专利名称：移动式弧光放电离子镀膜设备及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及离子镀膜设备领域，具体为一种移动式弧光放电离子镀膜设备及其应用，可应用到飞机大型构件的功能化处理，也可推广应用到航天飞行器、大型客货船、军舰、 快速列车、大型机械装备、大型桥梁、大型发电机组、核电站等大型或重型器件的表面耐磨、 耐蚀以及各种功能性镀膜处理。
背景技术：
目前，普遍使用的固定式离子镀膜机一般只能对那些直接可以安装到真空室内的部件进行镀膜处理。对于那些无法装入镀膜设备真空室内的大型部件、不能或不宜拆卸搬运器件局部镀膜处理无法实现。另外，有些部件虽然可以拆卸搬运，但是由于拆装和往复搬运将浪费许多时间，影响生产周期，给实际生产带来许多不必要的经济损失。
发明内容
为了解决那些无法或不便装入镀膜设备真空室内的大型部件、不能或不宜拆卸搬运器件的局部镀膜处理，尽量减少由于拆装和往复搬运所引起的浪费时间，影响生产周期并给实际生产带来的不必要的经济损失等问题。本发明提供一种移动式弧光放电离子镀膜设备。该设备不仅可以沉积单质金属膜、合金膜，而且还可以沉积各类化合物膜。本发明的技术方案是一种移动式弧光放电离子镀膜设备，该设备设有真空腔体、真空机组、蒸发源、电源控制单元、温度监测单元、复合真空计，抽气机组的抽气口与真空腔体的排气口相连接， 蒸发源电源控制单元的正极和负极分别连接于真空腔体的外壳和蒸发源的靶材上；偏压电源的正极和负极分别连接于真空腔体的外壳和被镀工件上；复合真空计的高、低真空规探头分别与安装在真空腔体底部的离子真空规管和热阻规管相连接；温度监测单元与安装在真空腔体底部的热电偶相连接。所述的移动式弧光放电离子镀膜设备，真空腔体的下部安装有平衡支柱。所述的移动式弧光放电离子镀膜设备，真空腔体材料为不锈钢，真空腔体壁厚为 8 10毫米，真空腔体内径为0 300 400毫米，真空腔体高度为200 300毫米。所述的移动式弧光放电离子镀膜设备，真空腔体设有排气口、窥视孔、冷却水管、 工作气体导入口、热电偶导入口、蒸发源安装法兰、真空规管安装孔，真空腔体的两侧分别开有排气口、窥视孔，真空腔体的侧壁为双层结构，所述双层结构之间设有冷却水管，真空腔体底部开有工作气体导入口、热电偶导入口和真空规管安装孔，真空腔体设有蒸发源安装法兰。所述的移动式弧光放电离子镀膜设备，真空机组设有机械泵、扩散泵、扩散泵阀、 初级阀、次级阀、过渡连接弯管、真空室放气阀、泵口电磁充气阀、真空规管安装孔，泵口电磁充气阀与机械泵泵口直接相连，机械泵泵口电磁充气阀通过连接管分别与扩散泵阀和初级阀相连接，真空规管安装孔置于与扩散泵阀连接的连接管圆周上，初级阀通过连接管与过渡连接弯管相连，扩散泵阀通过连接管与扩散泵的排气口相连，次级阀的一端与扩散泵的抽气口直连、次级阀的另一端与过渡连接弯管的一端相连，真空室放气阀安装在过渡连接弯管的圆周上。所述的移动式弧光放电离子镀膜设备，蒸发源设有蒸发源安装法兰、弧源绝缘件、 弧源紧固件、弧源导管、弧源端盖、冷却水导入管、冷却水导入管紧固件、引弧针、弧源磁铁组件、靶材、屏蔽罩，屏蔽罩绝缘件固定在蒸发源安装法兰内侧，并与靶材圆周保持间隙；靶材通过螺纹与弧源导管相互连接，弧源导管一端通过密封圈与靶材密封；弧源导管穿过蒸发源安装法兰中孔，弧源导管与蒸发源安装法兰之间安装绝缘垫保持绝缘；弧源导管外设置弧源绝缘件，弧源绝缘件的另一端通过与弧源导管螺纹连接的弧源紧固件压紧，弧源紧固件通过螺纹把弧源导管和靶材固定在蒸发源安装法兰上；弧源端盖通过螺纹拧紧在弧源导管的另一端，弧源导管的尾部通过密封圈与弧源端盖密封；弧源磁铁组件通过螺纹安装在冷却水导入管的一端，冷却水导入管穿越弧源端盖的中孔，通过冷却水导入管紧固件螺纹连接在弧源端盖上，弧源磁铁组件通过置于冷却水导入管的一端并紧套在冷却水导入管圆周上的密封圈达到液体密封；引弧针安装在蒸发源安装法兰上，引弧针的头部与靶材表面保持1.5 2毫米的距离。所述的移动式弧光放电离子镀膜设备，还设有压盖，压盖设于弧源绝缘件一端的台肩上，使弧源绝缘件固定于蒸发源安装法兰外侧。所述的移动式弧光放电离子镀膜设备的应用，该设备应用到飞机大型构件的功能化处理，或者推广应用到航天飞行器、大型客货船、军舰、快速列车、大型机械装备、大型桥梁、大型发电机组或核电站的表面耐磨、耐蚀或各种功能性镀膜处理。本发明的优点及有益效果是1、本发明移动式弧光放电离子镀膜设备，该设备重量轻、体积小，便于搬运。2、本发明不仅可以实现对于那些无法装入镀膜设备真空室内的大型部件进行局部镀膜处理，而且还可以将设备搬运到现场对那些不能或不宜拆卸搬运器件进行局部镀膜处理，尽量减少由于拆装和往复搬运所引起的浪费时间，影响生产周期并给实际生产带来的不必要的经济损失。3、本发明操作比较简单，设备可以在360度圆周内每隔45度灵活转动，便于对那些无法拆卸部件的适配。4、本发明设备功率比较小(低于6KW)，几乎是有380伏动力电源的地方就可以原地对部件进行镀膜处理。5、本发明投入成本低，占地面积小，无污染。
图1移动式弧光放电离子镀膜设备结构原理示意图。图中，1、真空腔体；2、真空机组；3、蒸发源；4、电源控制单元；5、平衡支柱；6、温度监测单元；7、复合真空计；8、偏压电源。图2真空腔体示意图。图中，11、排气口 ；12、窥视孔；13、冷却水管；14、工作气体导入口 ；15、热电偶导入
口 ；16、蒸发源安装法兰；17、真空规管安装孔。
图3真空机组示意图。图中，21、机械泵；22、电磁充气阀；23、扩散泵阀；24、真空规管安装孔；25、初级阀；26、过渡连接弯管；27、放气阀；28、次级阀；29、扩散泵。图4蒸发源的组装示意图。图中，301、蒸发源安装法兰；302、弧源绝缘件(聚四氟乙烯)；303、弧源紧固件； 304、弧源导管；305、弧源端盖；306、冷却水导入管；307、冷却水导入管紧固件；308、压盖； 309、引弧针；310、弧源磁铁组件；311、靶材；312、屏蔽罩。图5大型板材用密封过渡接头。图6大型圆柱体用密封过渡接头。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图1所示，本发明移动式弧光放电离子镀膜设备，主要包括真空腔体1、真空机组2、蒸发源3、电源控制单元4、平衡支柱5、温度监测单元6、复合真空计7、偏压电源8等。 具体结构如下抽气机组2的抽气口与真空腔体1的排气口相连接，镀膜真空室开口方向可根据实际需求，通过连接法兰上的8个螺栓间隔45度沿圆周旋转；蒸发源电源控制单元4的正极和负极分别连接于真空腔体1的外壳和蒸发源3的靶材上；偏压电源8的正极和负极分别连接于真空腔体1的外壳和被镀工件上；复合真空计7的高、低真空规探头分别与安装在真空腔体1底部的离子真空规管和热阻规管相连接；温度监测单元6与安装在真空腔体1 底部的热电偶相连接；平衡支柱5安装于真空腔体1的下部，以保持镀膜系统整体的平衡。如图2所示，本发明中的真空腔体材料为不锈钢，腔体壁厚为8 10毫米，腔体内径为Φ 300 400毫米，腔体高度为200 300毫米。本实施例中，真空腔体1材料为2Crl3 不锈钢，真空腔体1壁厚为10毫米，真空腔体1内径为C 360毫米，真空腔体1高度为300 毫米。主要包括排气口 11、窥视孔12、冷却水管13、工作气体导入口 14、热电偶导入口 15、 蒸发源安装法兰16、真空规管安装孔17等，其具体结构如下真空腔体1的两侧分别开有排气口 11、窥视孔12，真空腔体1的侧壁为双层结构， 所述双层结构之间设有冷却水管13，真空腔体1底部开有工作气体导入口 14、热电偶导入口 15和真空规管安装孔17，真空腔体1设有蒸发源安装法兰16。如图3所示，真空机组由4升/秒的机械泵21、泵口直径为100毫米的扩散泵29、 真空阀门(扩散泵阀23、初级阀25、次级阀28)、过渡连接弯管沈、真空室放气阀27、泵口电磁充气阀22、真空规管安装孔M以及连接管等构成，具体结构如下泵口电磁充气阀22与机械泵21泵口直接相连，机械泵泵口电磁充气阀22通过连接管分别与扩散泵阀23和初级阀25相连接，真空规管安装孔M置于与扩散泵阀23连接的连接管圆周上，初级阀25通过连接管与过渡连接弯管沈相连，扩散泵阀23通过连接管与扩散泵四的排气口相连，次级阀观的一端与扩散泵四的抽气口直连、次级阀观的另一端与过渡连接弯管沈的一端相连，真空室放气阀27安装在过渡连接弯管四的圆周上。如图4所示，本实施例中的蒸发源由蒸发源安装法兰301、弧源绝缘件302、弧源紧固件303、弧源导管304、弧源端盖305、冷却水导入管306、冷却水导入管紧固件307、压盖308、引弧针309、弧源磁铁组件310、靶材311、屏蔽罩312等构成。其具体结构如下屏蔽罩312通过四个绝缘件固定在蒸发源安装法兰301内侧，并与靶材311圆周保持约1毫米的等距；靶材311通过螺纹与弧源导管304相互连接，弧源导管304 —端 (前部)通过密封圈与靶材311密封；弧源导管304穿过蒸发源安装法兰301中孔，弧源导管304与蒸发源安装法兰301之间安装绝缘垫保持绝缘，弧源导管304外设置弧源绝缘件 302，压盖308压设于弧源绝缘件302 —端的台肩上，使弧源绝缘件302固定于蒸发源安装法兰301外侧，弧源绝缘件302的另一端通过与弧源导管304螺纹连接的弧源紧固件303 压紧，利用弧源紧固件303通过螺纹把弧源导管304和靶材311固定在蒸发源安装法兰301 上；将弧源端盖305通过螺纹拧紧在弧源导管304的另一端(尾部)，弧源导管304的尾部通过密封圈与弧源端盖305密封；弧源磁铁组件310通过螺纹安装在冷却水导入管306的一端(前端)，冷却水导入管306穿越弧源端盖305的中孔，通过冷却水导入管紧固件307 螺纹连接在弧源端盖305上，弧源磁铁组件310通过置于冷却水导入管306的一端(前端) 并紧套在冷却水导入管306圆周上的密封圈达到液体密封；引弧针309安装在蒸发源安装法兰301上，引弧针309的头部与靶材表面保持1. 5 2毫米的距离。本发明的工作过程如下首先，启动机械泵21，打开扩散泵阀23将扩散腔体内压力抽至5 以下，然后给扩散泵四通冷却水并加热，加热40分钟后关扩散泵阀23，开初级阀25将真空腔体内压力抽到5 后，关初级阀25，开扩散泵阀23，开次级阀观，将真空腔体内压力抽到0. OlPa以后， 给真空腔体1和蒸发源靶材311通冷却水，接通偏压电源并调整到0 200伏，通入高纯氩气使得真空室内压力至约0. 6Pa，启动引弧针309引弧，调整蒸发源电流到约50 100安， 镀膜至所需时间。对于大型平板状器件局部需要镀膜处理时，真空室开口端与镀件之间的密封过渡接头如图5所示，所用材料为聚四氟乙烯，其形状为一外径400毫米、内径360毫米、厚度10 毫米的圆环。以镀膜部位为中心，将密封过渡接头的一面用704硅橡胶(胶黏剂)与板材粘结在一起，在20°C左右的室温、空气中放置1小时后即可将密封过渡接头的另一面与真空室开口端的密封圈相适配，然后使得密封圈与过渡接头的接触平面完全贴紧即可开始抽真空并进行镀膜处理。当大型圆柱体器件局部需要镀膜处理时，真空室开口端与镀件之间的密封过渡接头如图6所示，所用材料为聚四氟乙烯，其形状为外径420毫米、内径360毫米、高度300毫米的圆柱体(环)，圆柱体一端加工成密封平面，另一端加工成弧面，该弧面半径与需要镀膜的圆柱体器件侧面相适配。以镀膜部位为中心，将密封过渡接头的圆柱面用704硅橡胶 (胶黏剂)与圆柱体器件的适配面粘结在一起，在20°C左右的室温、空气中放置1小时后即可将密封过渡接头的平面与真空室开口端的密封圈相适配，使得密封圈与过渡接头的接触平面完全贴紧即可开始抽真空并进行镀膜处理。本发明的移动式弧光放电离子镀系统的体积小于1.2米XI. 2米XI. 5米，重量低于600公斤，极限真空为3 X 10_3Pa，最大运行功率低于6KW，连续镀膜时间可达120小时， 镀膜真空室开口方向可根据实际需求，间隔45度进行左右旋转，真空室开口端与镀件之间的密封需根据镀膜部位的实际形状加工过渡接头来连接和密封。本发明通过小型货车载运到实际需要镀膜处理部件的现场，解决那些无法或不便装入镀膜设备真空室内的大型部件、不能或不宜拆卸搬运器件的局部镀膜处理，可应用到飞机大型构件的功能化处理，也可推广应用到航天飞行器、大型客货船、军舰、快速列车、大型机械装备、大型桥梁、大型发电机组、核电站等大型或重型器件的表面耐磨、耐蚀以及各种功能性镀膜处理。
权利要求
1.一种移动式弧光放电离子镀膜设备，其特征在于该设备设有真空腔体、真空机组、 蒸发源、电源控制单元、温度监测单元、复合真空计，抽气机组的抽气口与真空腔体的排气口相连接，蒸发源电源控制单元的正极和负极分别连接于真空腔体的外壳和蒸发源的靶材上；偏压电源的正极和负极分别连接于真空腔体的外壳和被镀工件上；复合真空计的高、 低真空规探头分别与安装在真空腔体底部的离子真空规管和热阻规管相连接；温度监测单元与安装在真空腔体底部的热电偶相连接。
2.按照权利要求1所述的移动式弧光放电离子镀膜设备，其特征在于真空腔体的下部安装有平衡支柱。
3.按照权利要求1所述的移动式弧光放电离子镀膜设备，其特征在于真空腔体材料为不锈钢，真空腔体壁厚为8 10毫米，真空腔体内径为C 300 400毫米，真空腔体高度为200 300毫米。
4.按照权利要求1所述的移动式弧光放电离子镀膜设备，其特征在于真空腔体设有排气口、窥视孔、冷却水管、工作气体导入口、热电偶导入口、蒸发源安装法兰、真空规管安装孔，真空腔体的两侧分别开有排气口、窥视孔，真空腔体的侧壁为双层结构，所述双层结构之间设有冷却水管，真空腔体底部开有工作气体导入口、热电偶导入口和真空规管安装孔，真空腔体设有蒸发源安装法兰。
5.按照权利要求1所述的移动式弧光放电离子镀膜设备，其特征在于真空机组设有机械泵、扩散泵、扩散泵阀、初级阀、次级阀、过渡连接弯管、真空室放气阀、泵口电磁充气阀、真空规管安装孔，泵口电磁充气阀与机械泵泵口直接相连，机械泵泵口电磁充气阀通过连接管分别与扩散泵阀和初级阀相连接，真空规管安装孔置于与扩散泵阀连接的连接管圆周上，初级阀通过连接管与过渡连接弯管相连，扩散泵阀通过连接管与扩散泵的排气口相连，次级阀的一端与扩散泵的抽气口直连、次级阀的另一端与过渡连接弯管的一端相连，真空室放气阀安装在过渡连接弯管的圆周上。
6.按照权利要求1所述的移动式弧光放电离子镀膜设备，其特征在于蒸发源设有蒸发源安装法兰、弧源绝缘件、弧源紧固件、弧源导管、弧源端盖、冷却水导入管、冷却水导入管紧固件、引弧针、弧源磁铁组件、靶材、屏蔽罩，屏蔽罩绝缘件固定在蒸发源安装法兰内侧，并与靶材圆周保持间隙；靶材通过螺纹与弧源导管相互连接，弧源导管一端通过密封圈与靶材密封；弧源导管穿过蒸发源安装法兰中孔，弧源导管与蒸发源安装法兰之间安装绝缘垫保持绝缘；弧源导管外设置弧源绝缘件，弧源绝缘件的另一端通过与弧源导管螺纹连接的弧源紧固件压紧，弧源紧固件通过螺纹把弧源导管和靶材固定在蒸发源安装法兰上； 弧源端盖通过螺纹拧紧在弧源导管的另一端，弧源导管的尾部通过密封圈与弧源端盖密封；弧源磁铁组件通过螺纹安装在冷却水导入管的一端，冷却水导入管穿越弧源端盖的中孔，通过冷却水导入管紧固件螺纹连接在弧源端盖上，弧源磁铁组件通过置于冷却水导入管的一端并紧套在冷却水导入管圆周上的密封圈达到液体密封；引弧针安装在蒸发源安装法兰上，引弧针的头部与靶材表面保持1. 5 2毫米的距离。
7.按照权利要求6所述的移动式弧光放电离子镀膜设备，其特征在于还设有压盖，压盖设于弧源绝缘件一端的台肩上，使弧源绝缘件固定于蒸发源安装法兰外侧。
8.按照权利要求1所述的移动式弧光放电离子镀膜设备的应用，其特征在于该设备应用到飞机大型构件的功能化处理，或者推广应用到航天飞行器、大型客货船、军舰、快速列车、大型机械装备、大型桥梁、大型发电机组或核电站的表面耐磨、耐蚀或各种功能性镀膜处理。
全文摘要
本发明涉及离子镀膜设备领域，具体为一种移动式弧光放电离子镀膜设备及其应用，可应用到飞机大型构件的功能化处理，也可推广应用到航天飞行器、大型客货船等大型或重型器件的表面耐磨、耐蚀以及各种功能性镀膜处理。抽气机组的抽气口与真空腔体的排气口相连接，蒸发源电源控制单元的正极和负极分别连接于真空腔体的外壳和蒸发源的靶材上；偏压电源的正极和负极分别连接于真空腔体的外壳和被镀工件上；复合真空计的高、低真空规探头分别与安装在真空腔体底部的离子真空规管和热阻规管相连接；温度监测单元与安装在真空腔体底部的热电偶相连接。本发明解决不便装入镀膜设备真空室内的大型部件、不宜拆卸搬运器件的局部镀膜处理等问题。
文档编号C23C14/24GK102312196SQ20101021951
公开日2012年1月11日 申请日期2010年7月7日 优先权日2010年7月7日
发明者于志明, 何宇廷, 崔荣洪, 牛云松 申请人:中国科学院金属研究所