CN105734514A - 一种利用金属靶材在带孔金属产品上镀黑色涂层的磁控溅射装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用金属靶材在带孔金属产品上镀黑色涂层的磁控溅射装置，它包括炉体（1）、转架（2）、安装于炉体（1）顶部的顶盖（3）、安装于炉体（1）上的封闭门以及设置于炉体（1）外部的电机（4）、抽真空装置（5）、负电源（6）和电源（7），顶盖（3）的上表面经转轴旋转安装有大齿轮（8），电机（4）的输出端与大齿轮（8）的转轴连接，抽真空装置（5）的工作端与炉体（1）的内部连通。本发明的有益效果是：现了带孔金属产品的快速安装、方便安装和卸下夹具、提高产品的抗腐蚀、耐磨防划以及耐人工汗的利用金属靶材在带孔金属产品上镀黑色涂层。

Description

一种利用金属靶材在带孔金属产品上镀黑色涂层的磁控溅射装置及其方法

技术领域

本发明涉及刀具镀膜的技术领域，特别是一种利用金属靶材在带孔金属产品上镀黑色涂层的磁控溅射装置及其方法。

背景技术

真空镀膜是在真空中把将钛、碳化钨、金之类的金属材料溅射蒸发等技术，在基材上形成薄膜的一种金属表面处理过程。真空镀膜与传统化学镀膜方法相比有很多优点：如对环境无污染，是绿色环保工艺，对操作者无伤害，镀层牢固和膜层致密性好，膜厚均匀，膜层抗腐蚀性强，价廉物美。而化学镀膜，膜层牢固性，耐磨性，均匀性都不理想，并且对环境有污染，同时操作者有伤害。在刀具表面上镀金属膜能够降低摩擦系数，提高硬度，耐磨度，耐高温，耐腐蚀，提高抗氧化性，防指纹等。在装饰品上镀黑色涂层能够提高硬度、耐磨度、抗腐蚀和美化，直接提升耐盐雾、耐人工汗、耐磨防划等方面的参数。然而现有的磁控溅射设备结构复杂、安装夹具和带孔金属产品非常困难，降低了镀膜效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种实现了带孔金属产品的快速安装、方便安装和卸下夹具、提高产品的抗腐蚀、耐磨防划以及耐人工汗的利用金属靶材在带孔金属产品上镀黑色涂层的磁控溅射装置及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种利用金属靶材在带孔金属产品上镀黑色涂层的磁控溅射装置，它包括炉体、转架、安装于炉体顶部的顶盖、安装于炉体上的封闭门以及设置于炉体外部的电机、抽真空装置、负电源和电源，顶盖的上表面经转轴旋转安装有大齿轮，电机的输出端与大齿轮的转轴连接，抽真空装置的工作端与炉体的内部连通，所述的炉体的侧壁上设置有连通炉体的进气管A和进气管B，炉体内设置有两个隔热装置，两个隔热装置均由螺纹杆和隔热钢板组成，螺纹杆设置于炉体的内壁上，螺纹杆上设置有多个隔热钢板，所述的炉体内还设置有升温装置、温度传感器、管靶材A和管靶材B，管靶材A和管靶材B的结构相同且均由不锈钢管、进水管、出水管以及喷涂于不锈钢管外表面的金属层组成，不锈钢管的上下端分别设置有上堵塞和下堵塞，进水管旋转安装于顶盖上，进水管的下端部贯穿上堵塞且伸入不锈钢管内，进水管的下端部设置有多个出水小孔，进水管的上端部设置安装有小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合，出水管的下端部贯穿上堵塞设置，出水管的上端部设置于炉体的外部，所述的电源的正极与管靶材B的金属层电连接，电源的负极与管靶材A的金属层电连接；

所述的转架设置于炉体内且位于管靶材A和管靶材B之间，转架与负电源通过导线连接，转架由转盘、拉杆、挂钩、支撑盘和主轴组成，主轴与大齿轮的转轴连接，转盘安装于主轴上，支撑盘设置于转盘的下方，支撑盘上设置有多个通孔，支撑盘与转盘之间设置有多根拉杆，转盘的下表面设置有多个挂钩；

所述的夹具包括立杆和安装盘，立杆上且沿立杆的长度方向上间隔设置有多个安装盘，安装盘由圆盘、弯折板、环形圈以及呈三角形状的尖头组成，立杆贯穿圆盘设置，圆盘设置于环形圈的中部，圆盘与环形圈之间设置有多个连接板，环形圈的外边缘上且以立杆为圆形均匀分布有多个弯折板，弯折板上设置有尖头，尖头与环形圈呈夹角设置，立杆的上端部设置有插销，插销悬挂于挂钩上，立杆的下端部还设置有外螺纹，外螺纹上连接有多个螺母，立杆的底端部设置有固定轴，固定轴插装于通孔内。

它还包括PLC控制器，所述的PLC控制器与抽真空装置、负电源、电源、升温装置和温度传感器连接。

所述的上堵塞上设置有两根出水管。

所述的不锈钢管垂向设置。

所述的磁控溅射装置在带孔金属产品上镀黑色涂层的方法，它包括以下步骤：

S1、将带孔金属产品上的孔直接套在尖头上，从而使带孔金属产品悬挂于夹具上，实现了带孔金属产品的工装；

S2、夹具的工装，当每个尖头上均安装有待镀带孔金属产品后，先将插销悬挂于挂钩上，再将固定轴插装于通孔内，从而实现了夹具的工装；

S3、关闭封闭门；利用抽真空装置使炉体真空度为0~900bar；利用升温装置使炉体内部温度达到260~300℃；打开电源，电源使管靶材A的金属层带负电，且电源使管靶材B的金属层带正电，管靶材A与管靶材B之间形成电场；打开负电源，负电源使转架上的带孔金属产品带负电；向进水管内通入冷却水，冷却水经出水小孔进入不锈钢管内，冷却水降低不锈钢管表面温度，回流水溢流进入出水管，最后排出炉体；启动电机，电机带动大齿轮转动，大齿轮带动小齿轮和主轴转动，小齿轮带动进水管转动，进水管带动不锈钢管转动，而主轴带动转盘转动，转盘带动夹具绕主轴公转；

S4、带孔金属产品的镀膜，经进气管A向炉体内通入氩气，管靶材A与管靶材B之间形成电场将氩气电离成氩离子，氩离子与管靶材A的带负电金属层形成电场，氩离子在该电场力的作用下高速撞击管靶材A的金属层，碰撞产生金属离子和电子，其中金属离子与带负电的带孔金属产品之间形成电场，金属离子在该电场力的作用下附着在刀具表面上，从而实现了带孔金属产品的镀膜，在镀膜过程中，经进气管B向炉体内通入乙炔和氮气，乙炔中的碳原子置换进入镀膜层内，最终在带孔金属产品上形成黑色涂层；

S5、在步骤S3中，反复切换电源的正负极，反复消耗管靶材A和管靶材B。

本发明具有以下优点：本发明实现了带孔金属产品的快速安装、方便安装和卸下夹具、提高涂层均匀性、提高刀具机械强度。

附图说明

图1为本发明去掉封闭门的结构示意图；

图2为本发明的夹具的结构示意图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为本发明的管靶材A的结构示意图；

图中，1-炉体，2-转架，3-顶盖，4-电机，5-抽真空装置，6-负电源，7-电源，8-大齿轮，9-进气管A，10-进气管B，11-螺纹杆，12-隔热钢板，13-升温装置，14-管靶材A，15-管靶材B，16-不锈钢管，17-进水管，18-出水管，19-金属层，20-上堵塞，21-下堵塞，22-出水小孔，23-小齿轮，24-转盘，25-拉杆，26-挂钩，27-支撑盘，28-主轴，29-立杆，30-安装盘，31-圆盘，32-弯折板，33-环形圈，34-尖头，35-连接板，36-插销，37-螺母，38-固定轴，39-通孔，40-带孔金属产品。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1和图4所示，一种利用金属靶材在带孔金属产品上镀黑色涂层的磁控溅射装置，它包括炉体1、转架2、安装于炉体1顶部的顶盖3、安装于炉体1上的封闭门以及设置于炉体1外部的电机4、抽真空装置5、负电源6和电源7，顶盖3的上表面经转轴旋转安装有大齿轮8，电机4的输出端与大齿轮8的转轴连接，抽真空装置5的工作端与炉体1的内部连通，所述的炉体1的侧壁上设置有连通炉体1的进气管A9和进气管B10，炉体1内设置有两个隔热装置，两个隔热装置均由螺纹杆11和隔热钢板12组成，螺纹杆11设置于炉体1的内壁上，螺纹杆11上设置有多个隔热钢板12，所述的炉体1内还设置有升温装置13、温度传感器、管靶材A14和管靶材B15，管靶材A14和管靶材B15的结构相同且均由不锈钢管16、进水管17、出水管18以及喷涂于不锈钢管16外表面的金属层19组成，不锈钢管16垂向设置，不锈钢管16的上下端分别设置有上堵塞20和下堵塞21，进水管17旋转安装于顶盖3上，进水管17的下端部贯穿上堵塞20且伸入不锈钢管16内，进水管17的下端部设置有多个出水小孔22，进水管17的上端部设置安装有小齿轮23，小齿轮23与大齿轮8啮合，所述的上堵塞20上设置有两根出水管18，出水管18的下端部贯穿上堵塞20设置，出水管18的上端部设置于炉体1的外部，所述的电源7的正极与管靶材B15的金属层19电连接，电源7的负极与管靶材A14的金属层19电连接，所述的金属层19可以为金属氮化物或碳化钨。

如图1所示，所述的转架2设置于炉体1内且位于管靶材A14和管靶材B15之间，转架2与负电源6通过导线连接，转架2由转盘24、拉杆25、挂钩26、支撑盘27和主轴28组成，主轴28与大齿轮8的转轴连接，转盘24安装于主轴28上，支撑盘27设置于转盘24的下方，支撑盘27上设置有多个通孔39，支撑盘27与转盘24之间设置有多根拉杆25，转盘24的下表面设置有多个挂钩26；

如图1-3所示，所述的夹具包括立杆29和安装盘30，立杆29上且沿立杆29的长度方向上间隔设置有多个安装盘30，安装盘30由圆盘31、弯折板32、环形圈33以及呈三角形状的尖头34组成，立杆29贯穿圆盘31设置，圆盘31设置于环形圈33的中部，圆盘31与环形圈33之间设置有多个连接板35，环形圈33的外边缘上且以立杆29为圆形均匀分布有多个弯折板32，弯折板32上设置有尖头34，尖头34与环形圈33呈夹角设置，立杆29的上端部设置有插销36，插销36悬挂于挂钩26上，立杆29的下端部还设置有外螺纹，外螺纹上连接有多个螺母37，立杆29的底端部设置有固定轴38，固定轴38插装于通孔39内。

它还包括PLC控制器，所述的PLC控制器与抽真空装置5、负电源6、电源7、升温装置13和温度传感器连接，通过PLC控制器能够控制抽真空装置5和升温装置13的启动或关闭，同时还能控制负电源6和电源7的启动或关闭，方便了操作人员的操作，具有自动化程度高的特点。

所述的磁控溅射装置在带孔金属产品上镀黑色涂层的方法，它包括以下步骤：

S1、将带孔金属产品40上的孔直接套在尖头34上，从而使带孔金属产品40悬挂于夹具上，实现了带孔金属产品40的工装，从而提高了工装效率；

S2、夹具的工装，当每个尖头34上均安装有待镀带孔金属产品40后，先将插销36悬挂于挂钩26上，再将固定轴38插装于通孔39内，从而实现了夹具的工装，极大提高了夹具的工装效率，进一步提高了生产效率；

S3、关闭封闭门；利用抽真空装置5使炉体1真空度为0~900bar；利用升温装置13使炉体内部温度达到260~300℃；打开电源7，电源7使管靶材A14的金属层19带负电，且电源7使管靶材B15的金属层19带正电，管靶材A14与管靶材B15之间形成电场；打开负电源6，负电源6使转架2上的带孔金属产品40带负电；向进水管17内通入冷却水，冷却水经出水小孔22进入不锈钢管16内，冷却水降低不锈钢管16表面温度，回流水溢流进入出水管18，最后排出炉体1；启动电机4，电机4带动大齿轮8转动，大齿轮8带动小齿轮23和主轴转动，小齿轮23带动进水管17转动，进水管17带动不锈钢管16转动，而主轴28带动转盘24转动，转盘24带动夹具绕主轴28公转；

S4、带孔金属产品的镀膜，经进气管A9向炉体1内通入氩气，管靶材A14与管靶材B15之间形成电场将氩气电离成氩离子，氩离子与管靶材A14的带负电金属层19形成电场，氩离子在该电场力的作用下高速撞击管靶材A14的金属层19，碰撞产生金属离子和电子，其中金属离子与带负电的带孔金属产品40之间形成电场，金属离子在该电场力的作用下附着在刀具表面上，从而实现了带孔金属产品的镀膜，在镀膜的同时，经进气管B10向炉体1内通入乙炔和氮气，乙炔中的碳原子置换进入镀膜层内，以增加碳的含量，氮气又与金属离子发生化学反应生产金属氮化物，最终在带孔金属产品上形成黑色涂层，该黑色涂层能够提高手表外壳的硬度、耐磨度、抗腐蚀以及直接提升耐盐雾、耐人工汗、耐磨防划；

S5、在步骤S3中，反复切换电源7的正负极，反复消耗管靶材A14和管靶材B15，以避免阳极消失。

Claims (5)

1.一种利用金属靶材在带孔金属产品上镀黑色涂层的磁控溅射装置，其特征在于：它包括炉体（1）、转架（2）、安装于炉体（1）顶部的顶盖（3）、安装于炉体（1）上的封闭门以及设置于炉体（1）外部的电机（4）、抽真空装置（5）、负电源（6）和电源（7），顶盖（3）的上表面经转轴旋转安装有大齿轮（8），电机（4）的输出端与大齿轮（8）的转轴连接，抽真空装置（5）的工作端与炉体（1）的内部连通，所述的炉体（1）的侧壁上设置有连通炉体（1）的进气管A（9）和进气管B（10），炉体（1）内设置有两个隔热装置，两个隔热装置均由螺纹杆（11）和隔热钢板（12）组成，螺纹杆（11）设置于炉体（1）的内壁上，螺纹杆（11）上设置有多个隔热钢板（12），所述的炉体（1）内还设置有升温装置（13）、温度传感器、管靶材A（14）和管靶材B（15），管靶材A（14）和管靶材B（15）的结构相同且均由不锈钢管（16）、进水管（17）、出水管（18）以及喷涂于不锈钢管（16）外表面的金属层（19）组成，不锈钢管（16）的上下端分别设置有上堵塞（20）和下堵塞（21），进水管（17）旋转安装于顶盖（3）上，进水管（17）的下端部贯穿上堵塞（20）且伸入不锈钢管（16）内，进水管（17）的下端部设置有多个出水小孔（22），进水管（17）的上端部设置安装有小齿轮（23），小齿轮（23）与大齿轮（8）啮合，出水管（18）的下端部贯穿上堵塞（20）设置，出水管（18）的上端部设置于炉体（1）的外部，所述的电源（7）的正极与管靶材B（15）的金属层（19）电连接，电源（7）的负极与管靶材A（14）的金属层（19）电连接；

所述的转架（2）设置于炉体（1）内且位于管靶材A（14）和管靶材B（15）之间，转架（2）与负电源（6）通过导线连接，转架（2）由转盘（24）、拉杆（25）、挂钩（26）、支撑盘（27）和主轴（28）组成，主轴（28）与大齿轮（8）的转轴连接，转盘（24）安装于主轴（28）上，支撑盘（27）设置于转盘（24）的下方，支撑盘（27）上设置有多个通孔（39），支撑盘（27）与转盘（24）之间设置有多根拉杆（25），转盘（24）的下表面设置有多个挂钩（26）；

所述的夹具包括立杆（29）和安装盘（30），立杆（29）上且沿立杆（29）的长度方向上间隔设置有多个安装盘（30），安装盘（30）由圆盘（31）、弯折板（32）、环形圈（33）以及呈三角形状的尖头（34）组成，立杆（29）贯穿圆盘（31）设置，圆盘（31）设置于环形圈（33）的中部，圆盘（31）与环形圈（33）之间设置有多个连接板（35），环形圈（33）的外边缘上且以立杆（29）为圆形均匀分布有多个弯折板（32），弯折板（32）上设置有尖头（34），尖头（34）与环形圈（33）呈夹角设置，立杆（29）的上端部设置有插销（36），插销（36）悬挂于挂钩（26）上，立杆（29）的下端部还设置有外螺纹，外螺纹上连接有多个螺母（37），立杆（29）的底端部设置有固定轴（38），固定轴（38）插装于通孔（39）内。

2.根据权利要求1所述的一种利用金属靶材在带孔金属产品上镀黑色涂层的磁控溅射装置，其特征在于：它还包括PLC控制器，所述的PLC控制器与抽真空装置（5）、负电源（6）、电源（7）、升温装置（13）和温度传感器连接。

3.根据权利要求1所述的一种利用金属靶材在带孔金属产品上镀黑色涂层的磁控溅射装置，其特征在于：所述的上堵塞（20）上设置有两根出水管（18）。

4.根据权利要求1所述的一种利用金属靶材在带孔金属产品上镀黑色涂层的磁控溅射装置，其特征在于：所述的不锈钢管（16）垂向设置。

5.根据权利要求1~4中任意一项所述的磁控溅射装置在带孔金属产品上镀黑色涂层的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、将带孔金属产品（40）上的孔直接套在尖头（34）上，从而使带孔金属产品（40）悬挂于夹具上，实现了带孔金属产品（40）的工装；

S2、夹具的工装，当每个尖头（34）上均安装有待镀带孔金属产品（40）后，先将插销（36）悬挂于挂钩（26）上，再将固定轴（38）插装于通孔（39）内，从而实现了夹具的工装；

S3、关闭封闭门；利用抽真空装置（5）使炉体（1）真空度为0~900bar；利用升温装置（13）使炉体内部温度达到260~300℃；打开电源（7），电源（7）使管靶材A（14）的金属层（19）带负电，且电源（7）使管靶材B（15）的金属层（19）带正电，管靶材A（14）与管靶材B（15）之间形成电场；打开负电源（6），负电源（6）使转架（2）上的带孔金属产品（40）带负电；向进水管（17）内通入冷却水，冷却水经出水小孔（22）进入不锈钢管（16）内，冷却水降低不锈钢管（16）表面温度，回流水溢流进入出水管（18），最后排出炉体（1）；启动电机（4），电机（4）带动大齿轮（8）转动，大齿轮（8）带动小齿轮（23）和主轴转动，小齿轮（23）带动进水管（17）转动，进水管（17）带动不锈钢管（16）转动，而主轴（28）带动转盘（24）转动，转盘（24）带动夹具绕主轴（28）公转；

S4、带孔金属产品的镀膜，经进气管A（9）向炉体（1）内通入氩气，管靶材A（14）与管靶材B（15）之间形成电场将氩气电离成氩离子，氩离子与管靶材A（14）的带负电金属层（19）形成电场，氩离子在该电场力的作用下高速撞击管靶材A（14）的金属层（19），碰撞产生金属离子和电子，其中金属离子与带负电的带孔金属产品（40）之间形成电场，金属离子在该电场力的作用下附着在刀具表面上，从而实现了带孔金属产品的镀膜，在镀膜过程中，经进气管B（10）向炉体（1）内通入乙炔和氮气，乙炔中的碳原子置换进入镀膜层内，最终在带孔金属产品上形成黑色涂层；

S5、在步骤S3中，反复切换电源（7）的正负极，反复消耗管靶材A（14）和管靶材B（15）。