專利名稱：主動(dòng)控制弧斑的電弧蒸發(fā)源及使用該蒸發(fā)源的設(shè)備的制作方法
主動(dòng)控制弧斑的電弧蒸發(fā)源及使用該蒸發(fā)源的設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬真空電弧離子鍍技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種主動(dòng)控制弧斑的 電弧蒸發(fā)源，本發(fā)明還涉及使用該電弧蒸發(fā)源的真空電弧離子鍍?cè)O(shè)備。
背景技術(shù)：
真空電弧離子鍍是一種在真空環(huán)境下采用弧光放電將反應(yīng)物沉積在基板上的離 子鍍技術(shù)。真空電弧離子鍍的原理是把陰極靶作為蒸發(fā)源，通過(guò)靶與陽(yáng)極殼體之間的弧光 放電，使靶材蒸發(fā)，在空間中形成等離子體，從而沉積在基板上。真空電弧離子鍍?cè)O(shè)備由弧 光蒸發(fā)源、真空室和基板組成。在弧光蒸發(fā)源中，材料作為陰極靶，陽(yáng)極和真空室相連，陰極 和陽(yáng)極分別接至低壓大電流直流電源的負(fù)極和正極。真空室壓力抽至10_3 KT1Patj在引 弧電極與陰極靶表面接觸與離開(kāi)的瞬間，在陰極和陽(yáng)極之間形成自持弧光放電。電弧電流 一般為幾安至幾百安，工作電壓為10 25V，這時(shí)陰極表面的全部電流集中在一個(gè)或多個(gè) 很小的部位，形成明亮的陰極弧斑?；“叩闹睆綖?. 01 100 μ m，并以高達(dá)lOm/s的速度 在陰極表面隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，也可以利用磁場(chǎng)控制陰極弧斑的運(yùn)動(dòng)。在陰極弧斑的前方是高密度的金屬等離子體，由于電子向陽(yáng)極快速移動(dòng)而使陰 極斑點(diǎn)前方出現(xiàn)正離子堆積即形成正空間電荷，從而在陰極附近形成極強(qiáng)的電場(chǎng)強(qiáng)度 (105 106V/cm)，導(dǎo)致場(chǎng)電子發(fā)射以維持弧光放電。另外，部分離子對(duì)陰極的轟擊又使陰 極斑點(diǎn)局部快速蒸發(fā)并在空間迅速離化，使這些陰極斑點(diǎn)變成微小蒸發(fā)源。這些微小蒸發(fā) 源在磁場(chǎng)和屏蔽絕緣的作用下束縛在陰極靶面做有規(guī)則運(yùn)動(dòng)，從而形成大面積均勻的蒸發(fā) 源，噴發(fā)出電子、離子、熔融的金屬材料和原子，其中陰極材料流占弧流的7% 12%。在基 板相對(duì)陰極200 400V的負(fù)偏壓作用下，離子流在基板上凝聚成金屬、合金或化合物涂層。真空電弧離子鍍蒸發(fā)源是決定鍍膜質(zhì)量好壞的關(guān)鍵之一。由于蒸發(fā)源的電弧受磁 場(chǎng)控制，因而磁場(chǎng)分布對(duì)蒸發(fā)源影響很大。為了提高貴金屬利用率以及鍍膜質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)使靶 材蒸發(fā)盡量均勻、蒸發(fā)顆粒盡量小。然而上述兩種要求是相互矛盾的。這是由于隨磁場(chǎng)強(qiáng) 度增加，弧斑運(yùn)動(dòng)速度快加，弧斑熔池變小，蒸發(fā)獲得的金屬顆粒越小，但弧斑運(yùn)動(dòng)范圍會(huì) 縮小，因此降低靶材利用率?，F(xiàn)有真空電弧離子鍍蒸發(fā)源從結(jié)構(gòu)上大致分為兩類。一類采用永磁結(jié)構(gòu)，并在陰 極靶材后置一永磁體，調(diào)整永磁體距靶面距離以調(diào)整靶面磁場(chǎng)強(qiáng)度。該設(shè)備對(duì)靶材利用率 較高，但蒸發(fā)獲得的金屬顆粒大，沉積膜層質(zhì)量差。另一類設(shè)備采用單電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)蒸發(fā)源，即在靶材后置以電磁線圈，調(diào)整線圈電 流以改變靶面磁場(chǎng)強(qiáng)度。這類設(shè)備蒸發(fā)獲得的金屬顆粒較小，但靶面利用率低。例如 CN91103541. 9公開(kāi)的技術(shù)，采用電磁線圈磁池控制電弧弧斑在陰極表面上的運(yùn)動(dòng)軌跡和速 度，減少了蒸發(fā)源發(fā)射的金屬液滴。另外，例如CN94220021. 7公開(kāi)的一種大面積可控電弧 蒸發(fā)源，大平面靶2固定在陰極座7上，兩者之間有密封圈6。陰極座7與真空室24的法 蘭通過(guò)絕緣件5及密封圈8密封，陰極座7中設(shè)有多組電弧線圈16，蓋板17固定在陰極座 上，壓板12用螺栓固連在真空室24的法蘭上，電磁線圈16通過(guò)接線柱14接直流電源。大
3平面靶5上同心裝有異種材料的圓環(huán)靶19、20或裝有小圓柱靶1。CN200610045720129公 開(kāi)了采用兩組線圈的電弧蒸發(fā)源，但是其對(duì)弧斑沒(méi)有控制，沒(méi)有解決大顆粒生成問(wèn)題，只是 通過(guò)大線圈長(zhǎng)度攔截掉非直線運(yùn)動(dòng)大顆粒。CN200810010762129也公開(kāi)了采用兩組線圈的 電弧蒸發(fā)源，但其外線圈產(chǎn)生與靶面水平方向的磁場(chǎng)。上述專利申請(qǐng)均具有這類設(shè)備共有的缺陷。為此，本發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量研究工作，終 于完成了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容[要解決的技術(shù)問(wèn)題]本發(fā)明的目的是提供一種主動(dòng)控制弧斑的電弧蒸發(fā)源。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使用該電弧蒸發(fā)源的真空電弧離子鍍?cè)O(shè)備。這種 設(shè)備可以用于工具、模具、機(jī)械部件或裝飾件基材外部被膜，以提高它們的表面硬度和耐磨 性、降低摩擦系數(shù)和/或附加顏色。這種設(shè)備能夠在提高靶材利用率的同時(shí)還能夠提高鍍
膜質(zhì)量。[技術(shù)方案]本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明涉及一種主動(dòng)控制弧斑的電弧蒸發(fā)源。所述電弧蒸發(fā)源包括用于固定靶材8的靶材固定桿2和靶座5、靶材固定桿2在靶 座5內(nèi)腔中，其特征在于在靶座5內(nèi)腔中靶材固定桿2徑向兩側(cè)設(shè)置小磁場(chǎng)極軸9，在靶座 5內(nèi)腔中小磁場(chǎng)極軸9徑向外側(cè)設(shè)置一組小線圈3，在靶座5內(nèi)腔中小線圈3徑向外側(cè)設(shè)置 水冷套10，小磁場(chǎng)極軸9與水冷套10固定在一起，在小線圈3遠(yuǎn)離靶材8的一側(cè)和水冷套 10徑向外側(cè)設(shè)置小線圈極靴12，小線圈極靴12、小磁場(chǎng)極軸9和小線圈3形成開(kāi)口面向靶 材8的小線圈磁場(chǎng)，在靶座5徑向外側(cè)設(shè)置大線圈6，靶材端面位于小磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到范圍內(nèi)， 并保障靶材端面水平磁場(chǎng)大于50高斯。根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述大線圈6是由纏繞著導(dǎo)線的導(dǎo)磁金屬桶構(gòu) 成的，所述導(dǎo)磁金屬桶兩端設(shè)有法蘭，所述法蘭是由非導(dǎo)磁體構(gòu)成的。根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，在所述的電弧蒸發(fā)源工作時(shí)，小線圈3和大 線圈6的中心磁場(chǎng)極性相反。本發(fā)明還涉及一種具有所述電弧蒸發(fā)源的真空電弧離子鍍?cè)O(shè)備。該真空電弧離子 鍍?cè)O(shè)備包括掛架16、真空室17、電弧蒸發(fā)源18和與所述真空室17相連接的真空獲得系統(tǒng) 19。根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述的電弧蒸發(fā)源通過(guò)大線圈6的法蘭與所述 真空室17的接口法蘭密封固定，電弧電源正極接所述真空室17，弧電源負(fù)極接靶材8。下面將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。本發(fā)明涉及一種主動(dòng)控制弧斑的電弧蒸發(fā)源。本發(fā)明的電弧蒸發(fā)源通過(guò)雙線圈產(chǎn) 生的復(fù)合磁場(chǎng)控制弧斑的運(yùn)動(dòng)方向，運(yùn)動(dòng)速度，在提高靶材用率的基礎(chǔ)上，同時(shí)減少靶材金 屬大顆粒數(shù)及金屬大顆粒體積。所述電弧蒸發(fā)源包括用于固定靶材8的靶材固定桿2和靶 座5、靶材固定桿2在靶座5內(nèi)腔中，其特征在于在靶座5內(nèi)腔中靶材固定桿2徑向兩側(cè)設(shè) 置小磁場(chǎng)極軸9，在靶座5內(nèi)腔中小磁場(chǎng)極軸9徑向外側(cè)設(shè)置一組小線圈3，在靶座5內(nèi)腔中小線圈3徑向外側(cè)設(shè)置水冷套10，小磁場(chǎng)極軸9與水冷套10固定在一起，在小線圈3遠(yuǎn) 離靶材8的一側(cè)和水冷套10徑向外側(cè)設(shè)置小線圈極靴12，小線圈極靴12、小磁場(chǎng)極軸9和 小線圈3形成開(kāi)口面向靶材8的小線圈磁場(chǎng)，在靶座5徑向外側(cè)設(shè)置大線圈6，靶材端面位 于小磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到范圍內(nèi)，并保障靶材端面水平磁場(chǎng)大于50高斯。本發(fā)明的電弧蒸發(fā)源在通入Ar氣分壓控制真空(8X 10_2Pa)、陰極工作電壓 30-45伏、起弧工作電壓100伏下，利用真空電弧放電使陰極材料蒸發(fā)并電離，形成純凈的 等離子體，沉積在基板上之后形成所需膜層。由于在整個(gè)工藝過(guò)程中只產(chǎn)生純等離子體，膜 層的性能很穩(wěn)定，可生成表面光滑細(xì)致且附著力極好的高質(zhì)量膜層。在本發(fā)明中，所述的靶材可以是真空電弧離子鍍技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的靶材，例 如鋅合金、塑料、銅、鐵、不銹鋼、玻璃、陶瓷等各種靶材。在本發(fā)明中，所述大線圈6是由纏繞著導(dǎo)線的導(dǎo)磁金屬桶構(gòu)成的，所述導(dǎo)磁金屬 桶兩端設(shè)有法蘭，所述法蘭是由非導(dǎo)磁體構(gòu)成的。在電弧蒸發(fā)源工作時(shí)，所述的小線圈3與大線圈6的中心磁場(chǎng)極性相反。在本發(fā)明中，兩個(gè)線圈形成的磁場(chǎng)相互作用原理如下大線圈6為纏繞導(dǎo)磁金屬的筒結(jié)構(gòu)，加載電流時(shí)在大線圈6內(nèi)產(chǎn)生一種四周磁場(chǎng) 強(qiáng)、中間磁場(chǎng)弱的內(nèi)部磁場(chǎng)，小線圈3產(chǎn)生的磁場(chǎng)位于大線圈6內(nèi)，由于大小線圈中心磁場(chǎng) 極性相反，因此小線圈外周磁場(chǎng)與大線圈磁場(chǎng)方向一致，當(dāng)大小線圈的電流保持不變時(shí)，兩 個(gè)線圈產(chǎn)生的兩個(gè)磁場(chǎng)保持穩(wěn)定，當(dāng)小線圈電流加大或減小時(shí)，原磁場(chǎng)平衡會(huì)被打破，小線 圈磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，會(huì)擠壓大磁場(chǎng)，反之亦然，在這種變化過(guò)程中，小線圈3在靶面上的最強(qiáng)磁 場(chǎng)點(diǎn)也隨之改變，因此弧斑運(yùn)動(dòng)位置也會(huì)隨之改變。本發(fā)明還提供了一種具有上述電弧蒸發(fā)源的真空電弧離子鍍?cè)O(shè)備，該真空電弧離 子鍍?cè)O(shè)備包括掛架16、真空室17、電弧蒸發(fā)源18和與所述真空室17相連接的真空獲得系 統(tǒng)19。在本發(fā)明中，所述的真空獲得系統(tǒng)是本技術(shù)領(lǐng)域通常使用的真空獲得系統(tǒng)，對(duì)于 本領(lǐng)域的技術(shù)人員也是顯而易見(jiàn)的，例如北京長(zhǎng)城鈦金公司以商品名TG-4銷售的真空獲 得系統(tǒng)。在本發(fā)明中，所述電弧蒸發(fā)源通過(guò)大線圈6的法蘭與所述真空室17的接口法蘭密 封固定，電弧電源正極接所述真空室17，電弧電源負(fù)極接靶材8。由于在電弧蒸發(fā)源分別設(shè)有大小兩組線圈，因此在大線圈內(nèi)部由于使用導(dǎo)磁金屬 桶壁，沿著其線圈徑向產(chǎn)生一個(gè)中間磁場(chǎng)強(qiáng)度較小且周邊磁場(chǎng)強(qiáng)度較大的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)強(qiáng) 度沿著其線圈軸向在中間較弱，而靠近線圈兩端逐漸增強(qiáng)，這樣在線圈端部會(huì)產(chǎn)生一種磁 力線偏向中間的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。利用磁力線中的電弧點(diǎn)朝著磁力線與靶面構(gòu)成的銳角方向移動(dòng) 的性質(zhì)，靶面位置應(yīng)在所有磁力線切線方向向內(nèi)位置，這樣弧斑不會(huì)有向外運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。維持弧斑燃燒的電弧電源正極與所述真空室連接，電弧電源陰極固定在靶材固定 桿2外端，通過(guò)大線圈6、小線圈3和引弧機(jī)構(gòu)2與控制柜啟動(dòng)開(kāi)關(guān)相連，該控制柜提供兩個(gè) 線圈電流輸出和引弧信號(hào)輸出的集中控制。在所述的掛架16上放置有基板。根據(jù)本發(fā)明，所述的基板可以是鋅合金、塑料、 銅、鐵、不銹鋼、玻璃、陶瓷等各種材料。電弧蒸發(fā)源18工作時(shí)在其陰極弧斑前方是高密度 的金屬等離子體，它們形成的離子流在基板上凝聚成金屬、合金或化合物涂層。
根據(jù)本發(fā)明，使用本發(fā)明的設(shè)備可以在各種基材上獲得各種不同的涂層，例如氮 化鈦(TiN)、氮化鉻(CrN)、碳化鈦(TiC)、氮化鋁鈦(TiAlN)涂層等各種涂層。使用本發(fā)明設(shè)備獲得離子鍍膜的性能可以用硬度、膜厚、耐磨性及耐腐蝕性等參 數(shù)進(jìn)行表征。這些涂層的性能參數(shù)可以采用本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的測(cè)定方法或國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。例如，硬度，可以采用洛氏硬度儀及其采用的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。膜厚，可以采用球磨厚度儀及其采用的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。耐磨性及耐腐蝕性可以采用鹽霧試驗(yàn)機(jī)及其采用的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。使用本發(fā)明設(shè)備獲得的離子鍍膜一般能夠達(dá)到2小時(shí)3微米沉積率。本發(fā)明的真空電弧離子鍍?cè)O(shè)備可以用于各種刀具，例如絲錐、銑刀、車刀、剪金屬 板刀；各種模具，例如成型模具、沖壓模具、拉伸模具等，像汽車工業(yè)使用的活塞、活塞環(huán)、凸 輪軸、油泵、齒輪等易磨損零件；耐磨機(jī)件，例如紡織機(jī)件、縫紉機(jī)件、高精密軸承、精密滑 塊、壓縮機(jī)件、觸感器耐磨件；量?jī)x與量具，像卡尺、量塊、精密量臺(tái)、量針、刀口 ；各種探測(cè) 器與傳感器，像溫度傳感器、氣敏傳感器、壓力傳感器、紫外線或放射線傳感器。[有益效果]1、由于可以控制磁場(chǎng)，弧斑可徑向運(yùn)動(dòng)，可以解決靶材利用率低的問(wèn)題。現(xiàn)有技術(shù) 的(電磁控)靶材利用率一般僅為15%，而本發(fā)明的靶材利用率一般可以達(dá)到40%，因此， 本發(fā)明的靶材利用率非常明顯地高于現(xiàn)有技術(shù)的靶材利用率。2、靶面水平磁場(chǎng)可以通過(guò)小線圈電流調(diào)整，弧斑運(yùn)動(dòng)速度可以增加，因而可以在 單位時(shí)間內(nèi)減少金屬大顆粒數(shù)目及減小金屬大顆粒直徑?，F(xiàn)有技術(shù)的金屬大顆粒數(shù)目與直 徑一般分別達(dá)到26個(gè)(在掃描電鏡顯微鏡JSM-6510，500倍顯示范圍中顆粒度大于5 μ m) 和18 μ m,而使用本發(fā)明設(shè)備的金屬大顆粒數(shù)目與直徑一般分別達(dá)到1. 5個(gè)和7 μ m,因此， 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的金屬大顆粒數(shù)目減少極其明顯，其微粒直徑降低也極其明顯。3、弧斑運(yùn)動(dòng)受磁場(chǎng)約束強(qiáng)，不宜竄弧\斷弧。4、使用本發(fā)明設(shè)備獲得的涂層，可以提高加工工件使用壽命3至10倍。例如對(duì)高 速鋼鉆頭進(jìn)行無(wú)涂層、現(xiàn)有技術(shù)TiN涂層，本蒸發(fā)源TiN涂層對(duì)比，加工打孔總深度分別達(dá) 到122mm、744mm、1232mm。使用本發(fā)明設(shè)備加工還可以降低成本，提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品質(zhì)
Mo

圖1 蒸發(fā)源結(jié)構(gòu)組裝圖1-引弧機(jī)構(gòu)、2-靶材固定桿、3-小線圈、4-外絕緣套、 5-靶座、6-大線圈、7-屏蔽盤、8-靶材、9-小磁場(chǎng)極軸、10-水冷套、11-內(nèi)絕緣套、12-小線 圈極靴、13-壓蓋、14-水嘴、15-壓套。圖2 蒸發(fā)源真空鍍膜機(jī)結(jié)構(gòu)圖16-掛架、17-真空室、18-電弧蒸發(fā)源、19-真空 獲得系統(tǒng)。圖3 對(duì)照蒸發(fā)源500倍電鏡照片圖4 對(duì)照蒸發(fā)源2000倍電鏡照片圖5 本發(fā)明蒸發(fā)源500倍電鏡照片
圖6 本發(fā)明蒸發(fā)源2000倍電鏡照片具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 使用本發(fā)明設(shè)備在不銹鋼鏡面板部件上鍍氮化鈦涂層靶座5內(nèi)腔置用導(dǎo)磁材料制成的水冷套10 (本實(shí)施例中未特別標(biāo)注時(shí)均為非導(dǎo)磁 材料)，水冷套10與小磁場(chǎng)極軸9固定在一起，靶座5與水冷套10之間形成水冷腔，在水冷 套10上部有出水孔，下部有進(jìn)水口。在小磁場(chǎng)極軸9與水冷套10之間置小線圈3。在水冷 套10外部置導(dǎo)磁材料制成的小線圈極靴12，并用螺母擰緊，這樣小線圈極靴12、小磁場(chǎng)極 軸9、小線圈3形成前面開(kāi)口小線圈磁場(chǎng)，并且上下水冷套水嘴14及小線圈3接線從小線圈 極靴12開(kāi)孔處伸出，靶材8置于靶座前端，靶材固定桿2置于靶座5中心并擰緊靶材，桿上 安上密封圈裝上壓套15用螺母?jìng)渚o，并接電弧電源陰極。靶材8四周有屏蔽盤7，屏蔽盤7 端面與靶材端面平齊，并保持Imm間隙，屏蔽盤7與靶座5絕緣連接。大線圈6置于靶座5 周圍，并與靶座5用內(nèi)絕緣套11絕緣密封連接，靶座5外側(cè)外絕緣套4及壓蓋13用于靶座 與大線圈6的絕緣固定。本蒸發(fā)源是由小線圈極靴12、小磁場(chǎng)極軸9、小線圈3形成前端開(kāi) 放式磁場(chǎng)置于線輥由導(dǎo)磁材料構(gòu)成大線圈6內(nèi)部中間，靶材端面位于小磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到范圍 內(nèi)，并保障靶面水平磁場(chǎng)大于50高斯。小線圈接頭連接程控直流電源，大線圈接頭連接可 調(diào)直流電源。本發(fā)明的設(shè)備操作步驟如下銑刀樣品用通常的清洗劑清洗并干燥后，掛在離蒸發(fā)源表面300mm處自轉(zhuǎn)桿上。然后，使用北京長(zhǎng)城鈦金公司以商品名TG-4銷售的真空獲得系統(tǒng)，用機(jī)械泵抽真 空至4Pa ；再打開(kāi)分子泵高閥抽高真空，打開(kāi)加熱器加熱至200°C ；高真空達(dá)到4X 10_3pa，關(guān) 閉加熱器，關(guān)閉節(jié)流閥；通入氬氣，真空度達(dá)到2X10—^3 ；加偏壓100V ；接通100伏電弧電源，啟動(dòng)蒸發(fā)源，使靶材帶電；大線圈6和小線圈3接通穩(wěn)流電源，產(chǎn)生磁場(chǎng)；接通冷卻循環(huán)水；啟動(dòng)開(kāi)關(guān)使引弧機(jī)構(gòu)工作，通過(guò)短路、高壓方式在靶面中間產(chǎn)生火花，進(jìn)而激發(fā)出 弧斑，生成弧斑后引弧機(jī)構(gòu)停止工作；弧斑在磁場(chǎng)控制下運(yùn)動(dòng)。根據(jù)不同靶材，讓大線圈6的電流固定，生成相應(yīng)的內(nèi)磁 場(chǎng)，；小線圈3電流在一定范圍內(nèi)變化，產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，并控制弧斑運(yùn)動(dòng)速度，擠壓內(nèi)磁場(chǎng) 使其向弧斑內(nèi)外運(yùn)動(dòng)；鍍膜時(shí)間1分鐘；通入氮?dú)?，使真空度達(dá)到4X10^3，再鍍膜時(shí)間15分鐘；然后， 關(guān)閉蒸發(fā)源，并關(guān)閉偏壓電源，氮?dú)?、氬氣。關(guān)閉高閥，靜置20分鐘，待爐體冷卻后，開(kāi)爐取出樣品。然后，采用本說(shuō)明書中描述的測(cè)定方法測(cè)定所得到涂層的性能。膜厚0·32μπι實(shí)施例2 對(duì)比試驗(yàn)制備涂層使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備本發(fā)明真空電弧離子鍍膜設(shè)備；對(duì)比試驗(yàn)使用在現(xiàn)在 技術(shù)中通常使用的北京長(zhǎng)城鈦金公司以商品名TG-4銷售的離子鍍膜設(shè)備。試驗(yàn)使用的樣品是304不銹鋼8Κ鏡面板，尺寸20 X 20mm。使用本發(fā)明真空電弧離子鍍膜設(shè)備采用本發(fā)明實(shí)施例1描述的方法制備所述樣
7品涂層(本發(fā)明樣品)。使用上述現(xiàn)有技術(shù)離子鍍膜設(shè)備采用該設(shè)備說(shuō)明書描述的方法制備所述樣品涂 層(對(duì)比樣品)。采用本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)制得的涂層是氮化鈦。用掃描電鏡顯微鏡對(duì)本發(fā)明樣品局部500倍放大照片與大顆粒2000倍放大并測(cè) 量直徑見(jiàn)附圖5和6。用掃描電鏡顯微鏡對(duì)對(duì)比樣品局部500倍放大照片(附圖)與大顆 粒2000倍放大并測(cè)量直徑見(jiàn)附圖3和4。使用掃描電鏡顯微鏡JSM-6510檢測(cè)了本發(fā)明樣品(表1的樣品4_6)與對(duì)比樣品 (表1的樣品1-3)在單位面積中的大顆粒數(shù)以及大顆粒尺寸，其結(jié)果列于表1。表1 :304不銹鋼8K鏡面板涂層分析結(jié)果 由表1的結(jié)果清楚地看出，使用本發(fā)明真空電弧離子鍍膜設(shè)備制備涂層的大顆粒 數(shù)比現(xiàn)有技術(shù)的減少95%，最大顆粒直徑直徑減小60%。因此，使用本發(fā)明的主動(dòng)控制弧斑的電弧蒸發(fā)源與本發(fā)明真空電弧離子鍍膜設(shè)備 能夠大大減少涂層中的大顆粒數(shù)，不僅如此，最大顆粒直徑也大大降低，這樣，使用本發(fā)明 的設(shè)備可以提高加工工件使用壽命3至10倍。例如對(duì)高速鋼鉆頭進(jìn)行無(wú)涂層、現(xiàn)有技術(shù) TiN涂層，本蒸發(fā)源TiN涂層對(duì)比，加工打孔總深度分別達(dá)到122mm、744mm、1232mm。因此， 使用本發(fā)明設(shè)備加工還可以降低成本，提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量。
權(quán)利要求
一種主動(dòng)控制弧斑的電弧蒸發(fā)源，所述電弧蒸發(fā)源包括用于固定靶材(8)的靶材固定桿(2)和靶座(5)、靶材固定桿(2)在靶座(5)內(nèi)腔中，其特征在于在靶座(5)內(nèi)腔中靶材固定桿(2)徑向兩側(cè)設(shè)置小磁場(chǎng)極軸(9)，在靶座(5)內(nèi)腔中小磁場(chǎng)極軸(9)徑向外側(cè)設(shè)置一組小線圈(3)，在靶座(5)內(nèi)腔中小線圈(3)徑向外側(cè)設(shè)置水冷套(10)，小磁場(chǎng)極軸(9)與水冷套(10)固定在一起，在小線圈(3)遠(yuǎn)離靶材(8)的一側(cè)和水冷套(10)徑向外側(cè)設(shè)置小線圈極靴(12)，小線圈極靴(12)、小磁場(chǎng)極軸(9)和小線圈(3)形成開(kāi)口面向靶材(8)的小線圈磁場(chǎng)，在靶座(5)徑向外側(cè)設(shè)置大線圈(6)，靶材端面位于小磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到范圍內(nèi)，并保障靶材端面水平磁場(chǎng)大于50高斯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電弧蒸發(fā)源，其特征在于所述大線圈(6)是由纏繞著導(dǎo)線的 導(dǎo)磁金屬桶構(gòu)成的，所述導(dǎo)磁金屬桶兩端設(shè)有法蘭，所述法蘭是由非導(dǎo)磁體構(gòu)成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電弧蒸發(fā)源，其特征在于在所述的電弧蒸發(fā)源工作時(shí)，小 線圈(3)和大線圈(6)的中心磁場(chǎng)極性相反。
4.一種具有如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述電弧蒸發(fā)源的真空電弧離子鍍?cè)O(shè) 備，其特征在于該真空電弧離子鍍?cè)O(shè)備包括掛架(16)、真空室(17)、電弧蒸發(fā)源(18)和與 所述真空室(17)相連接的真空獲得系統(tǒng)(19)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的真空電弧離子鍍?cè)O(shè)備，其特征在于所述的電弧蒸發(fā)源通過(guò) 大線圈(6)的法蘭與所述真空室(17)的接口法蘭密封固定，電弧電源正極接所述真空室 (17)，電弧電源負(fù)極接靶材(S)0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種主動(dòng)控制弧斑的電弧蒸發(fā)源及使用該電弧蒸發(fā)源的真空電弧離子鍍?cè)O(shè)備。所述電弧蒸發(fā)源包括引弧機(jī)構(gòu)、靶材固定桿、小線圈、外絕緣套、靶座、大線圈、靶材、小磁場(chǎng)極軸等。本發(fā)明的真空電弧離子鍍?cè)O(shè)備包括掛架、真空室、電弧蒸發(fā)源和與真空獲得系統(tǒng)。使用本發(fā)明電弧蒸發(fā)源與真空電弧離子鍍膜設(shè)備能夠大大減少涂層中的大顆粒數(shù)，不僅如此，最大顆粒直徑也大大降低，這樣，使用本發(fā)明的設(shè)備可以提高加工工件使用壽命3至10倍，可以顯著地降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號(hào)C23C14/32GK101928922SQ201010274859
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者任大海, 姜文 申請(qǐng)人:姜文