CN111962038B - 一种大口径高压金属软管内壁镀膜装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大口径高压金属软管内壁镀膜装置及方法，涉及金属管件内壁镀膜技术领域。该装置包括真空腔室、真空检测系统、抽真空系统，真空腔室内部装有三个水平设置的溅射靶源，真空腔室外部上方设有第一驱动电源、第二驱动电源、第三驱动电源，第一驱动电源、第二驱动电源、第三驱动电源分别通过电源线与三个溅射靶源电连接；真空检测系统安装于真空腔室外侧壁，抽真空系统通过管道与真空腔室底部连通；溅射靶源下方还设有可圆周转动及上下移动的样品转架。利用该装置对金属软管内表面进行改性处理，以达到更好的耐磨耐饰性能，延长其使用寿命。

Description

一种大口径高压金属软管内壁镀膜装置及方法
技术领域
本发明涉及金属管件内壁镀膜技术领域，尤其涉及较大口径高压金属软管内壁镀膜装置及方法。
背景技术
天然气输送及石油化工行业中，往复式压缩机的使用最为常见，其配套使用的大口径管件较多，这些管线工作过程中易受交变载荷和冲击载荷的双重作用，其中管件连接处在整个管线排布中属于一个薄软环节，因长期受交变载荷的影响，容易发生微裂纹等现象，对行业内安全生产存在潜在的威胁；高压金属软管短节的使用，使管线轴向的伸缩量及径向偏移量达到较好补偿的同时，也起到了减震作用，减小了叠加载荷的破坏，很大程度上降低了潜在威胁，但金属软管使用的同时，管道中流体对金属软管内壁的腐蚀及冲刷会严重影响其使用寿命，使其在未达到质保期前而失效，因而需要采取措施对金属软管内表面进行改性处理，以达到更好的耐磨耐饰性能，延长其使用寿命。
综上所述，我们需设计一种大口径金属软管内壁镀膜装置以解决以上问题。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，目的之一是提供一种大口径高压金属软管内壁镀膜装置，利用该装置处理金属软管内壁以达到对金属软管内壁的改性处理，从而实现耐腐蚀耐冲刷的目的，进而延长其使用寿命；本发明的另一目的是提供一种大口径高压金属软管内壁镀膜方法。
为了实现上述目的，本发明提供的一个技术方案是一种大口径高压金属软管内壁镀膜装置，包括真空腔室、真空检测系统、抽真空系统，真空腔室内部装有三个水平设置的溅射靶源，溅射靶源之间通过三个水平不锈钢管连接，三个水平不锈钢管连接处固定有竖直不锈钢管，竖直不锈钢管上端穿出真空腔室顶壁，真空腔室外部上方设有第一驱动电源、第二驱动电源、第三驱动电源，第一驱动电源、第二驱动电源、第三驱动电源分别通过电源线与三个溅射靶源电连接；真空检测系统安装于真空腔室外侧壁，抽真空系统通过管道与真空腔室底部连通；溅射靶源下方还设有可圆周转动及上下移动的样品转架。
优选的，在本发明的一个实施方案中，三个所述溅射靶源沿水平圆周120°均匀分布，且可调轴心距。
进一步的，所述溅射靶源与水平不锈钢管通过密封活结连接。
优选的，在本发明的一个实施方案中，所述样品转架包括中央转盘、升降转轴，升降转轴为转动螺纹杆，上端与中央转盘底部固定连接，下端与真空腔室底壁螺纹连接。
优选的，在本发明的一个实施方案中，所述真空腔室还通过管道连接有工作气体系统，工作气体系统与真空腔室之间的管道上设有质量流量计。
本发明还提供了一种大口径高压金属软管内壁镀膜方法，该方法是利用上述大口径高压金属软管内壁镀膜装置对大口径金属软管内壁进行镀膜。
优选的，在本发明的一个实施方案中，所述大口径高压金属软管内壁镀膜方法，包括以下步骤：
⑴将需要内壁沉积薄膜的管件依次经丙酮、无水乙醇在超声波清洗机中各清洗20分钟，之后用氮气吹干放于干净位置；
⑵将准备好的管件置于样品转架的中央转盘上，靶材装设在溅射靶源前端；
⑶启动抽真空系统，将真空腔室抽至目标真空度；
⑷开启真空检测系统、中央转盘，同时质量流量计，并使工作气体系统中的工作气体进入真空腔室，调节真空腔室内气压保持在0.6Pa-1.2Pa范围内；
⑸关闭真空检测系统，开启三个溅射靶源的工作电源，使真空腔室产生辉光放电而溅射出靶材原子，在金属软管内壁进行薄膜沉积；
⑹待沉积薄膜达到设计厚度之后，依次关闭溅射靶源的工作电源、工作气体系统、质量流量计；
⑺待镀件整体温度降低之后，关闭抽真空系统，真空腔室充气，取出管件，镀膜完成。
优选的，所述靶材为具有耐蚀耐磨性能的金属、非金属或化合物靶材。
优选的，所述的溅射靶源为磁控靶或多弧靶。
优选的，所述的工作气体为氩气、氮气中的一种或两种的任意比混合。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
⑴通过金属软管内壁沉积薄膜的方式，对大口径金属软管内表面进行改性处理，以达到更优的耐蚀耐磨效果，从而延长金属软管的使用寿命；
⑵通过调整三个溅射靶源轴心距，可适应一定范围变径金属软管内表面薄膜沉积；
⑶通过密封活结可进行磁控靶与多弧靶的替换；
⑷通过金属软管内表面沉积薄膜，取代了电镀的方式，能够更好地实现绿色发展；
⑸通过金属软管内表面沉积薄膜，可以对管件原材料进行更好地保护，以减少管件基底材料的浪费。
附图说明
图1为本发明一实施例的大口径金属软管内壁镀膜装置结构示意图；
图2为本发明一实施例的大口径金属软管内壁镀膜装置样品转架上移示意图；
图3为本发明一实施例的大口径金属软管内壁镀膜装置样品转架下移示意图；
图4为图1中溅射靶源分布主视图；
图5为图1中溅射靶源分布俯视图；
图中标记：1-金属软管，2-真空腔室，3-真空检测系统，4-第一驱动电源，5-电源线，6-第二驱动电源，7-冷却水管，8-第三驱动电源，9-质量流量计，10-工作气体系统，11-溅射靶源，12-靶材，13-中央转盘，14-升降转轴，15-抽真空系统，16-密封活结。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过优选的实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请参阅附图1-5所示，本实施例提供了一种大口径高压金属软管内壁镀膜装置，包括真空腔室2、真空检测系统3、抽真空系统15，真空腔室2内部装有三个沿水平圆周120°均匀分布，且可调轴心距的溅射靶源11，溅射靶源11之间通过三个水平不锈钢管连接，三个水平不锈钢管连接处固定有竖直不锈钢管，竖直不锈钢管上端穿出真空腔室2顶壁，真空腔室2外部上方设有第一驱动电源4、第二驱动电源6、第三驱动电源8，第一驱动电源4、第二驱动电源6、第三驱动电源8分别通过电源线5与三个溅射靶源11电连接；真空检测系统3安装于真空腔室2外侧壁，抽真空系统15通过管道与真空腔室2底部连通；溅射靶源11下方还设有可圆周转动及上下移动的样品转架。
在本实施例中，所述溅射靶源11与水平不锈钢管通过密封活结16连接，溅射靶源11前端装设靶材12，可以通过调节密封活结16来进行靶材12与金属软管1内表面之间的距离。
在本实施例中，所述样品转架包括中央转盘13、升降转轴14，升降转轴14为转动螺纹杆，上端与中央转盘13底部固定连接，下端与真空腔室2底壁螺纹连接。
升降转轴14下端穿出真空腔室2与外设的转动电机的转轴同轴连接，该外界设置的转动电机可以为样品转架的上下移动及转动提供动力；所述升降转轴14同时完成转动及上下升降，以达到镀膜均匀的目的。
在本实施例中，所述真空腔室2还通过管道连接有工作气体系统10，工作气体系统10与真空腔室2之间的管道上设有质量流量计9；工作气体系统10与真空腔室2之间的管道上还可以设置气路阀，该气路阀可以控制工作气体系统10中的工作气体是否进入真空腔室2。
在本实施例中，所述真空腔室2内还设有冷却水管7，冷却水管7上端穿出竖直不锈钢管，却水管用于对靶材12进行冷却。
在本实施例中，所述真空腔室2前侧面设有可打开的舱门，通过舱门可放入或取出管件，舱门关闭时真空腔室2形成密封腔体。
在本实施例中，所述真空检测系统3包括真空计，用于检测真空腔室2内的真空度。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例提供了对大口径金属软管内表面采用磁控溅射技术完成复合或多层耐蚀耐磨薄膜的沉积，具体方法为：
将需要内表面沉积薄膜的金属软管1表面去杂处理，然后依次经丙酮、无水乙醇在超声波清洗机中各清洗20分钟，之后用氮气吹干放于干净位置；打开真空腔室2舱门，将准备好的管件置于样品转架的中央转盘13上之上，关闭舱门；启动抽真空系统15及真空检测系统3，将真空腔室2抽至目标真空度；开启中央转盘13，同时打开质量流量计9，使工作气体进入真空腔室2；调节抽真空系统15，使真空腔室2内气压保持在工作气压0.6Pa-1.0Pa范围内；关闭真空检测系统3，开启第一驱动电源4、第二驱动电源6、第三驱动电源8，在金属软管1内表面进行薄膜沉积；待沉积薄膜达到设计厚度之后，依次关闭磁控靶第一驱动电源4、第二驱动电源6、第三驱动电源8、质量流量计9；待镀件整体温度降低之后，关闭抽真空系统15，真空腔室2内充气，打开舱门取出金属软管1，镀膜完成。
本实施例中，所述靶材12为具有耐蚀耐磨性能的金属、非金属或化合物靶材12，包括限不限于金属钛、金属铬。
本实施例中，三个溅射靶源11均为磁控靶。
本实施例中，所述的工作气体为氩气和氮气的混合气体。
实施例3
与实施例2不同的是，本实施例提供了对大口径金属软管内表面采用磁控溅射技术和多弧离子沉积技术完成复合或多层耐蚀耐磨薄膜的沉积。
本实施例中，调节抽真空系统15使真空腔室2内气压保持在工作气压0.8Pa-1.2Pa范围内。
本实施例中，三个所述的溅射靶源11为磁控靶和多弧靶两种的组合。
实施例4
与实施例2和3不同的是，本实施例提供了对大口径金属软管内表面采用多弧离子沉积技术完成复合或多层耐蚀耐磨薄膜的沉积。
本实施例中，调节抽真空系统15使真空腔室2内气压保持在工作气压0.6Pa-1.0Pa范围内。
本实施例中，三个所述的溅射靶源11均为多弧靶。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，以上所述仅为本发明的较佳实施例，用以解释本发明的技术方案，本领域技术人员还可以在本发明的精神和原则之内作常规修改、等同替换和改进等。

Claims (9)

1.一种大口径高压金属软管内壁镀膜装置，其特征在于：包括真空腔室、真空检测系统、抽真空系统，真空腔室内部装有三个水平设置的溅射靶源，溅射靶源之间通过三个水平不锈钢管连接，三个水平不锈钢管连接处固定有竖直不锈钢管，竖直不锈钢管上端穿出真空腔室顶壁，真空腔室外部上方设有第一驱动电源、第二驱动电源、第三驱动电源，第一驱动电源、第二驱动电源、第三驱动电源分别通过电源线与三个溅射靶源电连接；真空检测系统安装于真空腔室外侧壁，抽真空系统通过管道与真空腔室底部连通；溅射靶源下方还设有可圆周转动及上下移动的样品转架；
三个所述溅射靶源沿水平圆周120°均匀分布，且可调轴心距。
2.根据权利要求1所述大口径高压金属软管内壁镀膜装置，其特征在于：所述溅射靶源与水平不锈钢管通过密封活结连接。
3.根据权利要求1所述大口径高压金属软管内壁镀膜装置，其特征在于：所述样品转架包括中央转盘、升降转轴，升降转轴为转动螺纹杆，上端与中央转盘底部固定连接，下端与真空腔室底壁螺纹连接。
4.根据权利要求1所述大口径高压金属软管内壁镀膜装置，其特征在于：所述真空腔室还通过管道连接有工作气体系统，工作气体系统与真空腔室之间的管道上设有质量流量计。
5.一种大口径高压金属软管内壁镀膜方法，其特征在于，利用权利要求1-4任一项所述大口径高压金属软管内壁镀膜装置对大口径金属软管内壁进行镀膜。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
⑴将需要内壁沉积薄膜的管件依次经丙酮、无水乙醇在超声波清洗机中各清洗20分钟，之后用氮气吹干放于干净位置；
⑵将准备好的管件置于样品转架的中央转盘上，靶材装设在溅射靶源前端；
⑶启动抽真空系统，将真空腔室抽至目标真空度；
⑷开启真空检测系统、中央转盘，同时质量流量计，并使工作气体系统中的工作气体进入真空腔室，调节真空腔室内气压保持在0.6Pa-1.2Pa范围内；
⑸关闭真空检测系统，开启三个溅射靶源的工作电源，使真空腔室产生辉光放电而溅射出靶材原子，在金属软管内壁进行薄膜沉积；
⑹待沉积薄膜达到设计厚度之后，依次关闭溅射靶源的工作电源、工作气体系统、质量流量计；
⑺待镀件整体温度降低之后，关闭抽真空系统，真空腔室充气，取出管件，镀膜完成。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述靶材为具有耐蚀耐磨性能的金属、非金属或化合物靶材。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的溅射靶源为磁控靶或多弧靶。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的工作气体为氩气、氮气中的一种或两种的任意比混合。
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