CN106917070A - 一种带材真空等离子体镀膜系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带材真空等离子体镀膜系统，真空获得系统通过真空连接管道与若干连续式镀膜室连接；连续式镀膜室包括位于连续式镀膜室内部的放卷装置、收卷装置和发热管机构，位于连续式镀膜室侧壁上的进出气混气装置和过滤阴极靶发生装置；真空连接管道上设有第一阀门和第二阀门，第一阀门位于真空获得系统出口处，第二阀门位于真空连接管道与连续式镀膜室连接处的上方。本发明的带材真空等离子体镀膜系统设计科学合理，工作稳定不会走偏，提高自动化程度同时也大大提高产品的质量，提高了生产效率，创造更高的经济效益。

Description

一种带材真空等离子体镀膜系统

技术领域

本发明涉及镀膜领域，具体来说，是一种带材真空等离子体镀膜系统。

背景技术

现有的技术对连续带状或板状金属产品进行镀膜加工的真空等离子体镀膜设备，技术落后，能耗高，膜厚不均匀，产量低等缺点，加工该类产品的设备一般包括周期式真空等离子体镀膜设备和连续式真空等离子体镀膜设备两种:

一、为周期式真空等离子体镀膜设备，源于其生产加工产品的方式是以少量单次装料的方式生产作为一生产周期，产品放置量比较少，尺寸较小，重量较轻，总结所得该种设备普遍存在以下缺点：1、生产效率低，每生产一炉次就要重新升温和抽真空，生产周期比较长，产出少。2、能耗高，每生产一炉次都要重新升温和抽真空，消耗大量的电能；同时气体消耗量较高，每生产一炉次都要打开炉门把多余的工艺气体放掉，然后再充入新的工艺气体补充炉腔。3、工装夹具复杂，要使炉内的产品(如带状或平板状)在旋转的过程中保持平稳和不碰到腔体内壁，要设计复杂的工装夹具来固定它。4、生产每一板状(例如不锈钢板)或带状(例如不锈钢带)产品利用率低，由于工装夹具的关系，如带状产品或板状产品总是要有和工装连接的地方，而这些地方往往被挡住或有工艺连接孔，以至镀膜没有镀到或者有工艺连接孔的地方就要必须去掉，造成了浪费。5、靶材利用率低，由于工装夹具较多，所以每次镀膜会把工装夹具给镀上，消耗了不必要的靶材。6、再加工利用率低，产品再加工范围窄，因为如平板状产品长度有限，宽度也比较窄，不能加工成形大件的产品，只能用于小件的加工成形。

二、为连续式真空等离子体镀膜设备，就是在同一密封真空腔内完成放卷、镀膜和收卷连续加工工序的设备，镀膜的工艺段和传动的转动动力段设计在同一个联通的真空腔，为了减少真空腔的体积，往往要把中间镀膜的部分的真空腔体尽量缩小，因而导致气体流速和均匀性收到很大的影响，导致了加工时的镀膜速度不高，颜色不均匀，同时一般工艺段为长方形，在抽真空的情况下，受大气压得挤压，容易受力比较大，易变形，制作难度和用料成本比较大，难于大范围推广使用，不能扩展其他功能，设备投入成本高，利用率低，产量低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决现有的周期式和连续式真空等离子体镀膜设备所存在的对金属带材进行镀膜装炉量少，并不能用于快速高效沉积均匀膜层，设备扩展的功能较少，设备投入高，利用率低且能耗高等问题，提供一种主要用于带材的真空等离子体镀膜系统。

为了克服上述现有技术中生产效率低，能耗高，工装夹具复杂，产品利用率低，靶材利用率低，再加工利用率低和镀膜速度不高，颜色不均匀，容易受力比较大，易变形，制作难度和用料成本比较大的缺陷本发明采用如下技术方案：

一种带材真空等离子体镀膜系统，包括真空获得系统、若干真空连接管道和若干圆形结构或椭圆形结构的连续式镀膜室，真空获得系统通过真空连接管道与连续式镀膜室连接；所述连续式镀膜室包括放卷装置、收卷装置、发热管机构、进出气混气装置和设置在阴极靶上的过滤阴极靶发生装置，放卷装置、收卷装置和发热管机构位于连续式镀膜室内部，进出气混气装置和过滤阴极靶发生装置位于连续式镀膜室侧壁上；所述真空连接管道上设有第一阀门和第二阀门，第一阀门位于真空获得系统出口处，第二阀门位于真空连接管道与连续式镀膜室连接处的上方。

进一步地，所述真空连接管道上还设有可调式百叶窗和固定百叶窗的连接真空管道，可调式百叶窗上设有调节电机，调节电机与可调式百叶窗连接；固定百叶窗的连接真空管道位于真空连接管道的阀门旁。在真空镀膜室真空管道连接处设置了可调的百叶窗，可以调节真空镀膜室的真空度，采用调节电机进行调节百叶窗的开合角度，从而稳定真空室内的真空度，稳定镀膜的膜层。

进一步地，所述进出气混气装置包括球状密封外壳，位于球状密封外壳上的连接工艺气体混合的进气管、球状分气球一、球状分气球二和混合气出气管。采用球形混气罐进行混气，然后通入到真空腔体，保证气体的均匀性，保证膜层的成分均匀性。

进一步地，所述过滤阴极靶发生装置包括通过变压器输入的直流电源、水冷式靶座和连接法兰，直流电源位于水冷式靶座外其上设有线圈；水冷式靶座与连接法兰连接，连接处设有靶轴真空密封圈。

进一步地，所述水冷式靶座上设有水冷套、固定板、圆锥形尖端点火电极和阴极靶材；水冷套与外部冷却水管道连接，固定板位于端部且圆锥形尖端点火电极位于其上，阴极靶材位于两个圆锥形尖端点火电极的中间。采用电磁场过滤系统，尖端接近放电的方法，保证阴极靶充分连续使用而不断弧，靶材利用率高，过滤后，涂层颗粒小，均匀，膜层结合力强。

进一步地，所述放卷装置和收卷装置上都设有涨缩头、连接器、水冷式磁流体密封器、减速器、动力电机，涨缩头、连接器、减速器、动力电机依次连接，水冷式磁流体密封器位于连接器后端。通过电气控制控制带材的张紧，水冷式磁流体密封器即用于大气与真空室的隔离，使动力顺利的输入到收放卷装置的涨缩头上面而不至漏气。

进一步地，所述发热管机构包括若干预热发热管和若干保温发热管，预热发热管位于放卷装置和收卷装置上方。设置预热发热管和保温用的保温发热管，用于带材的预热和保温，提高膜层的结合力。

进一步地，所述连续式镀膜室还包括滚轴支撑架和若干导带辊，滚轴支撑架位于放卷装置和收卷装置下方，保温发热管位于导带辊之间，导带辊为偏压电源输入导带辊。导带辊主要为控制带材与阴极靶的距离和使带材顺利的从放卷装置运行到收卷装置上，而偏压电源输入导带辊既有导带的功能又能使偏压电压的偏压通过其加载到带材上面，加速膜层的沉积速率和提高膜层的结合力。

进一步地，所述连续式镀膜室还包括真空室炉门和真空规管，真空室炉门通过炉门铰链与连续式镀膜室连接，真空室炉门上设有观察窗，观察窗可以观察炉内的工作情况，方便随时调整设备的工况；真空规管位于连续式镀膜室的侧壁上，真空规管用于测量真空室的真空度和控制调节质量流量计。

进一步地，所述放卷装置和收卷装置采用恒张力控制输出，PLC集成控制，其数据显示在控制屏上，使带材在收放卷前后的整齐划一。

本发明具有如下突出的有益效果：

1、本发明采用圆形的真空室结构，结构简单，制作方便，同时真空所承受的大气压力受力均匀，强度高，圆形结构，并把阴极靶放置于带材的平面下面，可防止在离子溅射过程中所产生的较大颗粒或没有沉积在带材表面的金属粉尘掉落在带材的涂层面上，以保证产品的高质量，同时圆形的机构炉内气氛均匀，可以得到均匀的一致的膜层。

2、本发明利用独立的可调式百叶窗，稳定了真空度，使膜层均匀单一。

3、本发明采用导带辊和偏压输入导带辊的形式，既可以顺利加载偏压电源于工件，又能顺利导带，使带材连续高效运行并不走偏。

4、本发明采用预热和保温式的加热管，使产品在镀膜时能快速预热和保温，增加膜层的结合力。

5、本发明在一个真空镀膜室里同时具有收、放卷装置，同时该装置采用涨缩头、连接装置、水冷式磁流体密封装置、减速机、动力电机组成，使动力顺利的输入到收放卷装置的涨缩头上面而不至漏气，保证了真空室的真空度，使镀膜连续顺利进行。

6、本发明利用每个室连续式带材镀膜恒张力的设计应用及张力控制系统的使用，使带材在镀膜前和镀膜后都是整齐的一卷带材，可防止卷材松散和参差不齐，防止带材在吊装和运输过程中进行损坏。在控制系统内的放卷位置设置的模拟卷径大小结构，能准确模拟计算出带材是否已经走到该重新更换钢带卷的时候，该系统设计控制安装简单，使用方便，信息反馈及时，提高自动化程度。本发明每个真空镀膜室炉门靠近收、放卷装置的两端的观察孔设计，能作为带材走偏和观察镀膜工艺过程中变化的视窗口，使人员进行及时调整工艺和调节收放卷的恒张力系统。

7、本发明在真空室的进气管道前采用球形混器罐进行混气，然后通入到真空腔体，保证气体的均匀性，保证膜层的成分均匀性。

8、本发明在真空室的阴极靶采用电磁场过滤系统，尖端接近放电的方法，保证阴极靶充分连续使用而不断弧，靶材利用率高，过滤后，涂层颗粒小，均匀，膜层结合力强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1是本发明一种带材真空等离子体镀膜系统实施例示意图；

图2为图1带材真空等离子体镀膜系统的俯视示意图；

图3为带材真空等离子体镀膜系统主体的进出气混气装置示意图；

图4为带材真空等离子体镀膜系统主体的过滤阴极靶发生装置示意图；

图5为带材真空等离子体镀膜系统的另一种实施例示意图；

附图中：1-连续式镀膜室；2-真空连接管道；3-真空获得系统；11-放卷装置；12-收卷装置；13-发热管机构；14-进出气混气装置；15-阴极靶；16-过滤阴极靶发生装置；17-滚轴支撑架；18-导带辊；19-真空室炉门；20-真空规管；111-涨缩头；112-连接器；113-水冷式磁流体密封器；114-减速器；115-动力电机；131-预热发热管；132-保温发热管；141-球状密封外壳；142-进气管；143-球状分气球一；144-球状分气球二；145-混合气出气管；161-直流电源；162-水冷式靶座；163-连接法兰；164-线圈；165-水冷套；166-固定板；167-圆锥形尖端点火电极；168-阴极靶材；191-观察窗；21-第一阀门；22-第二阀门；23-可调式百叶窗；24-连接真空管道；25-调节电机。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1至图4所示，一种带材真空等离子体镀膜系统，包括真空获得系统3、真空连接管道2和圆形结构或椭圆形结构的连续式镀膜室1，真空获得系统3通过真空连接管道2与连续式镀膜室1连接，真空获得系统3是常规的抽真空装置；连续式镀膜室1包括放卷装置11、收卷装置12、发热管机构13、进出气混气装置14和设置在阴极靶15上的过滤阴极靶发生装置16，放卷装置11、收卷装置12和发热管机构13位于连续式镀膜室1内部，进出气混气装置14和过滤阴极靶发生装置15位于连续式镀膜室1侧壁上，进出气混气装置14包括球状密封外壳141，位于球状密封外壳141上的连接工艺气体混合的进气管142、球状分气球一143、球状分气球二144和混合气出气管145，混合气出气管145用于连接进气管道142的工艺气体入气混合。

真空连接管道2上设有第一阀门21和第二阀门22，第一阀门21位于真空获得系统3出口处，第二阀门22位于真空连接管道2与连续式镀膜室1连接处的上方，真空连接管道2上还设有可调式百叶窗23和固定百叶窗的连接真空管道24，可调式百叶窗上23设有调节电机25，调节电机25与可调式百叶窗23连接；固定百叶窗的连接真空管道24位于真空连接管道2的阀门旁。

过滤阴极靶发生装置16包括通过变压器输入的直流电源161、水冷式靶座162和连接法兰163，直流电源161位于水冷式靶座162外其上设有线圈164；水冷式靶座162与连接法兰163连接，连接处设有靶轴真空密封圈用于连接处的密封。水冷式靶座162上设有水冷套165、固定板166、圆锥形尖端点火电极167和阴极靶材168；水冷套165位于水冷式靶座162侧壁上并与外部冷却管道连接，固定板166位于端部且圆锥形尖端点火电极167位于其上，阴极靶材168位于圆锥形尖端点火电极167的中间。

放卷装置11和收卷装置12上都设有涨缩头111、连接器112、水冷式磁流体密封器113、减速器114、动力电机115，涨缩头111、连接器112、减速器114、动力电机115依次连接，水冷式磁流体密封器113位于连接器112后端。

发热管机构13包括若干预热发热管131和若干保温发热管132，预热发热管131位于放卷装置11和收卷装置12上方。

连续式镀膜室1还包括滚轴支撑架17和若干导带辊18，滚轴支撑架17位于放卷装置11和收卷装置12下方，保温发热管132位于导带辊18之间，导带辊18为偏压电源输入导带辊18。

连续式镀膜室1还包括真空室炉门19和真空规管20，真空室炉门19通过炉门铰链与连续式镀膜室1连接，真空室炉门19上设有观察窗191，真空规管20位于连续式镀膜室1的侧壁上。

放卷装置11和收卷装置12采用恒张力控制输出，PLC集成控制，其数据显示在控制屏上。

工作时，用叉车或者带吊钩的吊车或送料小车把它放到每个真空镀膜室1的放卷装置11上面，牵引引带放到收卷装置12上面，张紧，关上真空室炉门19，打开需要镀膜的第一阀门21，打开真空获得系统3，抽真空，当真空度到达本底真空度后，通入工艺气体，达到镀膜时的真空度，启动偏压电源，再启动阴极靶的弧电源，调节电流，调节气体流量，调整真空度，启动收放卷装置12，运行带材，调节恒张力，开始镀膜。当运行到达设定的卷径后，停止收卷装置12和放卷装置11的动力电机115，停止收放卷，关闭阴极靶的弧电源，关闭偏压电源，关闭气体流量计，关闭工艺气体，关闭第一阀门21，打开真空室炉门19，取走在收卷装置12的已经完成镀膜的带材，真空镀膜室镀膜完成。

连续式真空镀膜室1的进出气混气装置14，采用多路进气到一个带孔的球状容器里，通过气体的碰撞，相互混合，经过多个带孔的球状容器相互混合，达到气体按比例充分均匀，然后通入到连续式真空镀膜室1里面，再参加反应和镀膜，使工件每处的膜层成分均匀。

连续真空镀膜室1的过滤阴极靶发生装置16是采用尖端弧光放电的原理，靶阴极靶材163表面点燃并表面汽化，阴极靶15表面的弧电源即通过通入电流维持阴极靶的连续工作，同时在已经四周设置线圈164，线圈164通入经过变压的电流，形成电磁场，使阴极靶15表面汽化的形成的等离子体经过所形成的电磁场进行过滤大液滴，小液滴即喷射出去，镀到带材或工件上面，形成膜层，水冷管与水冷套主要目的是为了降温，是线圈164和密封圈的温度降到最低，提高了其使用寿命。

实施例2：

如图3至图5所示，如实施例1的结构，一个真空获得系统3通过真空连接管道2与两个连续式真空镀膜室1连接。真空连接管道2上分流到连续式真空镀膜室1部分的部件分为A和B，连续式真空镀膜室1分为真空镀膜室一和真空镀膜室二。

真空镀膜室一镀膜完成后，关上真空镀膜室二的真空室炉门，关闭第一阀门，打开第二阀门B，使真空镀膜室二的气体流入到真空镀膜室一里，当真空度达到平衡后，关闭第二阀门A后，打开第一阀门，对真空镀膜室二进行抽真空，同时打开真空镀膜室一的真空室炉门19，装卸带材，当真空镀膜室二到达本底真空后，通入工艺气体，达到镀膜时的真空度，启动偏压电源，再启动阴极靶的弧电源，调节电流，调节气体流量，调整真空度，启动收放卷装置，运行带材，调节恒张力，开始镀膜。当运行到达设定的卷径后，停止收卷装置11和放卷装置12的动力电机115，停止收放卷，关闭阴极靶15的弧电源，关闭偏压电源，关闭气体流量计，关闭工艺气体，真空镀膜室镀膜完成，关闭第一阀门，关上真空镀膜室二的真空室炉门，打开第二阀门A，使真空镀膜室一的气体流入到真空镀膜室二里面，当真空度达到平衡后，关闭第二阀门B，打开真空镀膜室三的炉门，取走在收卷装置的已经完成镀膜的带材，同时打开第一阀门对真空镀膜室一进行抽真空。真空镀膜室一和真空镀膜室二之间如上述相互交替运行，共用一套真空获得系统，此原理也可以应用在多个真空镀膜室上，节约了装卸料所产生的时间，真空管道的交替放气互通，减少了抽真空时间，而且真空获得系统无需关闭，且不需在装卸料期间空运行，节约了能耗，提高了效率。

对实施例更详细地扩展，连续式镀膜室可为卧式的椭圆形结构或立式的圆形结构或立式的椭圆形结构或卧式的圆形结构。

综上所述本发明的效果：

1、连续带材连续的镀膜方式，提高了生产效率，缩短了工艺周期。可以根据国内带状产品的使用量来加工，如镀膜不锈钢、镀膜薄膜，加工镀膜的颜色可以多变，色彩鲜艳，防腐耐磨，色泽均匀，使其的使用范围更广，更多样化，更高端化。

2、两个真空镀膜室交替抽真空的方式、真空放气互换的方式和一个真空镀膜室在镀膜，另一个在装卸料的工作方式，减少了真空泵的预抽真空和真空泵空载运行，提高了真空泵的使用效率，提高了生产效率，节约抽真空的时间，减少了热量散失和热量得到了有效利用，节能效果明显。

3、连续式的生产方式，减少了真空获得设备的频繁开关，提高了真空获得设备的使用寿命和使用效率。

4、提高了自动化的程度，降低了劳动强度。该系统采用PLC和触摸屏控制集成系统，各个动作都可以通过PLC系统逐一发出指令，使各动作连续有序进行。

5、通用性及实用性强，该设备可以处理不同宽度的带材，扩大了设备的实用应用范围，减少了设备的投入成本。

6、球状的混气装置，使进入炉内的气体按比例均匀混合，保证各处膜层成分的均一性。

7、新型过滤弧和点火方式，增加了靶材的利用率，过滤了大液滴，使工件表面光洁均匀，同时也增加了膜层的结合力。

8、连续镀膜室的圆形结构，增加了镀膜室真空受力强度，降低了板材的厚度，节约了用料，降低了设备的制造成本，同时圆形的结构可以很好的处理了工艺气体的均匀性，减少了真空腔内的滞留层和死角，也使提高了抽气速度，提高了真空泵的抽气效率，从而增加了工艺气体流动性，使镀出来的膜层更均匀，结合力更好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带材真空等离子体镀膜系统，包括真空获得系统、若干真空连接管道和若干圆形结构或椭圆形结构的连续式镀膜室，真空获得系统通过真空连接管道与连续式镀膜室连接；其特征在于：

所述连续式镀膜室包括放卷装置、收卷装置、发热管机构、进出气混气装置和设置在阴极靶上的过滤阴极靶发生装置，放卷装置、收卷装置和发热管机构位于连续式镀膜室内部，进出气混气装置和过滤阴极靶发生装置位于连续式镀膜室侧壁上；所述真空连接管道上设有第一阀门和第二阀门，第一阀门位于真空获得系统出口处，第二阀门位于真空连接管道与连续式镀膜室连接处的上方。

2.根据权利要求1所述的带材真空等离子体镀膜系统，其特征在于：

所述真空连接管道上还设有可调式百叶窗和固定百叶窗的连接真空管道，可调式百叶窗上设有调节电机，调节电机与可调式百叶窗连接；固定百叶窗的连接真空管道位于真空连接管道的阀门旁。

3.根据权利要求1所述的带材真空等离子体镀膜系统，其特征在于：

所述进出气混气装置包括球状密封外壳，位于球状密封外壳上的连接工艺气体混合的进气管、球状分气球一、球状分气球二和混合气出气管。

4.根据权利要求1所述的带材真空等离子体镀膜系统，其特征在于：

所述过滤阴极靶发生装置包括通过变压器输入的直流电源、水冷式靶座和连接法兰，直流电源位于水冷式靶座外其上设有线圈；水冷式靶座与连接法兰连接，连接处设有靶轴真空密封圈。

5.根据权利要求4所述的带材真空等离子体镀膜系统，其特征在于：

所述水冷式靶座上设有水冷套、固定板、圆锥形尖端点火电极和阴极靶材；水冷套与外部冷却水管道连接，固定板位于端部且圆锥形尖端点火电极位于其上，阴极靶材位于两个圆锥形尖端点火电极的中间。

6.根据权利要求1所述的带材真空等离子体镀膜系统，其特征在于：

所述放卷装置和收卷装置上都设有涨缩头、连接器、水冷式磁流体密封器、减速器、动力电机，涨缩头、连接器、减速器、动力电机依次连接，水冷式磁流体密封器位于连接器后端。

7.根据权利要求1～6任意一项权利要求所述的带材真空等离子体镀膜系统，其特征在于：

所述发热管机构包括若干预热发热管和若干保温发热管，预热发热管位于放卷装置和收卷装置上方。

8.根据权利要求7所述的带材真空等离子体镀膜系统，其特征在于：

所述连续式镀膜室还包括滚轴支撑架和若干导带辊，滚轴支撑架位于放卷装置和收卷装置下方，保温发热管位于导带辊之间，导带辊为偏压电源输入导带辊。

9.根据权利要求1～6任意一项权利要求所述的带材真空等离子体镀膜系统，其特征在于：

所述连续式镀膜室还包括真空室炉门和真空规管，真空室炉门通过炉门铰链与连续式镀膜室连接，真空室炉门上设有观察窗，真空规管位于连续式镀膜室的侧壁上。

10.根据权利要求1～6任意一项权利要求所述的带材真空等离子体镀膜系统，其特征在于：

所述放卷装置和收卷装置采用恒张力控制输出，PLC集成控制，其数据显示在控制屏上。