[发明专利]一种电弧离子镀沉积高质量精密涂层的设备和方法

摘要

本发明提供了一种电弧离子镀沉积高质量精密涂层的设备和方法，属于金属材料表面改性技术领域。在增强磁过滤电弧离子镀设备基础上再同时设置并使用大面积气体离子源和热丝等离子体增强放电装置来提高设备功能；再在工件基体与表面涂层之间增加一层在腐蚀介质环境下耐腐蚀的特殊防护层，防护层材料依据配合金设计理论并进行实验验证来确定。中间防护层和最表面精密涂层均应用附带有大面积气体离子源和热丝等离子体增强放电的磁过滤电弧离子镀方法来制备，既能大幅度过滤减少大颗粒的尺度和数量，又能有效地消除涂层中的疏松和针孔等缺陷，大大提高涂层结合力和表面质量，被处理后的五金件可以满足在各种腐蚀性环境下长期使用的性能要求。

主权项

1.一种电弧离子镀沉积高质量精密涂层的方法，采用有热丝增强放电并辅以气体离子源增强溅射刻蚀的磁过滤电弧离子镀设备，该设备包括真空室(1)、真空系统(2)、工装台(3)、阴极弧源(4)、偏压电源(6)、阴极弧源电源(15)、送气控制器(16)、真空计量系统(17)、热丝(18)、热丝电源(19)、气体离子源(20)、气体离子源电源(21)、加热器(22)和加热器电源(23)；真空系统(2)、送气控制器(16)、真空计量系统(17)、热丝(18)、气体离子源(20)和加热器(22)分别与真空室(1)连接，工装台(3)与真空室(1)转动连接，偏压电源(6)与工装台(3)的转轴连接，阴极弧源电源(15)与阴极弧源(4)连接，阴极弧源(4)与真空室(1)连接，热丝电源(19)与热丝(18)连接，气体离子源电源(21)与气体离子源(20)连接，加热器电源(23)与加热器(22)连接；其中，阴极弧源(4)是由一级磁场线圈(8)、一级磁场线圈支撑圆筒(9)、二级磁场线圈(10)、二级磁场线圈支撑圆筒(11)和金属阴极靶(7)构成的双电磁场结构，一级磁场线圈支撑圆筒(9)与二级磁场线圈支撑圆筒(11)连接，二级磁场线圈支撑圆筒(11)与真空室(1)上的弧源法兰(12)连接，与金属阴极靶循环水管(13)连接的金属阴极靶(7)固定在与一级磁场线圈支撑圆筒(9)连接的后封法兰(14)上；一种电弧离子镀制备高质量精密涂层的方法，是在工件基材表面沉积耐腐蚀过渡层及表面精密涂层的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)在电弧离子镀设备真空室一侧安装热丝，另一侧安装气体离子源装置，在真空室内壁安装加热器，在多个阴极靶位上分别相间隔安装A类靶材和B类靶材；A类靶材为碳靶，B类靶材为合金靶；(2)将工件基材经超声清洗并烘干处理后，安放于电弧离子镀真空室的工装台上，关闭舱门后由真空系统将真空室真空抽到5×10‑3Pa以上，启动加热器使工件基材加热到200℃～350℃，之后充入氩气，氩气分压为0.4Pa～1.0Pa，加偏压为500V～1000V，引发辉光等离子体，再启动热丝装置进行等离子体放电增强，通入热丝的电流为3A～30A，热丝两端的电压为10V～50V，热丝偏压电源的偏压为10V～50V，进行工件基材表面等离子体增强的溅射清洗，时间为5min～30min；到时后停止热丝装置工作，降低氩气分压为0.1Pa～0.4Pa，启动气体离子源装置，调整离子束电流为1A～3A，进行工件基材表面离子溅射刻蚀和活化处理，时间为5min～20min；(3)到时后停止气体离子源装置工作，调整氩气分压为0.5Pa～2Pa，降低偏压为50V～200V，向B类靶材阴极弧源的一级磁场线圈中通入电流1.0A～5A、二级磁场线圈通入电流0.5A～3A，启动B类靶材电弧获得金属等离子体，电弧电流调整为40A～120A，进行耐腐蚀过渡层的沉积制备，时间为30min～180min；(4)到时后停止B类靶材电弧，再降低氩气分压为0.1Pa～0.4Pa，启动气体离子源装置，调整离子束电流为1A～3A，提高偏压为500V～1000V，进行耐腐蚀过渡层表面的离子溅射缺陷去除处理，时间为5min～20min；(5)到时后停止气体离子源装置工作，调整氩气分压为0.5Pa～2Pa，降低偏压为50V～200V，向A类靶材阴极弧源的一级磁场线圈中通入电流1.0A～5A、二级磁场线圈通入电流0.5A～3A，启动A类靶材电弧，电弧电流为60A～100A，再启动B类靶材电弧，电弧电流调整为0A～120A，送入反应气体氮气，氮气分压为0.4～1.0Pa，进行表面高性能精密涂层的沉积制备，时间为10min～90min；(6)到时后停止合金靶和碳靶电弧工作、卸偏压、停止供气、停止加热，经充分炉冷后即可取出已经表面改性处理好的工件基材。