本發(fā)明涉及一種納米噴涂設(shè)備，尤其是一種應(yīng)用電磁過濾式真空陰極電弧沉積的納米涂層設(shè)備，屬于納米制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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(dá)數(shù)百億元。開發(fā)納米涂層技術(shù)和納米涂層設(shè)備既能延長材料壽命并節(jié)約大量資金,又能符合環(huán)保要求。與傳統(tǒng)涂層相比，真正意義在于納米涂層在強(qiáng)度、韌性、耐磨、熱障等方面性能的大幅度提高。因此，隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展,對(duì)機(jī)械零件表面性能的要求越來越高，對(duì)納米涂層技術(shù)及設(shè)備的要求也越來越高。
應(yīng)用過濾式真空陰極電弧沉積（fcvad）法的納米涂層設(shè)備加工時(shí)無需附加材料，且加工工藝簡單；同時(shí)，（fcvad）對(duì)硬質(zhì)合金表面結(jié)構(gòu)的影響低，不會(huì)導(dǎo)致基體塑性和強(qiáng)度的減少,從而制備的納米涂層非常致密均勻且平整光滑，抗腐蝕性能好，且與基底的結(jié)合力很強(qiáng)，所以能夠降低涂層過早剝落和分層的幾率。
在《過濾陰極電弧沉積設(shè)備和方法》專利中，權(quán)利人提出一種真空沉積設(shè)備,包括用于在基板上施加涂層的陰極電弧源。陰極電弧源包括用于產(chǎn)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(fā)表面上產(chǎn)生的電弧斑被磁場線保持在磁場線垂直于陰極表面的地方。然而，該發(fā)明只能確保部分地以宏觀粒子過濾模式產(chǎn)生強(qiáng)電離的金屬蒸汽,用于致密的平穩(wěn)的涂布工作。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(quán)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?shù)入x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(shè)置在管體外部周緣的磁場產(chǎn)生器。與現(xiàn)有技術(shù)相比,上述兩種發(fā)明都可以過濾宏觀大顆粒,同時(shí)傳輸?shù)入x子體,但是他們都不能在過濾等離子體中宏觀粒子、中性原子和離子團(tuán)的同時(shí)，確保磁過濾后沉積粒子的離化率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的問題就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供一種應(yīng)用過濾式真空陰極電弧沉積法的納米涂層設(shè)備,以減少離子體中宏觀粒子、中性原子和離子團(tuán)在工件表面的沉積,同時(shí)確保磁過濾后沉積粒子的離化率、提高等離子體在過濾屏幕中的有效傳輸,從而能將離子源產(chǎn)生等離子體中的宏觀粒子、中性原子和離子團(tuán)過濾干凈，且經(jīng)過磁過濾后沉積粒子的離化率為100%，最終實(shí)現(xiàn)致密均勻、平整光滑、抗腐蝕性能好且與基底的結(jié)合力很強(qiáng)的納米涂層的制備。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用過濾式真空陰極電弧沉積法的納米涂層設(shè)備,包括真空系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)電弧蒸發(fā)器、大顆粒清除裝置，標(biāo)準(zhǔn)電弧蒸發(fā)器連接真空系統(tǒng)，大顆粒清除裝置連接過濾屏幕，所述標(biāo)準(zhǔn)電弧蒸發(fā)器在真空下點(diǎn)燃電弧，電弧在垂直于電弧陰極表面的附近產(chǎn)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(tuán)被打到過濾屏幕上，而純凈的等離子體被偏移到更高磁場分量的位置，并通過設(shè)置在基體的轉(zhuǎn)臺(tái)前端的二位二通閥到達(dá)放置基體的轉(zhuǎn)臺(tái)，以沉積在基體上；同時(shí)，大顆粒清除裝置定期清理宏觀粒子、中性原子和離子團(tuán)大顆粒。
在沉積過程之前，放置待涂覆工件的轉(zhuǎn)臺(tái)安置在涂布腔室中,所述腔室連接到泵送系統(tǒng)以通入氮?dú)狻⑴懦隹諝?，從而達(dá)到真空的狀態(tài)，以保證沉積過程中設(shè)備是真空狀態(tài)，不受外界因素的干擾。
用于涂覆單一涂層的工件，所述二位二通閥的通道處于打開位置，使純凈的等離子體通過二位二通閥進(jìn)入涂布腔室中，沉積到轉(zhuǎn)臺(tái)的基體上。
用于涂覆復(fù)合涂層的工件，所述二位二通閥的通道處于關(guān)閉位置，使等離子體回到電磁過濾系統(tǒng)進(jìn)行第二次過濾，進(jìn)行兩次過濾之后，所述二位二通閥的通道處于打開位置，使純凈的等離子體沉積到轉(zhuǎn)臺(tái)的基體上。
本發(fā)明的有益效果是：
1、該設(shè)備使用在真空下點(diǎn)燃電弧，利用產(chǎn)生的低溫等離子體進(jìn)行沉積鍍膜的真空陰極電弧沉積法。
2、該設(shè)備配備高效的電磁過濾裝置，可將離子源產(chǎn)生等離子體中的宏觀粒子、中性原子和離子團(tuán)過濾干凈，且經(jīng)過磁過濾后沉積粒子的離化率為100%。
3、設(shè)備中的電磁過濾裝置設(shè)有兩檔，一檔用于過濾單一涂層，二擋用于過濾復(fù)合涂層。
4、使用者可進(jìn)行各種涂層及它們組合的涂覆并控制涂層厚度直至降低到納米級(jí)，并且用戶可以開發(fā)自己的程序及自己的操作和實(shí)驗(yàn)方法。
附圖說明
圖1為過濾式真空陰極電弧沉積裝置的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，一種應(yīng)用過濾式真空陰極電弧沉積法的納米涂層設(shè)備,包括標(biāo)準(zhǔn)電弧蒸發(fā)器1、真空系統(tǒng)2、二位二通閥6、轉(zhuǎn)臺(tái)7、大顆粒清除裝置9等。
大顆粒清除裝置9連接過濾屏幕，標(biāo)準(zhǔn)電弧蒸發(fā)器1連接真空系統(tǒng)2，標(biāo)準(zhǔn)電弧蒸發(fā)器1在真空下點(diǎn)燃電弧，電弧在垂直于電弧陰極表面的附近產(chǎn)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(tuán)5被打到過濾屏幕上，而純凈的等離子體4被偏移到更高磁場分量的位置，并通過設(shè)置在基體的轉(zhuǎn)臺(tái)7前端的二位二通閥6到達(dá)放置基體的轉(zhuǎn)臺(tái)7，以沉積在基體上。同時(shí)，大顆粒清除裝置定期清理宏觀粒子、中性原子和離子團(tuán)等大顆粒。
在沉積過程之前，放置待涂覆工件8的轉(zhuǎn)臺(tái)7安置在涂布腔室中,腔室連接到泵送系統(tǒng)以通入氮?dú)?、排出空氣，從而達(dá)到真空的狀態(tài)，以保證沉積過程中設(shè)備是真空狀態(tài)，不受外界因素的干擾。
對(duì)于涂覆單一涂層的工件8，二位二通閥6的通道處于打開位置，如圖1所示，而上述過程即是工件的表面涂覆過程。對(duì)于涂覆復(fù)合涂層的工件，由于其涂覆材料的復(fù)雜性及未知性相對(duì)于單一涂層的涂覆材料而言較高，在這種情況下，二位二通閥6的通道移至右邊一格處于關(guān)閉位置，從而等離子體要回到電磁過濾裝置進(jìn)行第二次過濾，進(jìn)行兩次過濾之后，二位二通閥6的通道恢復(fù)原位，最終，純凈的等離子體沉積到轉(zhuǎn)臺(tái)的基體上。
本發(fā)明的工作原理：
過濾式真空陰極電弧沉積（fcvad）就是在真空下點(diǎn)燃電弧，利用所產(chǎn)生的低溫等離子體進(jìn)行沉積鍍膜。電弧引起靶材料氣化及離子化從而使產(chǎn)生的等離子體在陰極和陽極之間傳導(dǎo)電流，即電弧中的等離子體放電。陰極負(fù)極是電離源結(jié)構(gòu),其在工藝過程中至少有一部分會(huì)被消耗。陰極可消耗的部分被稱作“靶”,它們被制造成可消耗的部分3,這種可消耗的部分3夾持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(jié)構(gòu),其本身也可以作為設(shè)備中的真空腔室,并且其在工藝過程中不會(huì)被消耗。由于宏觀粒子、中性原子是中性的,所以電磁場不會(huì)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(tǒng)的工作原理。