一种用于制备离子镀涂层的夹具的制作方法

本发明涉及一种夹具，具体是一种能够得到均匀厚度的离子镀涂层的夹具。

背景技术：

现代工业中使用的涂层制备方法种类很多，比如电镀、喷镀、化学镀等。其中，离子镀是最近几十年来发展起来的一种较新的真空镀膜技术，属于物理气相沉积的一种。我国的离子镀技术处于蓬勃发展的阶段，工艺日趋成熟，在各种形状的样品上制备涂层的工装夹具也得到了大量的关注和研究。

材料的力学性能是评价材料的基本参数，通过离子镀在材料表面所制备的涂层与基体之间为冶金结合，施加涂层后基材的力学性能会发生较大的变化，研究和掌握材料表面施加涂层后涂层对基材力学性能的影响规律，对于涂层在工业中的应用有着巨大的指导价值。棒状力学性能试样是检测材料力学性能常用的一种试样形状，如棒状静载拉伸试样、棒状疲劳试样等。在利用棒状试样进行涂层对基材力学性能影响的相关研究过程中，施加的涂层厚度是否均匀对于试验结果准确性会有较大影响。而且，利用离子镀制备涂层时，运行成本较高，因此，高效率的在棒状试样表面制备均匀涂层也是亟需解决的问题。

已有实用新型专利提供的一种用于电子束物理气相沉积制备涂层的夹具(专利号:cn204281853u)。该夹具通过卡头直接安装在设备的主轴上，随主轴一起旋转。棒状力学性能试样放置在夹具的套筒内，随着夹具的旋转，力学性能试样棒在重力的作用下在该夹具的套筒内发生自转，以在圆周方向形成均匀一致的涂层。该专利所设计夹具利用重力的作用下使得试样发生旋转的过程中，试样会与套筒的内壁发生碰撞，长时间运行，会对试样表面的光洁度产生较大的影响，而棒状力学性能试样中试样对于试样表面光洁度的要求非常高。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的不能保证试样表面涂层均匀度，或者影响试样表面光洁度的不足，本发明提出了一种用于制备离子镀涂层的夹具。

本发明包括固定支架、内齿圆环、5～8个自转小齿轮、5～8个试样主连接轴、5～8个试样支撑连接轴、连接套管、试样安装支架组件，其中，所述连接套管安装在用于实施离子镀的磁过滤离子镀装置的转动轴上。所述固定支架位于连接套管的一端，并将该固定支架的固定支架套管固定在所述磁过滤离子镀装置的端盖上。内齿圆环安装在该固定支架内端的内齿圆环安装面上。所述5～8个试样主连接轴和5～8个试样支撑连接轴分别安装在试样安装支架组件内端面和外端面的安装孔内，在各所述试样主连接轴的外圆周表面分别套装有主滑动轴承，通过位置固定挡圈限定该主滑动轴承的轴向位置，并使该试样主连接轴与位置固定挡圈之间紧密配合。在各所述试样支撑连接轴的外圆周表面套装有支撑滑动轴承。各所述试样主连接轴的夹持端分别与试样支撑连接轴的夹持端相对应。在各所述试样主连接轴的连接端上分别套装并固定有5～8个自转小齿轮和公转轨道位置固定挡圈，并使该公转轨道位置固定挡圈位于所述自转小齿轮与主滑动轴承之间。所述多个自转小齿轮分别与内齿圆环啮合。

所述试样支撑连接轴、试样主连接轴和自转小齿轮的数量相同。

所述固定支架由撑板、连接块、中板、斜撑板、固定支架套管和固定法兰盘焊接而成，所述固定支架套管位于该中板一个端面的中心，并通过斜撑板支撑。所述撑板为环形，通过连接块固定在该中板另一个端面的外缘处；所述连接块有多个，均布在该中板的端面的外缘处。

所述内齿圆环的外径与所述固定支架的外径相同，内径与由5～8个自转小齿轮外径组成的空间圆的外径相同。所述内齿圆环的端面上均布有内齿圆环固定螺母的安装孔。

所述试样主连接轴的一端为与自转小齿轮和公转轨道位置固定挡圈配合的连接端，另一端为试样夹持端。所述试样夹持端端面中心有用于夹持试样的盲孔。

所述试样支撑连接轴的一端为与试样安装支架组件配合的连接端，另一端为试样夹持端。所述试样支撑连接轴的试样夹持端的结构与试样主连接轴夹持端的结构相同。

所述试样安装支架组件包括第一面板、第一隔板、外管、中管、第二面板和第二隔板。所述第一面板和第二面板分别固定在外管的两端端面上。在所述外管两端的内圆周表面分别固定有第一隔板和第二隔板。中管位于外管内，并使该中管的两端分别固定在所述第一隔板的中心孔和第二隔板的中心孔内。在所述第一面板的外缘有用于安装主滑动轴承的安装孔；第二面板的外缘有用于安装支撑滑动轴承安装孔。

本发明能够在保证所制备硬质涂层均匀和试样表面粗糙度不受影响的前提下，提高试样的制备效率，节约靶材消耗，缩短试样的制备周期。

在工作时，本发明通过固定支架与离子镀装置固定连接，试样安装支架和自转回转体组件安装在离子镀装置的主轴上，随主轴一起旋转。同时，自转回转体在内齿圆环提供的轨道上依靠小齿轮与内齿的啮合进行自转，实现在试棒的整个圆周方向形成均匀一致的涂层。

为验证本发明的效果，对制作的棒状试样按照图9所示取样截面30进行线切割加工制样。对得到的样品进行电镜分析，在样品的截面圆周上，每间隔90°进行厚度检测，检测结果如图10所示。从图10中可以看出，利用本发明制备的棒状疲劳试样工作段中心位置的涂层厚度为1.12μm～1.15μm，所制备的厚度均匀，四个特征位置的涂层厚度之间的差别仅为几十个纳米。说明通过本实施例能够在棒状试样表面制备出具有均匀厚度的涂层。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果如下：

1、本发明中，试样安装支架在离子镀设备主轴旋转的驱动下随主轴同步转动。同时，安装在试样安装支架之上由试样主连接轴、试样和试样支撑连接轴组成的自转回转体，通过小齿轮和内齿圆环的啮合，使得自转回转体在绕主轴公转的同时发生自转。通过调整小齿轮和内齿圆环的齿数比，可以实现对自转回转体周期的控制。例如，当小齿轮和内齿圆环的齿数比为1:3时，主轴旋转一圈，自转回转体可旋转3圈。自转回转体的周期性转动，使得在试棒上沿圆周方向制备具有均匀厚度的涂层，提高了试验数据的可靠性。如图10所示，利用本工装制备的棒状试样中心位置的涂层厚度约为1.12μm～1.15μm，所制备的厚度较为均匀，四个检测位置的涂层厚度之间的差别在几十个纳米。说明本工装可以在棒状试样表面制备出具有良好均匀厚度的涂层。

2、本发明针对不同尺寸的力学性能测试棒状试样，位置固定挡圈、公转轨道位置固定挡圈、试样主连接轴的长度有多种尺寸规格，可进行更换调整，提高了夹具的可用范围。例如，棒状旋转弯曲疲劳试样，棒状拉拉疲劳试样和棒状拉伸试样的长度均有较大差别。hb5152中规定的旋转弯曲试样尺寸中长试样的尺寸为96mm、65mm、80m等，短试样尺寸为30mm、40mm等，hb5287中规定的拉拉疲劳试样的尺寸有70mm、100mm、130mm和150mm，而gb/t228中规定的拉伸试样尺寸也较为丰富。在对具有不同试样尺寸的棒状试样表面进行镀膜时，只需更换相应的固定挡圈、公转轨道位置固定挡圈或试样主连接轴即可利用同一固定支架进行镀膜。下面以120mm的拉伸试样和80mm的旋转弯曲试样之间的更换作为例子，对本有益效果进行说明。在利用本工装完成对120mm拉伸试样的镀膜工作后，只需将图11所示的用于120mm拉伸试样的公转轨道位置固定挡圈，替换为图12用于80mm的旋转弯曲试样的公转轨道位置固定挡圈即可。形状为u型槽的公转轨道位置固定挡圈，便于拆卸，对于提高生产效率是有益的。

3、本发明中，通过对本发明的试样安装支架组件的第一面板和第二面板对应孔数量同步更改，可一次在5组或更多的棒状试样上完成镀膜。例如，将图13所示的试样安装支架组件对图5进行替换，即可在一次镀膜生产中完成8个力学性能试棒的制备。有效提高了生产效率，降低了离子镀的运行时间，节约了大量成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中a-a向视图。

图3是内齿圆环的轴测图。

图4是固定支架的结构示意图，其中，图4a是主视图，图4b是侧视图。

图5是试样安装支架组件的结构示意图，其中，图5a是主视图，图5b是侧视图，图5c是轴测图。

图6是试样安装支架组件与主滑动轴承和支撑滑动轴承配合的主视图

图7是试样自转回转体的主视剖视图。

图8是试样自转回转体与试样安装支架的配合图。

图9是用于120mm拉伸试样的公转轨道固定挡圈的结构示意图，其中，图9a是主视图；图9b是侧视图。

图10是用于80mm旋转弯曲试样的公转轨道固定挡圈的结构示意图，其中，图10a是主视图；图10b是侧视图。。

图11是试样安装支架组件的结构示意图，其中，图11a是主视图；图11b是侧视图。

图12是棒状取样位置示意图。

图13是试样截面厚度示意图，其中，图13a是试样第一测量点的厚度；图13b是试样第二测量点的厚度；图13c是试样第三测量点的厚度；图13d是试样第四测量点的厚度。

图中：1.固定支架；2.内齿圆环；3.自转小齿轮；4.公转轨道位置固定挡圈；5.主滑动轴承；6.位置固定挡圈；7.试样主连接轴；8.试样支撑连接轴；9.支撑滑动轴承；10.连接螺栓；11.连接套管；12.齿轮紧固螺母；13.试样安装支架组件；14.试样紧固螺钉；15.固定螺母；16.内齿圆环固定螺母；17.撑板；18.连接块；19.中板；20.斜撑板；21.固定支架套管；22.固定法兰盘；23.第一隔板；24.第一面板；25.外管；26.第二隔板；27.第二面板；28.中管；29.试样护罩；30.镀膜厚度检测截面。

具体实施方式

本实施例是一种用于离子镀制备涂层的夹具，包括固定支架1、内齿圆环2、5～8个自转小齿轮3、5～8个试样主连接轴7、5～8个试样支撑连接轴8、连接套管11、试样安装支架组件13，其中，所述连接套管11安装在用于实施离子镀的磁过滤离子镀装置的转动轴上。所述固定支架1位于连接套管11的一端，并将该固定支架的固定支架套管21固定在所述磁过滤离子镀装置的端盖上。内齿圆环2安装在该固定支架内端的内齿圆环安装面上。所述多个试样主连接轴7和多个试样支撑连接轴8分别安装在试样安装支架组件13内端面和外端面的安装孔内，在各所述试样主连接轴的外圆周表面分别套装有主滑动轴承5，并通过位置固定挡圈6限定该主滑动轴承的轴向位置，并使该试样主连接轴与位置固定挡圈之间紧密配合。在各所述试样支撑连接轴的外圆周表面套装有支撑滑动轴承9。在安装各所述试样主连接轴7和各试样支撑连接轴8时，使该试样主连接轴的夹持端与试样支撑连接轴的夹持端相对应。在各所述试样主连接轴7的连接端上分别套装并固定有自转小齿轮3和公转轨道位置固定挡圈4，并使该公转轨道位置固定挡圈位于所述自转小齿轮与主滑动轴承5之间。所述多个自转小齿轮3分别与内齿圆环2啮合。

所述试样支撑连接轴8、试样主连接轴7和自转小齿轮3的数量相同，本实施例中均为5个。

所述试样主连接轴7、试样支撑连接轴8与自转小齿轮3共同组成自转回转体。该自转回转体安装在试样安装架组件13上，并通过调整位置固定挡圈6的位置，使自转回转体能够旋转自如，同时防止回转体在自转时发生轴向的位移。试样护罩29用以保护在棒状力学性能试样的两端不被镀膜。固定螺母15用于将试样安装支架和离子镀装置的轴固定。随后通过自转回转体的小齿轮与内齿圆环的配合，将试样安装支架组件和自转回转体组成的组合体与固定支架1装配在一起。

所述固定支架1由撑板17、连接块18、中板19、斜撑板20、固定支架套管21和固定法兰盘22焊接而成，其中中板19上开有减轻孔。固定支架套管21位于该中板19一个端面的中心，并通过斜撑板20支撑。所述撑板17为环形，通过连接块18固定在该中板另一个端面的外缘处；所述连接块18有多个，均布在该中板的端面的外缘处。

所述内齿圆环2的外径与所述固定支架1的外径相同，内径与由多个自转小齿轮3外径组成的空间圆的外径相同。所述内齿圆环2的端面上均布有内齿圆环固定螺母16的安装孔。

所述试样主连接轴7的一端为与自转小齿轮3和公转轨道位置固定挡圈4配合的连接端，另一端为试样夹持端。所述试样夹持端端面中心有用于夹持试样的盲孔。安装试样时，将试样端面的加持杆装入所述盲孔中，并通过紧固螺钉将所述试样加持杆固紧。

所述试样支撑连接轴8的一端为与试样安装支架组件13配合的连接端，另一端为试样夹持端。所述试样支撑连接轴的试样夹持端的结构与试样主连接轴7夹持端的结构相同。

为防护试样两端涂覆上涂层，在该试样的两端安装有防护套29。

所述试样安装支架组件13为中空回转体，主要由第一面板24、第一隔板23、外管25、中管28、第二面板27、第二隔板26焊接而成。所述第一面板24和第二面板27分别固定在外管25的两端端面上。在所述外管25两端的内圆周表面分别固定有第一隔板23和第二隔板26。中管28位于外管25内，并使该中管的两端分别固定在所述第一隔板的中心孔和第二隔板26的中心孔内。在所述第一面板的外缘有用于安装主滑动轴承5的安装孔；第二面板的外缘有用于安装支撑滑动轴承9安装孔。在该外管、第一隔板和第二隔板上均有减轻孔。本实施例中，第二隔板26的厚度小于第一面板24的厚度，以减轻结构重量。