一种气体弧光放电装置以及与真空腔体的耦合系统的制作方法

本实用新型属于金属材料表面处理技术领域，尤其涉及一种气体弧光放电装置以及与真空腔体的耦合系统。

背景技术：

传统的离子渗氮工艺的使用会产生对环境或者人身安全具有一定危害的含n元素的气体或者n2与h2的混合气体。在传统辉光离子渗氮技术中，有的使用纯氮气作为工作气体，但传统的辉光渗氮工艺普遍渗氮效率非常低，并且得到的渗氮层厚度比较薄；并且随着渗氮时间的增加会在工件表面形成一层氮化物的析出层，会影响材料本身的机械性能或者耐腐蚀性能；在传统的辉光离子渗氮中，工件作为放电阴极而存在，如果工件上存在小孔、缝隙，或者零件之间的间隙太小，会在上述部位产生空心阴极放电现象，造成工件局部烧伤。活性屏离子渗氮、空心阴极离子渗氮技术虽然解决了传统辉光渗氮作为放电阴极这一缺陷，但是仍然存在渗氮效率低，随着渗氮层深度的增加工件表面有氮化物析出层出现的问题。

专利(cn102134706a)公开了一种等离子体弧光氮化装置，该公开专利将等离子弧光氮化装置放置于真空室上面。在该公开实用新型专利中阴极筒与热丝分别由两个独立的电源供电。上述装置中的结构会导致附图中2热丝与空心阴极筒18的电位不同，在剧烈的弧光放电中因为两电极之间的电位不同导致两者之间发生放电现象，这在弧光放电中极易造成2(热丝)与18(空心阴极筒)的损伤，在实际生产过程中是应该避免的。并且将弧光放电装置放置于真空室的上面，因为靠近弧光氮化装置越近等离子体能量、等离子体密度、弧光对工件的辐射热量越高，则会导致工件转台9上的上下不同位置的被处理工件8的处理效果不同。

实用新型专利(cn205088299u)公开了一种弧光放电型离子源装置，在该公开实用新型专利中电弧电源6的正极与金属电极的正极相连接，负极与密封圆筒12相连接；密封圆通作为弧光放电型离子源装置的阴极，而空心圆筒13属于零电位悬浮在密封圆筒12内部；金属电极2放置于空心圆筒内部。在该实用新型专利中电弧电源的负极所连接的密封圆筒12与热丝即金属电极2之间会产生电压差，在长时间的弧光放电工作中会导致密封圆筒12或者金属电极2被击穿，导致整个真空系统暴露在大气压下，这对真空设备的损伤是非常大的；并且由于密封圆筒12在工作过程中作为阴极存在，所以会产生辉光放电现象，导致密封圆筒在长时间的使用过程中被损耗，同时金属电极2也存在上述情况。在该实用新型专利中没有辅助阳极引出系统，单纯的靠聚焦线圈的作用只是对电子有一定的作用，聚焦线圈很难将弧光离子源中的离子引出。

针对上述弧光放电装置及辉光及弧光离子不锈钢渗氮工艺中存在的缺陷，亟需一种高效、改善渗氮层质量的方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种气体弧光放电装置以及与真空腔体的耦合系统。弧光放电对工作气体的离化率明显高于辉光放电，并且弧光放电比辉光放电剧烈。通过该方法制备的渗氮层，均匀性好，渗氮效率高，渗氮层深，克服了传统辉光渗氮因空心阴极效应引起的工件烧伤，渗氮层有氮化物析出，渗氮层薄，渗氮效率低等问题。

本实用新型提供的一种气体弧光放电装置，通过该装置，与真空腔体上的轴向磁场及辅助阳极耦合来提高等离子体能量及密度的结构，用于弧光等离子体渗氮。具体技术方案如下所述：

一种气体弧光放电装置，包括金属筒模块、第一电磁线圈模块、热丝电极模块、真空壁和绝缘体；

所述金属筒模块包括辅助阳极、金属筒、金属筒模块电源，金属筒模块电源阳极连接至辅助阳极，金属筒模块电源阴极连接至金属筒侧壁的底端；

所述第一电磁线圈模块包括第一电磁线圈和第一电磁线圈控制模块，所述第一电磁线圈控制模块包括第一电磁线圈控制集合和第一电磁线圈电源，第一电磁线圈控制集合和第一电磁线圈电源连接，第一电磁线圈控制集合控制第一电磁线圈电源的电流，第一电磁线圈电源与第一电磁线圈连接。

所述热丝电极模块包括热丝电极、热丝电极模块电源和两个金属电极，所述两个金属电极中的一个金属电极一端连接在热丝电极模块电源的阳极上，另一个金属电极的一端连接在热丝电极模块电源的阴极上，所述热丝电极连接在所述两个金属电极的另一端；

热丝电极通电后，在热丝电极附近位置为弧光产生区；

所述真空壁包括真空壁侧壁和真空壁顶盖，所述绝缘体包括第一绝缘体、第二绝缘体和第三绝缘体；所述真空壁侧壁的顶端和底部分别设置第二绝缘体和第三绝缘体，真空壁顶盖和真空壁侧壁之间通过第二绝缘体绝缘；

所述两个金属电极通过第一绝缘体悬浮在真空壁顶盖上；真空壁顶盖中心设置进气孔；

所述金属筒悬浮固定在真空壁顶盖上；

真空壁侧壁围绕在金属筒外围；所述第一电磁线圈围绕在真空壁侧壁外围；

真空壁侧壁和真空壁顶盖围成真空室，真空室下部为开放式，以与真空腔体对接，所述气体弧光放电装置安装在真空腔体上预留的法兰上。

利用第一绝缘体和第二绝缘体确保真空壁顶盖、金属筒处于悬浮位置。

所述热丝电极选用高熔点、耐高温、稳定性好的材料，热丝由独立的电源热丝电源供电。所述热丝电极的材料选自金属钼、金属钨和钨钼合金。优选的，所述热丝电极的材料为钨丝。

金属筒作为偏压电源的阴极，将金属筒的偏压电源的阴极与热丝电机并联，使金属筒与热丝电极处于同一电位。

所述金属筒选用金属钼，但不局限于金属钼，金属筒的材料可以选择钨钼合金，钛合金等一切导电性好的，耐高温的金属材料。

热丝电极选择钨丝，但不局限于钨丝，可以为耐高温，稳定性，导电性能好的金属材料，包括钨钼合金，纯金属钼等一切金属。

第一电磁线圈通过第一电磁线圈电源这一独立电源供电。第一电磁线圈中作用在弧光产生区，电磁场模块包括第一电磁线圈和第一电磁线圈电源，电磁线圈根据控制模块输入信号的不同而改变电磁场的强度和方向。

本实用新型提供的气体弧光放电装置设计了可以改变磁场强度的结构第一电磁线圈模块，通过改变第一电磁线圈产生的电磁场的输入信号，可以降低弧光放电的条件，改变气体弧光放电装置产生的等离子体的密度及能量，实现更好的控制等离子体能量与密度的效果。

本实用新型还提供了所述气体弧光放电装置与真空腔体的耦合系统，所述真空腔体为封闭的抽真空容器，所述气体弧光放电装置安装于真空腔体内，所述真空腔体内还设置工件架模块、第二电磁场模块、第三电磁场模块、热电偶和抽气系统；

所述工件架模块包括工件架和偏压电源，偏压电源的负极与工件架连接，偏压电源的正极与真空腔体的腔体壁连接，真空腔体是用于放置气体弧光放电装置的容器；

所述工件架、气体弧光放电装置的辅助阳极、热电偶位于真空腔体的内部；所述电源和电磁线圈均位于真空腔体外侧。

所述第二电磁场模块包括第二电磁线圈和第二电磁线圈控制模块，所述第二电磁线圈控制模块包括第二电磁线圈控制集合和第二电磁线圈电源，所述第三电磁场模块包括第三电磁线圈和第三电磁线圈控制模块，所述第三电磁线圈控制模块包括第三电磁线圈控制集合和第三电磁线圈电源；所述第二电磁线圈控制集合和第三电磁线圈控制集合分别与第二电磁线圈电源和第三电磁线圈电源连接，控制电磁线圈电源的电流方向、电流大小和波形，电磁线圈电源分别与电磁线圈连接，电磁线圈根据控制模块的电流方向、大小和波形这些输入信号的不同而改变磁场的强度和方向；

所述热电偶包括位于真空腔体内部顶端和底端的两个用于测量真空室内温度的热电偶；

在真空腔体上设置法兰口，抽气系统通过法兰结构与真空腔连接。

所述气体弧光放电装置至少为一个，也可以是多个，考虑到被改性工件的均匀性，可以根据需要增加。位于真空腔体的一侧，与工件架相互垂直；

辅助阳极安装在气体弧光放电装置的对侧；

所述第二电磁线圈和第三电磁线圈位于气体弧光放电装置与辅助阳极之间；

所述工件架位于第二电磁线圈和第三电磁线圈之间，整个工件架被包裹在第二电磁线圈和第三电磁线圈产生的磁场内；

通过这种设置，真空腔体内第二电磁线圈、第三电磁线圈与气体弧光放电装置中的第一电磁线圈产生的磁场耦合，通过调节三组电磁线圈的参数来控制整个真空腔体内的等离子体密度及能量。

本实用新型基于上述气体弧光放电装置与真空腔体结构，公开一种利用气体弧光放电等离子体渗氮的工艺方法，是一种利用气体弧光放电产生等离子体的装置与真空腔体轴向磁场耦合产生对材料或者机械零部件不锈钢进行渗氮的工艺方法。该方法主要通过向上述气体弧光放电装置及真空腔体的所有电源模块输送控制信号来控制等离子体的能量及密度。根据需要工作气体的类型及所要改性材料的属性，对各电源模块输送一定的信号，以达到最佳的表面改性效果。所述控制信号包括控制电源的电流方向、大小和波形。

本实用新型的气体弧光放电装置及真空腔体上的磁场结构与辅助阳极结构，放电过程中不会出现各电极之间发生击穿现象，并且金属筒作为辅助阴极与热丝电极(热阴极)并联，可以不断地输送电子，保证热电子发射稳定，从而能够保证弧光放电的稳定。气体弧光放电装置的各电极之间不会发生放电击穿现象，渗氮的效率会显著提升。

所述真空腔体内采用铠装加热器加热。

本申请提供的气体弧光放电装置中，在辅助阳极、所有电磁场的耦合作用下，弧光由金属筒进入到真空腔体中，从而发生作用。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型提供了中气体弧光放电装置以及联合耦合磁场的离子渗氮工艺，装置中的第一电磁线圈模块、第二电磁线圈模块和第三电磁线圈模块分别设置独立电源供电；通过精确调整输入信号，对三套电磁线圈产生的磁场的强度进行调控，从而精确控制等离子体的能量和密度；

2.与辉光放电渗氮工艺相比，弧光放电更剧烈，本实用新型提供的弧光放电原理的离子渗氮工艺制备的渗氮层均匀性好，渗氮效率高，渗氮层深，克服了传统辉光渗氮因空心阴极效应引起的工件烧伤，渗氮层有氮化物析出，渗氮层薄，渗氮效率低等问题；

3.本实用新型提供的气体弧光放电装置中金属筒与热丝电极(热阴极)处于同一电位，金属筒的作用是为了提供电子，使更多的电子逸出轰击工作气体产生更多的等离子体，提高了弧光放电装置对气体的离化率及维持弧光放电；

4.真空壁处于零电位悬浮状态，金属筒处于悬浮位置，作用是避免产生的等离子体轰击真空壁；金属筒作为辅助阴极与热丝电极(热阴极)并联，必须保持绝缘状态。

5.本实用新型提供的热丝电极可以承受高温，并且整个热阴极与弧光等离子体源的其它带电模块处于同一电位，两电极之间不会发生放电；金属筒电极模块在加上电压后，金属筒壁上不会产生辉光等离子体；真空壁模块在工作状态时处于悬浮电位。

6通过电磁线圈模块可以将装置内的等离子体引出；并且通过改变电磁线圈电源的输入信号，实现轴向电磁线圈的串联、并联或者串并联配合使用，实现改变弧光等离子体源产生的等离子体的能量及密度分布；

利用多组电磁线圈模块及电磁线圈电源模块，该装置可以通过调节电磁线圈电源模块的信号参数，对腔体内等离子体的能量及密度进行控制，

设计的轴向磁场是有多阶梯、多组电磁线圈组合而成，根据不同的工艺需求开启不同的电磁线圈，并使多组电磁线圈进行耦合工作。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型的气体弧光放电装置的结构示意图。

图2为本实用新型的真空室内部结构示意图。

图3为气体弧光放电装置与真空腔体上的电磁场耦合后在磁场强度为0、40、80、120、160gs磁场强度下等离子体光发射谱图。

图4为气体弧光放电装置与真空腔体上的电磁场耦合前后等离子体光谱中各种离子谱线相对强度的变化。

图5(a)与5(b)分别为气体弧光放电装置与真空腔体上的电磁场耦合前后，渗氮不锈钢表面形貌的变化。

图6为不锈钢基体及气体弧光放电装置与真空腔体上的电磁场耦合前后不锈钢表面的xrd谱图。

图7为气体弧光放电装置与真空腔体上的电磁场耦合前后，不同磁场强度下渗氮层深度的变化。

其中(a)为0gs，(b)为40gs，(c)为80gs，(d)为120gs，(e)为160gs，(f)为渗氮层深度变化曲线图。

图8为气体弧光放电装置与真空腔体上的电磁场耦合前后，0～160gs时渗氮层的显微硬度。

图9为气体弧光放电装置与真空腔体上的电磁场耦合前后，0～160gs时不锈钢表面的耐磨损性能。

其中1、金属筒模块，2、第一电磁线圈，3、气体弧光放电装置的辅助阳极，4、真空壁，5、弧光产生区，6、金属电极，7、热阴极，8、金属筒模块电源，9、进气孔，10、第一绝缘体，11、热阴极模块电源，12、热阴极模块，13、真空壁，14、第二绝缘体，15、金属筒，16、第一电磁线圈模块，17、第一电磁线圈电源，18、第三绝缘体，19、工件架模块，20、偏压电源，21、气体弧光放电装置，22、真空腔体，23、热电偶，24、第二电磁线圈电源，25、第二电磁场模块，26、第二电磁线圈，27、金属筒模块电源阳极，28、磁感线，29、真空腔体辅助阳极，30、抽气系统，31、工件架，32、第三电磁线圈，33、第三电磁线圈模块，34、第三电磁线圈电源。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1：一种气体弧光放电装置

一种气体弧光放电装置，如图1所示，包括金属筒模块1、第一电磁线圈模块16、热丝电极模块12、真空壁和绝缘体；

所述金属筒模块1包括辅助阳极3、金属筒15、金属筒模块电源8，金属筒模块电源8阳极连接至辅助阳极3，金属筒模块电源8阴极连接至金属筒15侧壁的底端；

所述第一电磁线圈模块16包括第一电磁线圈2和第一电磁线圈控制模块，所述第一电磁线圈控制模块包括第一电磁线圈控制集合和第一电磁线圈电源17，第一电磁线圈控制集合和第一电磁线圈电源17连接，第一电磁线圈控制集合控制第一电磁线圈电源17的电流，第一电磁线圈电源17与第一电磁线圈2连接。

在本实施例中，所述第一电磁线圈控制模块采用第一电磁线圈电源17和第一电磁线圈控制集合一体式结构，采用itechautorangedc电源，型号为it6932a。

所述热丝电极模块12包括热丝电极7、热丝电极模块电源11和两个金属电极6，所述两个金属电极6中的一个金属电极一端连接在热丝电极模块电源11的阳极上，另一个金属电极的一端连接在热丝电极模块电源11的阴极上，所述热丝电极7连接在所述两个金属电极6的另一端；

热丝电极7通电后，在热丝电极附近位置为弧光产生区5；

所述真空壁包括真空壁侧壁4和真空壁顶盖13，所述绝缘体包括第一绝缘体10、第二绝缘体14和第三绝缘体18；所述真空壁侧壁4的顶端和底部分别设置第二绝缘体14和第三绝缘体18，真空壁顶盖13和真空壁侧壁4之间通过第二绝缘体14绝缘；

所述两个金属电极6通过第一绝缘体10悬浮在真空壁顶盖13上；真空壁顶盖13中心设置进气孔9；

所述金属筒15悬浮固定在真空壁顶盖13上；

真空壁侧壁4围绕在金属筒15外围；所述第一电磁线圈2围绕在真空壁侧壁4外围；

真空壁侧壁4和真空壁顶盖13围成真空室，真空室下部为开放式，以与真空腔体对接，所述气体弧光放电装置安装在真空腔体上预留的法兰上。

所述热丝电极7选用高熔点、耐高温、稳定性好的材料，热丝由独立的电源热丝电源11供电。所述热丝电极的材料选自金属钼、金属钨和钨钼合金。优选的，所述热丝电极的材料为钨丝。

金属筒15作为偏压电源8的阴极，将金属筒15的偏压电源的阴极与热丝电机7并联，使金属筒15与热丝电极7处于同一电位。

所述金属筒选用金属钼，但不局限于金属钼，金属筒的材料可以选择钨钼合金，钛合金等一切导电性好的，耐高温的金属材料。

热丝电极选择钨丝，但不局限于钨丝，可以为耐高温，稳定性，导电性能好的金属材料，包括钨钼合金，纯金属钼等一切金属。

本实用新型实施的过程中，利用第一绝缘体10和第二绝缘体14确保真空壁顶盖13、金属筒15处于悬浮位置。

第一电磁线圈2通过第一电磁线圈电源17这一独立电源供电。第一电磁线圈中2作用在弧光产生区5，电磁场模块16包括第一电磁线圈2和第一电磁线圈电源17，电磁线圈根据控制模块输入信号的不同而改变电磁场的强度和方向。

本实用新型提供的气体弧光放电装置设计了可以改变磁场强度的结构第一电磁线圈模块16，通过改变第一电磁线圈2产生的电磁场的输入信号，可以降低弧光放电的条件，改变气体弧光放电装置产生的等离子体的密度及能量，实现更好的控制等离子体能量与密度的效果。

实施例2：所述气体弧光放电装置与真空腔体的耦合系统：

本实用新型还提供了所述气体弧光放电装置与真空腔体的耦合系统，如图2所示，左侧为气体弧光放电装置21在真空腔体22中的设置示意，右侧为真空腔体22内结构的详细剖视图，所述真空腔体22为封闭的抽真空容器，所述气体弧光放电装置21安装于真空腔体22内，所述真空腔体22内还设置工件架模块、第二电磁场模块25、第三电磁场模块33、热电偶23、抽气系统30；

在图2中，所述气体弧光放电装置的辅助阳极3和金属筒模块电源阳极27以辅助阳极模块29标记；

所述工件架模块包括工件架31和偏压电源20，偏压电源20的负极与工件架31连接，偏压电源20的正极与真空腔体22的腔体壁连接，真空腔体22是用于放置气体弧光放电装置的容器；

在本实施例中，所述金属筒模块电源8和偏压电源20采用adl系列直流电源。

所述工件架31、气体弧光放电装置的辅助阳极3、热电偶23位于真空腔体的内部；所述电源和电磁线圈均位于真空腔体22外侧；

所述第二电磁场模块25包括第二电磁线圈26和第二电磁线圈控制模块，所述第二电磁线圈控制模块包括第二电磁线圈控制集合和第二电磁线圈电源24，所述第三电磁场模块33包括第三电磁线圈32和第三电磁线圈控制模块，所述第三电磁线圈控制模块包括第三电磁线圈控制集合和第三电磁线圈电源34；所述第二电磁线圈控制集合和第三电磁线圈控制集合分别与第二电磁线圈电源24和第三电磁线圈电源34连接，控制电磁线圈电源的电流方向、电流大小和波形，电磁线圈电源分别与电磁线圈连接，电磁线圈根据控制模块的电流方向、大小和波形这些输入信号的不同而改变磁场的强度和方向；

在本实施例中，所述第二电磁线圈控制模块和第三电磁线圈控制模块均采用电磁线圈电源和电磁线圈控制集合一体式结构，采用itechautorangedc电源，型号为it6932a。

所述热电偶23包括位于真空腔体内部顶端和底端的两个用于测量真空室内温度的热电偶；

在真空腔体上设置法兰口，抽气系统30通过法兰结构与真空腔连接。

所述气体弧光放电装置21至少为一个，也可以是多个，图中表示的是四个，考虑到被改性工件的均匀性，可以根据需要增加。位于真空腔体的一侧，与工件架31相互垂直；

辅助阳极3安装在气体弧光放电装置21的对侧；

所述第二电磁线圈26和第三电磁线圈32位于气体弧光放电装置21与辅助阳极3之间；

所述工件架31位于第二电磁线圈26和第三电磁线圈32之间，整个工件架31被包裹在第二电磁线圈26和第三电磁线圈32产生的磁场内；

通过这种设置，真空腔体内第二电磁线圈、第三电磁线圈与气体弧光放电装置中的第一电磁线圈产生的磁场耦合，通过调节三组电磁线圈的参数来控制整个真空腔体内的等离子体密度及能量。

本实用新型基于上述气体弧光放电装置与真空腔体结构，公开一种利用气体弧光放电等离子体渗氮的工艺方法，是一种利用气体弧光放电产生等离子体的装置与真空腔体轴向磁场耦合产生对材料或者机械零部件不锈钢进行渗氮的工艺方法。该方法主要通过向上述气体弧光放电装置及真空腔体的所有电源模块输送控制信号来控制等离子体的能量及密度。根据需要工作气体的类型及所要改性材料的属性，对各电源模块输送一定的信号，以达到最佳的表面改性效果。所述控制信号包括控制电源的电流方向、大小和波形。

本实用新型的气体弧光放电装置及真空腔体上的磁场结构与辅助阳极结构，放电过程中不会出现各电极之间发生击穿现象，并且金属筒15作为辅助阴极与热丝电极7(热阴极)并联，可以不断地输送电子，保证热电子发射稳定，从而能够保证弧光放电的稳定。气体弧光放电装置的各电极之间不会发生放电击穿现象，渗氮的效率会显著提升。

所述真空腔体内采用铠装加热器加热。

本申请提供的气体弧光放电装置中，在辅助阳极、所有电磁场的耦合作用下，弧光由金属筒15进入到真空腔体中，从而发生作用。

实施例3：本实用新型的气体弧光放电装置在产生弧光放电方面的实例。

按照本专利要求安装调试好弧光放电等离子体源装置，热丝选用钨丝。通过观察弧光放电的情况，检查弧光放电的稳定性，确定起弧过程是否安全可靠。

实验过程：首先将真空室抽至0.5×10^-4pa以下，然后向真空室通入氩气，调节质量流量控制器及插板阀，使真空室压力保持在0.8pa。开启热丝电源，此时其它电源处于待机状态。当热丝电流达到120a时，慢慢开启偏压电源，当等离子体源内有弧光出现后停止调节偏压电源，观察真空腔体中的放电情况，此时真空腔体内有少量的等离子体。在真空室压力为0.8pa时，弧光等离子体源可以稳定放电，保证稳定放电的时间在100小时以上，此时等离子体放电主要集中在等离子体源内部(图1中5所示位置)。

实施例4：本实用新型的气体弧光放电装置使用气体弧光放电装置上的第一电磁线圈模块16方面的实例。

在实施例1的基础上，对弧光放电离子源装置施加引出第一电磁线圈16，展示电磁线圈对气体弧光放电装置在产生的等离子体的影响。

实验过程：按照实施例1开启气体弧光放电装置，待气体弧光放电装置放电稳定后，观察腔体内的等离子体放电情况，然后开启引出电磁线圈，观察腔体内开启电磁线圈前后的放电状态图。可以看到腔体内等离子体放电明显增强；等离子体主要集中在弧光放电装置的出口处，腔体内有少量等离子体，而实施例1中的等离子主要集中在热丝弧光区5。

实施例5：本实用新型在气体弧光放电装置在耦合部真空腔体上的布置及腔体内部辅助阳极方面的实施例。

在实施例2的基础上，对真空腔体施加两组轴向电磁线圈第二电磁线圈26和第三电磁线圈32，如图2所示，两组电磁线圈安装在气体弧光放电装置与辅助阳极之间，分别靠近气体弧光放电装置及辅助阳极。两组电磁线圈展示轴向电磁线圈对真空腔体内等离子体输运过程的影响。并在腔体内部设置水冷辅助阳极如图2中3所示，安装在气体弧光放电装置的另一侧。并且辅助阳极与图1中的3为同一阳极。

实验过程：按照实施例1、2的顺序，开启离子源后，待弧光离子源放电稳定后，开启外加轴向电磁线圈(第二电磁线圈26和第三电磁线圈32)。在不同的磁场参数下对真空腔体内的等离子体进行等离子发射光谱诊断，从图3和图4的诊断结果可以发现，随着磁场强度的增加，等离子发射光谱的相对强度出现增加的趋势。

实施例6：本实用新型在气体弧光放电装置所加第一电磁线圈模块(图1中17)与真空腔体上两组电磁线圈模块(图2中26与32)耦合方面的实施例。

在实施例3的基础上，开启三组电磁场模块，并且通过电磁线圈模块供电电源(图1中17，图2中24、34)输出的电流信号的正负极，使三组电磁场的正负极耦合，并且使磁场耦合后的磁场方向在气体弧光放电装置的一侧为n极，在辅助阳极一侧的为s极。如图2中磁感线28所示。通过调节供电电源的电流大小及波形对耦合后的电磁场的强度的大小进行控制，使耦合后的磁场强度在0～160gs可调。

实施例7：本实用新型在等离子体渗氮方面的实施例。

利用本实用新型的气体弧光放电装置及真空腔体对奥氏体不锈钢进行了等离子体渗氮表面强化处理。

实验过程：工件经除油、研磨、镜面抛光、超声清洗等处理后，将其放置于腔体内带负偏压的工件架上，并且在工件架的不同高度处每间隔10mm放置一个工件，工件距离等离子体出口距离约270mm。对工件进行渗氮处理之前，首先将真空腔体的本底真空抽至0.5×10^-4pa。为了避免有氮化物析出而造成耐腐蚀性能的下降，且保证有一定的渗氮速率，奥氏体不锈钢渗氮处理的温度确定为400℃左右，渗氮实验开始前，预先将真空腔体内温度加热至380℃，然后通入氩气，腔体内压力控制在0.8pa，对试样施加-600v、占空60％、频率为42khz的脉冲负偏压，对工件进行等离子清洗。开启气体弧光放电装置后，通过轰击将腔体内温度加热到400℃。向真空腔体内通入工作气体氮气，使真空腔室内气压稳定在0.8pa，待气压稳定后调整腔体上两组磁场的耦合后的磁场强度，在不同的磁场强度下(0～120gs)对奥氏体不锈钢进行渗氮处理60min。

本工艺通过调节轴向磁场电磁线圈电源模块的信号参数，使轴向磁场与气体弧光放电装置的磁场耦合。通过耦合磁场调节腔体内等离子体密度与能量，以进行高效渗氮。可以选择不同的轴向磁场强度，与气体弧光放电装置源进行耦合，开展等离子体渗氮、表面强化处理研究与应用。

实验结束后，对采用本实用新型的渗氮效果做表征检测和对比分析。对比图5中a与b，可以看到表面形貌没有明显的变化。对施加耦合轴向磁场前后的渗氮试样进行xrd分析(如图6所示)，可以得到当磁场强度小于80gs时，渗氮层为单一的γn相；在磁场强度由0gs增加到80gs的过程中，工件渗氮层的γn峰的相对强度变大。渗氮效率是评定渗氮工艺的一项重要指标，对渗氮工件进行渗氮层深度检测(结果如图7中f所示)，可以看到：经磁场耦合后当磁场强度为80gs时渗氮效率提高到原先的6倍，在本实用新型中对不锈钢渗氮60min可以得到50μm无氮化物析出的渗氮层。而传统的活性屏等离子对不锈钢进行渗氮20h仅可以得到10μm无氮化物析出的渗氮层；空心阴极等离子渗氮1h仅可以得到12μm无氮化物析出的渗氮层。机械特性测试结果表明：利用气体弧光放电装置与腔体轴向磁场耦合技术，渗氮后不锈钢的显微硬度是未渗氮试样的5倍(如图8所示)，而渗氮试样的耐磨损性能与未渗氮试样相比较可以提高12倍(如图9所示)。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。