真空鍍膜裝置及鍍膜方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種真空鍍膜裝置及鍍膜方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如何減少金屬零件腐蝕所造成的零件失效和材料損失一直是工程技術(shù)領(lǐng)域最重要的研宄課題之一，電鍍金屬層(鋅、鉻、鎳等)作為防腐蝕鍍層已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用并取得了良好效果。然而近年來，電鍍廢液帶來的環(huán)境及材料浪費(fèi)問題受到了越來越多的重視，開發(fā)新型無污染、節(jié)能且節(jié)約原材料的金屬零件防腐蝕方法刻不容緩。
[0003]氣相沉積(Vapor Deposit1n)是一大類在真空條件下完成的表面處理和鍍膜的方法。磁控派射(Magnetron Sputtering)和空心陰極放電(Hollow Cathode Discharge)作為其中的兩種方法，均得到了廣泛地應(yīng)用。磁控濺射方法利用磁場(chǎng)的電子運(yùn)動(dòng)，使濺射靶材可以在“高速、低溫”條件下被濺射到待處理零件的表面；空心陰極放電利用等離子體放電時(shí)管狀內(nèi)表面附近形成的“等離子體鞘層”，使內(nèi)表面附近的氣體分子離化率得到大大提尚O
[0004]利用磁控濺射方法和空心陰極放電方法鍍制防腐蝕鍍層已在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了應(yīng)用。如利用磁控濺射方法鍍制鉻、氮化鉻，但此類方法存在如下的缺點(diǎn):沉積速率較低，鍍層結(jié)合力較低，靶材利用率低，且容易污染真空室內(nèi)其它結(jié)構(gòu)。另外，磁控濺射通常使用平面靶材及平面濺射源，零件需要復(fù)雜的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)才能在回轉(zhuǎn)表面上鍍制所需要的鍍層。
[0005]利用空心陰極放電方法已被用來制備類金剛石(DLC)鍍層。由于采用的是化學(xué)氣相沉積的辦法，該方法可以在回轉(zhuǎn)表面上均勻鍍制相應(yīng)鍍層。然而，化學(xué)氣相方法能鍍制的材料種類有限，且需要較高溫度，所以此類方法的應(yīng)用也受到了限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠一次性在待處理零件的回轉(zhuǎn)面上鍍制所需要的鍍層、通過更換靶材鍍制不同材質(zhì)及不同使用用途的鍍層、鍍膜過程對(duì)零件熱作用小、不會(huì)導(dǎo)致基體材料性能變化的真空鍍膜裝置。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:真空鍍膜裝置，包括呈筒狀的帶有夾層的冷卻水套，所述冷卻水套的兩端分別設(shè)置端蓋進(jìn)行密封，所述端蓋與所述冷卻水套之間通過緊固機(jī)構(gòu)絕緣連接，其中一個(gè)端蓋上設(shè)有供待處理零件進(jìn)入所冷卻水套的第一通孔，另一個(gè)端蓋上設(shè)有抽真空接口、工作氣體接口以及真空測(cè)量接口，所述冷卻水套的夾層內(nèi)設(shè)有多個(gè)間隔布置的環(huán)形磁體。
[0008]本發(fā)明還提供利用所述的真空鍍膜裝置進(jìn)行真空鍍膜的方法，包括以下步驟:
[0009](I)對(duì)待處理零件進(jìn)行鍍膜前處理；
[0010](2)將被鍍材料制成管狀靶材，然后將管狀靶材貼附于冷卻水套的內(nèi)表面；
[0011](3)對(duì)待處理零件進(jìn)行定位密封安裝，令待處理零件與真空鍍膜裝置絕緣；
[0012]安裝軸類待處理零件時(shí)，將軸類待處理零件的待鍍膜區(qū)置于真空鍍膜裝置的有效濺射區(qū)域，軸類待處理零件的外端經(jīng)第一通孔留在真空鍍膜裝置外部，然后在軸類待處理零件的外端安裝絕緣材料制成的軸封件，并且將軸封件與相應(yīng)端蓋之間密封固接；
[0013]安裝非軸類待處理零件時(shí)，在非軸類待處理零件上連接一根軸類支撐件，然后將非軸類待處理零件的待鍍膜區(qū)置于真空鍍膜裝置的有效濺射區(qū)域，軸類支撐件的外端經(jīng)第一通孔留在真空鍍膜裝置外部，最后在軸類支撐件的外端安裝絕緣材料制成的軸封件，并且將軸封件與相應(yīng)端蓋之間密封固接；
[0014](4)對(duì)真空鍍膜裝置進(jìn)行抽真空處理；
[0015](5)充入工作氣體，開啟濺射電源和偏壓電源，即可在待處理零件表面沉積被鍍材料。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明利用管狀靶材的環(huán)狀結(jié)構(gòu)及環(huán)形磁體的環(huán)狀布置特點(diǎn)，通電后的濺射過程兼具空心陰極放電和磁控濺射放電的特點(diǎn)，工作氣體分子離化率高，濺射速率高，可以使膜材以高沉積速率沉積在待處理零件需要鍍膜的區(qū)域。
[0017]通電后的濺射鍍膜過程中，管狀靶材、冷卻水套、環(huán)形磁體共同形成濺射陰極，設(shè)有抽真空接口的端蓋作為濺射陽極，設(shè)有第一通孔的端蓋作為偏壓接入端，通電后濺射陰極和濺射陽極之間發(fā)生等離子體放電，待處理零件需要鍍膜的區(qū)域完全“浸沒”在等離子體放電區(qū)域以內(nèi)，在待處理零件上施加的偏壓電位，可以使鍍膜過程兼具偏壓濺射的特點(diǎn)，所以鍍層和待處理零件表面的結(jié)合力較高。
[0018]本發(fā)明濺射鍍膜過程在管狀靶材的內(nèi)腔內(nèi)完成，從管狀靶材濺出的膜材可以沿徑向方向鍍制在待處理零件的表面，管狀靶材和待處理零件之間無需相對(duì)運(yùn)動(dòng)，無需額外真空室結(jié)構(gòu)及復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，即可在靜止?fàn)顟B(tài)下完成鍍膜過程。
[0019]本發(fā)明可以在真空條件下，可以在金屬類待處理零件表面制備具有防腐蝕功能的鍍層。由于避免了廢液的產(chǎn)生，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)電鍍工藝的無污染替代。
[0020]進(jìn)一步的，所述緊固機(jī)構(gòu)包括設(shè)于所述冷卻水套的端部的徑向向外伸出的第一凸緣、呈環(huán)狀的絕緣墊板、螺栓以及螺母，所述絕緣墊板設(shè)于所述冷卻水套和所述端蓋之間，所述螺栓穿過所述端蓋、絕緣墊板和凸緣，所述螺母旋接在所述螺栓的自由端，所述端蓋與所述絕緣墊板之間、所述絕緣墊板與所述冷卻水套之間均通過密封圈密封。采用這種結(jié)構(gòu)可以方便拆卸端蓋，并且可以保證端蓋與冷卻水套之間具有良好的絕緣性。
[0021]進(jìn)一步的，設(shè)有第一通孔的端蓋的外表面沿著第一通孔的孔壁設(shè)有軸向向外伸出的突出部，突出部的外端設(shè)有徑向向外伸出的第二凸緣。采用這種結(jié)構(gòu)，在安裝待處理零件時(shí)，方便與安裝在待處理零件上的軸封件連接，以固定軸封件和待處理零件。
[0022]進(jìn)一步的，所述冷卻水套的兩端還分別設(shè)有濺射擋板，所述濺射擋板固定在相應(yīng)絕緣墊板的內(nèi)周面，靠近所述第一通孔的濺射擋板上設(shè)有供待處理零件進(jìn)入所冷卻水套的第二通孔，靠近所述抽真空接口的濺射擋板上設(shè)有一個(gè)以上的通氣孔。濺射擋板可以將濺出材料盡可能地束縛在管狀靶材及濺射擋板所形成的空間內(nèi)，幾乎沒有材料損失，避免在濺射鍍膜過程中對(duì)其它零件造成污染，并且能有效改善濺出金屬導(dǎo)致絕緣連接失效的問題。
[0023]進(jìn)一步的，靠近所述第一通孔的濺射擋板的內(nèi)表面設(shè)有呈筒狀的防濺射套，防濺射套位于所述第二通孔的外圍。防濺射套可以對(duì)待處理零件的不需鍍制鍍層的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)選擇性鍍膜保護(hù)。
[0024]進(jìn)一步的，所述濺射擋板的材料與鍍膜時(shí)靶材的材料相同。采用這種技術(shù)方案，使得濺射過程發(fā)生在同種材料組成的空腔內(nèi)，易清理。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的真空鍍膜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]附圖中各部件的標(biāo)記為:I冷卻水套、2端蓋、21第一通孔、22抽真空接口、23工作氣體接口、24真空測(cè)量接口、25突出部、251第二凸緣、3緊固機(jī)構(gòu)、31第一凸緣、32絕緣墊板、33螺栓、34螺母、4環(huán)形磁體、5濺射擋板、51第二通孔、52通氣孔、6防濺射套、7待處理零件、8管狀靶材、9軸封件、91套體、92密封圈、93第三凸緣。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖、實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0028]參見圖1。
[0029]本發(fā)明一實(shí)施例的真空鍍膜裝置，包括呈筒狀的帶有夾層的冷卻水套1，所述冷卻水套I的兩端分別設(shè)置端蓋2進(jìn)行密封，所述端蓋2與所述冷卻水套I之間通過緊固機(jī)構(gòu)3絕緣連接，其中一個(gè)端蓋2上設(shè)有供待處理零件7進(jìn)入所冷卻水套I的第一通孔21，另一個(gè)端蓋2上設(shè)有抽真空接口 22、工作氣體接口 23以及真空測(cè)量接口 24，所述冷卻水套I的夾層內(nèi)設(shè)有多個(gè)間隔布置的環(huán)形磁體4，為了實(shí)現(xiàn)磁控濺射放電，在具體實(shí)施中，所述環(huán)形磁體4和冷卻水套1、濺射靶材8同軸線，并等距均勻布置在冷卻水套I內(nèi)。所述環(huán)形磁體4沿直徑方向充磁，相鄰環(huán)形磁體4極性相反。
[0030]所述緊固機(jī)構(gòu)3包括設(shè)于所述冷卻水套I的端部的徑向向外伸出的第一凸緣31、呈環(huán)狀的絕緣墊板32、螺栓33以及螺母34，所述絕緣墊板32設(shè)于所述冷卻水套I和所述端蓋2之間，所述螺栓33穿過所述端蓋2、絕緣墊板32和凸緣31，所述螺母34旋接在所述螺栓33的自由端，所述端蓋2與所述絕緣墊板32之間、所述絕緣墊板32與所述冷卻水套I之間均通過密封圈密封。采用這種結(jié)構(gòu)可以方便拆卸端蓋2，并且可以保證端蓋2與冷卻水套I之間具有良好的絕緣性。
[0031]設(shè)有第一通孔21的端蓋2的外表面沿著第一通孔21的孔壁設(shè)有軸向向外伸出的突出部25，突出部25的外端設(shè)有徑向向外伸出的第二凸緣251。采用這種結(jié)構(gòu)，在安裝待處理零件7時(shí)，方便與安裝在待處理零件7上的軸封件9連接，以固定軸封件9和待處理零件7。
[0032]所述冷卻水套I的兩端還分別設(shè)有濺射擋板5，所述濺射擋板5固定在相應(yīng)絕緣墊板32的內(nèi)周面，靠近所述第一通孔21的濺射擋板5上設(shè)有供待處理零件7進(jìn)入所冷卻水套I的第二通孔51，靠近所述抽真空接口 22的濺射擋板5上設(shè)有一個(gè)以上的通氣孔52。濺射擋板5可以將濺出材料盡可能地束縛在管狀靶材8及濺射擋板5所形成的空間內(nèi)，幾乎沒有材料損失，避免在濺射鍍膜過程中對(duì)其它零件造成污染，并且能有效改善濺出金屬導(dǎo)致絕緣連接失效的問題。
[0033]靠近所述第一通孔21的濺射擋板5的內(nèi)表面設(shè)有呈筒狀的防濺射套6，防濺射套6位于所述第二