屏相連。
如圖3所示，所述離子源供電系統(tǒng)與所述控制屏相連接。所述離子源供電系統(tǒng)由觸發(fā)電源18、弧壓電源19、束流引出電源20和負壓電源21組成，所述觸發(fā)電源18的正極與所述觸發(fā)電極7相連，所述觸發(fā)電源18的負極與所述陰極5相連，所述弧壓電源19的正極分別與所述陽極9、所述第一柵13及所述束流引出電源20的正極相連，所述弧壓電源19的負極與所述陰極5相連，所述負壓電源21的正極分別與所述束流引出電源20的負極、所述第三柵15及地面相連，所述負壓電源21的負極與所述第二柵14相連。所述弧壓電源19的特性阻抗為1Ω、脈寬為0.44～0.65ms、頻率為5～25Hz之間可調(diào)，本實施例的弧壓電源19的脈寬為0.5ms。
權(quán)利要求1.一種金屬離子注入機，包括金屬離子源(1)、離子源供電系統(tǒng)、真空室(2)、工件靶臺(3)、抽真空系統(tǒng)(4)、冷卻系統(tǒng)和控制屏，所述金屬離子源(1)設(shè)置于所述真空室(2)的上部并與所述真空室(2)相連通，所述工件靶臺(3)設(shè)置于所述真空室(2)中，所述冷卻系統(tǒng)與所述金屬離子源(1)相連接，所述控制屏分別與所述離子源供電系統(tǒng)、所述真空室(2)、所述抽真空系統(tǒng)(4)、所述冷卻系統(tǒng)相連接，其特征在于所述金屬離子源(1)包括陰極(5)、陰極支架(6)、觸發(fā)電極(7)、絕緣陰極套(8)、陽極(9)、陽極支架(10)、放電室(11)、等離子體室(12)、第一柵(13)、第二柵(14)和第三柵(15)，所述觸發(fā)電極(7)由所述絕緣陰極套(8)隔開設(shè)置于所述陰極(5)外周，所述放電室(11)上端與所述陰極支架(6)相連接、下端與所述陽極支架(10)相連接，所述放電室(11)外周均勻設(shè)有4～8個成對的磁柱(16)，所述等離子體室(12)上端與所述陽極支架(10)相連接、下端與所述第一柵(13)相連接，所述第一柵(13)、所述第二柵(14)、所述第三柵(15)依次由上至下相隔開設(shè)置，所述第一柵(13)與所述第二柵(14)之間的距離為5～10mm，所述第一柵(13)、所述第二柵(14)、所述第三柵(15)的柵板均為2～5mm厚，所述第一柵(13)、所述第二柵(14)、所述第三柵(15)上均設(shè)有1300～1800個φ3～5mm的小孔，所述陽極支架(10)與所述等離子體室(12)之間、所述等離子體室(12)外壁設(shè)有四個或四個以上N、S極相間排列的磁環(huán)(17)；所述離子源供電系統(tǒng)由觸發(fā)電源(18)、弧壓電源(19)、束流引出電源(20)和負壓電源(21)組成，所述觸發(fā)電源(18)的正極與所述觸發(fā)電極(7)相連，所述觸發(fā)電源(18)的負極與所述陰極(5)相連，所述弧壓電源(19)的正極分別與所述陽極(8)、所述第一柵(13)及所述束流引出電源(20)的正極相連，所述弧壓電源(19)的負極與所述陰極(5)相連，所述負壓電源(21)的正極分別與所述束流引出電源(20)的負極、所述第三柵(15)及地面相連，所述負壓電源(21)的負極與所述第二柵(14)相連，所述弧壓電源(19)的特性阻抗為1Ω、脈寬為0.44～0.65ms、頻率為5～25Hz。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬離子注入機，其特征在于所述放電室(11)外周均勻設(shè)有6個成對的磁柱(16)，所述第一柵(13)與所述第二柵(14)之間的距離為7mm，所述第一柵(13)、所述第二柵(14)、所述第三柵(15)的柵板均為3mm厚，所述第一柵(13)、所述第二柵(14)、所述第三柵(15)上均設(shè)有1627個φ4mm的小孔，所述陽極支架(10)與所述等離子體室(12)之間、所述等離子體室(12)外壁設(shè)有5個N、S極相間排列的磁環(huán)(17)；所述弧壓電源(19)的脈寬為0.5ms。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬離子注入機，其特征在于它還包括電機(22)，所述電機(22)采用永磁式直流力矩電動機，所述工件靶臺(3)由支柱(23)和靶盤(24)組成，所述靶盤(24)設(shè)置于所述支柱(23)上端并可相對所述支柱(23)傾斜，所述電機(22)設(shè)置于所述真空室(2)內(nèi)并分別與所述支柱(23)和所述控制屏相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬離子注入機，其特征在于它還包括氮氣源(25)和質(zhì)量流量閥(26)，所述質(zhì)量流量閥(26)分別通過導(dǎo)管與所述氮氣源(25)和所述真空室(2)相連通，所述質(zhì)量流量閥(26)與所述控制屏相連。
專利摘要本實用新型公開了一種金屬離子注入機，旨在提供一種離子束流強、束流引出電壓低、注入面積大、注入時間短、工件加工成本低的金屬離子注入機。該機的金屬離子源(1)包括陰極(5)、陰極支架(6)、觸發(fā)電極(7)、絕緣陰極套(8)、陽極(9)、陽極支架(10)、放電室(11)、等離子體室(12)、第一柵(13)、第二柵(14)和第三柵(15)，第一柵(13)與第二柵(14)之間的距離為5～10mm，三個柵板均為2～5mm厚，其上均設(shè)有1300～1800個φ3～5mm的小孔，本機的弧壓電源(19)的特性阻抗為1Ω、脈寬為0.44～0.65ms，頻率為5～25Hz。本實用新型用于生產(chǎn)領(lǐng)域。
文檔編號H01J37/317GK2735537SQ200420083659
公開日2005年10月19日 申請日期2004年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月6日
發(fā)明者陶士慧, 馬山明, 邵先華, 葉圍洲, 蔡恩發(fā), 蔡堅將, 吳觀綿, 吳九妹 申請人:珠海市恩博金屬表面強化有限公司
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