一种射频等离子体氧化氮化设备的制作方法

本实用新型涉及一种表面改性设备，特别涉及一种射频等离子体氧化氮化设备。

背景技术：

在医疗器械、加工工具或者机械零部件的制造过程中，对其进行适当的氧化或氮化将能够大大提高产品的服役性能和使用寿命。

现有的渗氧、渗氮工艺和设备普遍存在以下几个问题：一、热处理工艺下的渗氧\渗氮设备，如真空渗氧\渗氮炉等设备需要在高温下进行，其耗费能量大，危险系数高；二、使用高浓度氧化剂的传统化学氧化设备，其常用的氧化剂为重铬酸钠，该化学物质具有较强的毒性，且化学废料较难处理，极易造成环境污染；三、传统的电解式渗氮工艺耗费时间长(通常为几十个小时)，生产效率低，生产成本高。

为此，我们提出一种射频等离子体氧化氮化设备。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种射频等离子体氧化氮化设备，便于将待处理的零部件表面进行氧化或氮化，处理后的零部件表面的氧化或氮化层分布均匀，而且该工艺类型属于低温表面改性方法，耗费能量较少，安全系数高，节能环保，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种射频等离子体氧化氮化设备，包括射频离子源、真空腔体、气路系统、水路系统和电控系统，所述射频离子源固定在真空腔体一端，射频离子源上设置进气口、进水口和出水口，射频离子源上设置射频线圈和磁场线圈，在真空腔体达到一定的真空度时，通入气体，启动射频离子源即可由射频离子源产生大量的射频等离子体，根据所通入的气体种类的不同可以产生氧离子或氮离子来进行氧化或氮化工艺；

所述气路系统包括气体管道、气体气瓶和质量流量控制器，所述射频离子源上的进气口通过气体管道连接至气体气瓶，在气体管道上接有质量流量控制器控制气体流量；

所述水路系统包括水循环系统和导水管，进水口和出水口通过导水管接通水循环系统对射频离子源进行冷却。

所述射频离子源的等离子体在放电腔内由射频线圈以辉光放电形式所激发产生，磁场线圈对其放电质量进行调控，石英管有绝缘保护作用。

优选的，所述水路系统设置在包含射频离子源的真空腔体的一侧；所述电控系统设置在所述水路系统的另一侧，将电控系统、水路系统和射频离子源划分成独立的区域，避免相互干扰。

进一步地，所述真空腔体上接有机械泵和分子泵对其抽真空，以使射频离子源达到所需的工作压力。

进一步地，所述水循环系统包括热交换器。

进一步地，所述真空腔体内装有放置待处理零部件的基片架、以及基片架连接杆和基片架连接底座，基片架上开有置片孔和基片架连接孔，待处理零部件根据其尺寸放置于基片架的置片孔上；基片架连接杆一端穿过基片架连接孔与基片架固定，基片架连接杆另一端固定在基片架连接座上，基片架连接底座固定在真空腔体侧壁上，基片架通过穿过基片架连接杆和基片架连接底座连接和固定在真空腔体上。

进一步地，所述电控系统包括分子泵控制电源、射频控制电源、总控制电源、流量计、压力计和直流磁场控制电源；总控制电源将380v的三相电转为220v的电源供给所需用电设备；直流磁场电源与磁场线圈连接，用于通过调节磁场线圈调节直流磁场强度；压力计连接至真空腔体用于监控测量真空腔体内真空度；流量计连接至进气口上的气体管道，用于控制通入气体流量；射频电源连接至射频线圈，以耦合放电的形式将能量输入射频线圈；分子泵电源连接至分子泵，用于分子泵的启停。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、通过以腔体为中心将各个分系统的组合连接以及腔体的设计，便于参数的控制，能够有效地针对各种零部件的处理，便于放置待处理零部件，能够用于若干个零部件的同时处理，提供了便于操作的设备界面，能够让操作人员一目了然，操作过程非常方便。

2、通过射频电感耦合所产生的高密度低能量的射频等离子体，能够在低温低压环境下稳定维持其放电状态，产生的等离子体全方位地渗透入待处理零部件上以实现均匀的氧化或氮化。

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为本实用新型提供的一种射频等离子体氧化氮化设备的整体结构示意图。

图2为本实用新型提供的一种射频等离子体氧化氮化设备的射频离子源结构示意图。

图3为本实用新型提供的一种射频等离子体氧化氮化设备的基片架示意图。

图4为本实用新型提供的一种射频等离子体氧化氮化设备的射频离子源和基片架在腔体上的安装位置示意图。

其中：1、射频离子源；2、真空腔体；3、分子泵；4、水路系统；5、质量流量控制器；6、电控系统；7、分子泵控制电源；8、射频控制电源；9、总控制电源；10、流量计；11、压力计；12、直流磁场控制电源；13、进气口；14、进水口；15、出水口；16、磁场线圈；17、射频线圈；18、石英管；19、基片架；20、置片孔；21、基片架连接孔。

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。

如图1和图2所示，其中图2为图1左侧角度的射频离子源结构视图，一种射频等离子体氧化氮化设备，包括射频离子源1、真空腔体2、水路系统4、气路系统和电控系统6，所述射频离子源1固定在真空腔体2一端，且射频离子源1上设有进气口13、进水口14和出水口15，所述射频离子源1上还设置射频线圈17和磁场线圈16，当真空腔体2达到一定的真空度的时候，通过进气口13通入气体并且打开射频电源8启动射频离子源1即可由射频离子源1产生大量的射频等离子体；

所述水路系统4设置在包含射频离子源1的真空腔体2的一侧；所述电控系统6设置在所述水路系统4的另一侧，将电控系统6、水路系统4和射频离子源1划分成独立的区域，避免相互干扰。

其中，所述射频离子源的等离子体在放电腔内由射频线圈17以耦合放电的形式所激发产生，磁场线圈16对放电质量进行调控，石英管18有绝缘保护作用。

所述气路系统包括气体管道、气体气瓶和质量流量控制器5，所述射频离子源1上的进气口13通过气体管道连接至气体气瓶，在气体管道上接有质量流量控制器5控制气体流量；

所述水路系统4包括水循环系统和导水管，进水口14和出水口15通过导水管接通水循环系统对射频离子源1进行冷却。

所使用的水循环系统为常用的通过热量交换进行水冷却的装置，包括热交换器，出水口15和导水管从射频离子源1导出的高温水流过水循环系统冷却降温，再经由导水管从进水口14流入射频离子源1中，实现水体的循环利用。

所述真空腔体2上接有机械泵和分子泵3对其抽真空，以使射频离子源1达到所需的工作压力，一般工作压力为0.01-10.0pa范围内；如图3和图4所示，图4为图2俯视角度的射频离子源和真空腔体结构示意图，真空腔体2内装有放置待处理零部件的基片架19、以及基片架连接杆和基片架连接底座，基片架19上开有置片孔20和基片架连接孔21，待处理零部件根据其尺寸放置于基片架的置片孔20上，基片架连接杆一端穿过基片架连接孔21与基片架固定，基片架连接杆另一端固定在基片架连接座上，基片架连接底座固定在真空腔体2侧壁上，基片架通过穿过基片架连接杆和基片架连接底座连接和固定在真空腔体2上。

所述电控系统6包括分子泵控制电源7、射频控制电源8、总控制电源9、流量计10、压力计11和直流磁场控制电源12。

其中，所述电控系统6的总控制电源9将380v的三相电转为220v的电源供给所需用电设备，直流磁场电源12与磁场线圈16连接，用于通过调节磁场线圈16调节直流磁场强度；压力计11连接至真空腔体12用于监控测量真空腔体2内真空度；流量计10连接至进气口13上的气体管道，用于控制通入气体流量，射频电源8连接至射频线圈17以耦合放电的形式将能量输入射频线圈17，分子泵电源7连接至分子泵3用于分子泵的启停。

需要说明的是，本实用新型为一种射频等离子体氧化氮化设备，工作时，首先打开真空腔体2门，将待处理零部件装在基片架19上后关闭真空腔体门，打开水循环，冷却水通过水路系统4由进水口14流入射频离子源1，经过内部循环后由出水口15流出带走工作热量，打开总电源9及磁场电源12、流量计10、射频电源8和分子泵电源7等控制电源，打开压力计11以便随时监控和测量真空腔体2真空度，打开机械泵将气压抽到10pa以下后启动分子泵3，待分子泵满转后一直将气压抽至1.0×10^-3pa以内，打开气瓶和气体流量控制计，最后打开射频控制电源开关，调节流量计10待气体积累到一定量时打开气体气瓶上的气体总控制阀，查看放电成功后即可进行所需的渗氧渗氮处理。

其中水路系统和气路系统的排布根据具体的使用环境来设计。

由于本申请提供的射频等离子体氧化氮化设备可降低了运行温度，要求的运行温度在100-200℃范围内，对比背景技术中热处理工艺需要几千度的高温条件，本技术运行成本低、安全可靠，并且应用常规的水循环冷却即可实现射频离子源内热量的排出。

不使用高浓度氧化剂，避免了污染问题；氧化氮化过程一般在0.5～4小时，大大缩减了氧化氮化时间，生产效率高。

基片架中工件的安置方式仅是作为一个典型的实施例进行距离，对于不同的工件可以采用其他机械领域常用的方式进行固定，本实施例提供的技术并不用于限定其固定方式。

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。