CN114481047B - 小尺寸工件镀膜装置、真空镀膜机及其镀膜方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种小尺寸工件镀膜装置、真空镀膜机及其镀膜方法，所述镀膜装置包括：卧式安装的转筒以及沿所述转筒轴向设置的靶材；其中，转筒内侧面上设置有突出部，靶材在转筒内侧壁位置处产生电场；在镀膜过程中，转筒在驱动装置驱动下进行转动，通过突出部带动放置在转筒内的工件进行翻滚；靶材产生带电粒子，并通过电场作用使得带电粒子运动到翻滚中的工件表面上附着并均匀镀膜；该技术方案，减少了转筒对带电粒子的物理阻挡作用，避免了转筒外部电场对带电粒子屏蔽作用，保证带电粒子的能量，从而提高了膜层的附着力，提升了镀膜效率和镀膜效果；同时，粒子直接沉积到工件上，大大减少靶材的数量，提高靶材利用率和镀膜效率。

Description

小尺寸工件镀膜装置、真空镀膜机及其镀膜方法

技术领域

本申请涉及真空镀膜技术领域，尤其是涉及一种小尺寸工件镀膜装置、真空镀膜机及其镀膜方法。

背景技术

在很多制成产品(本文称工件)中，为了保护工件在使用过程中性能不变，往往可以在工件表面制备一层保护层或钝化层，以达到防腐防氧化等目的。目前常用的表面保护层的制备方法有电泳、喷涂、真空镀膜和电镀等，其中真空镀膜具有环境友好、操作简单、生产环境干净等优势而备受关注。

目前，对于常用规格的大尺寸工件一般可以利用悬挂工件方式实现旋转镀膜；但对于小尺寸工件的镀膜，由于前期挂件工作繁琐，镀膜工件量少，且工件的悬挂部分则被遮挡，无法通过一次镀膜实现表面全覆盖，所以采用悬挂工件方式镀膜效率较低、效果不佳。

在已公开的技术文献中，针对小尺寸工件镀膜，有相关技术提出滚动镀膜方式，例如其中一种技术中，利用钢珠和工件混合在滚筒网兜里，使用搅拌器搅拌钢珠和工件使其在镀膜的过程多次翻滚，利用固定在网兜外侧的靶材溅射粒子对网兜内的工件进行镀膜。

然而本申请发明人发现，在诸如上述公开技术中，当利用靶材对网兜内的工件进行溅射镀膜时，网兜容易阻挡带电粒子，且对带电粒子具有屏蔽作用，降低了镀膜附着力，从而影响了镀膜效率和镀膜效果。

发明内容

本申请的目的旨在解决上述至少之一的技术缺陷，提供一种小尺寸工件镀膜装置、真空镀膜机及其镀膜方法，以提升镀膜效率和镀膜效果。

一种小尺寸工件镀膜装置，包括：卧式安装的转筒以及沿所述转筒轴向设置的靶材；其中，所述转筒内侧面上设置有突出部，所述靶材在所述转筒内侧壁位置处产生电场；

在镀膜过程中，所述转筒在驱动装置驱动下进行转动，通过所述突出部带动放置在转筒内的工件进行翻滚；所述靶材产生带电粒子，并通过所述电场作用使得带电粒子运动到翻滚中的工件表面上附着并均匀镀膜。

在一个实施例中，所述靶材固定于转筒的中心位置；所述靶材在所述转筒内壁处产生设定大小的电场；其中，所述靶材为采用磁控溅射方式的溅射靶或者采用多弧离子镀方式的弧靶。

在一个实施例中，所述突出部包括沿转筒内壁轴向均匀分布设置的内齿；

所述转筒在转动过程中通过所述内齿之间的齿槽带动工件向上运动，并运动到一定高度后滚落至转筒底部，使得所述工件充分翻转。

在一个实施例中，在转筒向上运动一侧设有截面为扇形的弧形挡板，所述弧形挡板与转筒之间留有狭缝，用于与所述齿槽共同作用将转筒底部堆叠的工件带动到设定高度，然后再滚落回到转筒底部。

在一个实施例中，在所述靶材上部还设有跨越所述靶材的滑梯挡板，所述滑梯挡板一端连接弧形挡板的上端；

所述滑梯挡板用于将运动到弧形挡板上端的工件引导至转筒向下转动一侧，并滚落至转筒底部。

在一个实施例中，在所述转筒一端的边缘位置设置有内齿轮，所述驱动装置连接有转动齿轮，其中，所述转动齿轮与所述内齿轮的轮齿啮合；

所述驱动装置通过所述转动齿轮和内齿轮驱动所述转筒进行转动。

在一个实施例中，在所述转筒的边缘位置内侧设有一设定高度的护栏，用于阻挡工件掉落。

在一个实施例中，所述的小尺寸工件镀膜装置还包括：用于支撑转筒的底座；

所述底座包括矩形支架和轴向设置的至少两条滑轨；

所述矩形支架顶角上方设置有第一滑轮，用于支撑转轮并产生相对转动；

所述矩形支架下方设置与滑轨匹配的多组第二滑轮，所述滑轨固定在真空腔室内；

所述矩形支架通过第二滑轮和滑轨进行轴向运动。

一种真空镀膜机，包括真空腔室以及上述的小尺寸工件镀膜装置；其中，所述小尺寸工件镀膜装置内置于真空腔室内，所述靶材一端通过真空腔室侧壁连接至真空腔室外部的电机。

一种真空镀膜方法，应用于上述的真空镀膜机，包括：

清洗工件，烘干后准备装入真空镀膜机；

在转筒内底部位置均匀摆放工件，工件堆放高度略低于护栏的高度；

对真空腔室抽真空，并加热转筒，达到目标气压和温度后，稳定一段时间；

向真空腔室通入工作气体，并启动转筒进行转动；

在转筒匀速转动后，启动等离子体清洁工件表面；

在工件表面清洁后，调节靶材偏压和辅助阳极，启动镀膜程序；

镀膜程序结束后，降温增压，打开真空腔室的腔门，取出已镀膜的工件。

上述技术方案，利用卧式安装的转筒来对工件进行镀膜，将靶材沿转筒轴向固定于转筒内部，并通过靶材在转筒内壁位置产生电场，由此在镀膜过程中，利用转筒转动不断翻滚工件，靶材产生的带电粒子并在电场作用下运动到工件，在翻滚中的工件表面上附着且均匀镀膜；该技术方案，减少了转筒对带电粒子的物理阻挡作用，避免了转筒外部电场对带电粒子屏蔽作用，保证带电粒子的能量，从而提高了膜层的附着力，提升了镀膜效率和镀膜效果；同时，粒子直接沉积到工件上，大大减少靶材的数量，提高靶材利用率和镀膜效率。

进一步的，沿转筒内壁轴向均匀分布设置了内齿，通过内齿之间的齿槽带动工件向上运动再滚落至转筒底部，使得工件充分翻转；无需设置搅拌装置即可以使得工件充分翻转，工件各个面都镀膜均匀，且可大幅度增加镀膜工件的产量。

进一步的，在镀膜过程中，设置了弧形挡板齿槽共同作用将转筒底部堆叠的工件带动到设定高度，然后再滚落回到转筒底部，充分翻滚工件，避免了工件在转筒底部长期堆积，使得镀膜更加均匀，提升了镀膜效率和镀膜效果。

进一步的，通过滑梯挡板将运动到弧形挡板上端的工件引导至转筒向下转动一侧，并滚落至转筒底部，可以避免工件滚落到靶材上而影响靶材工作，同时将工件不断从一侧滚动至另一侧，也可以使得工件翻滚更加充分，镀膜更加均匀。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是一个实施例的小尺寸工件镀膜装置截面示意图；

图2是一个实施例的小尺寸工件镀膜装置立体结构图；

图3是另一个实施例的小尺寸工件镀膜装置截面示意图；

图4是一个实施例的真空镀膜机结构示意图；

图5是一个实施例的真空镀膜机外部结构图；

图6是一个实施例的镀膜方法流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请的技术方案，主要是应用于对小尺寸工件的镀膜，一般情况下，这些小尺寸工件，其尺寸为厚度、长度、宽度方向接近或低于10mm等，作为实施例，参考图1至图3，其中，图1是一个实施例的小尺寸工件镀膜装置截面示意图，图2是一个实施例的小尺寸工件镀膜装置立体结构图，图3是另一个实施例的小尺寸工件镀膜装置截面示意图；小尺寸工件镀膜装置100可以采用多种镀膜方式，如多弧离子镀或者磁控溅射，靶材20可以采用溅射靶/弧靶，数量可以根据实际需求来设定，本申请实施例及示意图是以两个靶材为例，采用卧式安装的转筒10来实现工件架功能，转筒10的结构可以为圆柱形或多边形等。

如图1至图3，该小尺寸工件镀膜装置100包括：卧式安装的转筒10以及沿转筒10轴向设置的靶材20；其中，转筒10内侧面上设置有突出部11，靶材20接负电压，在转筒10内侧壁位置处产生电场；在镀膜过程中，转筒10在驱动装置30驱动下进行转动，通过突出部11带动放置在转筒10内的工件进行翻滚；靶材20产生带电粒子，并通过电场作用使得带电粒子运动到翻滚中的工件表面上附着并均匀镀膜；优选的，靶材20固定于转筒10的中心位置，靶材20在转筒10内壁处产生设定大小的电场。

上述实施例的技术方案，将靶材20沿转筒10轴向固定于转筒10内部，并通过靶材20在转筒10内壁位置产生电场，例如，靶材20内置在转筒10中，固定于转筒10的中心位置，从而减少了转筒10对带电粒子的物理阻挡作用，避免了转筒10外部电场对带电粒子屏蔽作用，保证带电粒子的能量，从而提高了膜层的附着力，提升了镀膜效率和镀膜效果，同时，粒子直接沉积到工件上，大大减少靶材20的数量，提高靶材20利用率和镀膜效率。

为了更加清晰本申请的技术方案，下面结合附图阐述更多实施例。

在一个实施例中，参考图1至图3，转筒10内的突出部11可以包括沿转筒10内壁轴向均匀分布设置的内齿11a；由此，转筒10在转动过程中通过内齿11a之间的齿槽带动工件向上运动，并运动到一定高度后滚落至转筒10底部，使得工件充分翻转；对于内齿11a分布结构，如图2所示，转筒10不停转动，工件在齿槽中卡住被不断被带动向上运动，当运动的一定高度再滚落到转筒10底部。

上述实施例的方案，依靠转筒10的内齿11a来滚动工件，不需要钢珠、搅拌片等辅助材料和设备，减少钢珠等辅助工具占用的设备空间，以相对简化的镀膜设备结构实现了工件翻滚功能。

在一个实施例中，为了实现对工件的各个面进行充分镀膜，特别是当转筒10底部堆叠的工件较多时，确保不断滚动工件，参考图1至图3，本申请的镀膜装置还可以在转筒10向上运动一侧设有截面为扇形的弧形挡板12，弧形挡板12与转筒10之间留有狭缝，用于与齿槽共同作用将转筒10底部堆叠的工件带动到设定高度，然后再滚落回到转筒10底部。

上述实施例的技术方案，设计了特殊的弧形挡板12和滑梯挡板13，在镀膜过程中，弧形挡板12齿槽共同作用将转筒10底部堆叠的工件带动到设定高度，然后再滚落回到转筒10底部，避免了工件在转筒10底部长期堆积，充分翻滚工件，使得镀膜更加均匀，提升了镀膜效率和镀膜效果。

在一个实施例中，为了避免向上运动的工件滚落到靶材20上影响靶材20工作，参考图1至图3，还可以在靶材20上部设置跨越靶材20的滑梯挡板13，滑梯挡板13一端连接弧形挡板12的上端；滑梯挡板13用于将运动到弧形挡板12上端的工件引导至转筒10向下转动一侧，并滚落至转筒10底部；通过弧形挡板12，部分工件能进入弧形挡板12与转筒10的狭缝中，堆叠在底层的工件被不断带走往上运动，一直运动到超出弧形挡板12的上部，然后进入到滑梯挡板13，滑落至转筒10底部另一侧，其运动轨迹，参考图1中虚线指向所示，如此循环，可以对工件进行均匀镀膜。

上述实施例的技术方案，通过滑梯挡板13可以将运动到弧形挡板12上端的工件引导至转筒10向下转动一侧，并滚落至转筒10底部，可以避免工件滚落到靶材20上而影响靶材20工作，同时将工件不断从一侧滚动至另一侧，也可以使得工件翻滚更加充分，镀膜更加均匀。

在一个实施例中，参考图1，在转筒10的边缘位置内侧设有一设定高度的护栏14，用于阻挡工件掉落，如图1中阴影区域所示；具体来说，护栏14可以阻挡工件溢出转筒10，同时护栏14高度可变，决定了同时镀膜工件的产量，高度越高，可以同时放置的工件越多。

在一个实施例中，参考图2至图3，在转筒10一端的边缘位置设置有内齿轮15，驱动装置30连接有转动齿轮31，其中，转动齿轮31与内齿轮15的轮齿啮合；驱动装置30通过转动齿轮31和内齿轮15驱动转筒10进行转动；该技术方案，可以通过简单驱动结构来驱动转筒10，无需安装搅拌装置等，简化了设备结构。

在一个实施例中，参考图1至图3，本申请的小尺寸工件镀膜装置还包括用于支撑转筒10的底座40，底座40包括一个矩形支架41和轴向设置的至少两条滑轨42，该矩形支架41四个顶角上方设置有第一滑轮411，用于支撑转轮并产生相对转动，矩形支架41下方设置与滑轨42匹配的多组第二滑轮412，滑轨42固定在真空腔室200内，矩形支架41通过第二滑轮412和滑轨42进行轴向运动，从而在上下料时将转筒10推进/出真空腔室200。

下面阐述真空镀膜机及其镀膜方法的实施例。

参考图4所示，图4是一个实施例的真空镀膜机结构示意图，本申请的真空镀膜机主要包括真空腔室200以及小尺寸工件镀膜装置100；其中，小尺寸工件镀膜装置100内置于真空腔室200内，靶材20一端通过真空腔室200侧壁连接至真空腔室200外部的电机221，电机221用于转动靶材20。

如5图所述，图5是一个实施例的真空镀膜机外部结构图，真空腔室200连接腔门211，真空腔室200上还设有抽气口210，连接至真空泵进行抽真空，本实施例的真空镀膜机在使用时，其镀膜方法，参考图6所示，图6是一个实施例的镀膜方法流程图，可以包括如下步骤：

S101，清洗工件，烘干后准备装入真空镀膜机。

S102，在转筒10内底部位置均匀摆放工件，工件堆放高度略低于护栏14的高度。

S103，对真空腔室200抽真空，并加热转筒10，达到目标气压和温度后，稳定一段时间，如约0.5小时左右。

S104，向真空腔室200通入工作气体(如氩气)，并启动转筒10进行转动。

S105，在转筒10匀速转动后，启动等离子体清洁工件表面。

S106，在工件表面清洁后，调节靶材20偏压和辅助阳极，启动镀膜程序。

S107，镀膜程序结束后，降温增压，打开真空腔室200的腔门，取出已镀膜的工件。

本实施例的真空镀膜机，相对于现有的技术方案，在转筒10中心固定靶材20并产生相应电场，可以减少转筒10本身对溅射粒子的物理阻挡作用，避免金属转筒10对带电粒子的电场屏蔽作用，保证溅射粒子的能量，提高了膜层的附着力；在镀膜时，可以直接沉积粒子到工件上，大大减少靶材20的数量，提高靶材20利用率和镀膜效率；在滚动工件方面，不需要钢珠、搅拌片等辅助材料和设备，减少钢珠等辅助工具占用的设备空间，依靠转筒10的内齿11a，结合弧形挡板12和滑梯挡板13，以相对简化镀膜设备结构，即可带动工件充分翻滚，可大大增加每次镀膜的工件量。

利用本申请提供的真空镀膜机，可以广泛应用于螺丝螺栓等工件镀膜，镀上金属、合金，包括锌、钛、铬及其合金等保护层；也可以应用于钕铁硼永磁铁的镀膜，镀上金属和合金，包括铝、铜、钛、镝、钽、钕、铽及其合金，或者氧化物和陶瓷，包括氧化钛，氧化铝等保护层。

以上仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种小尺寸工件镀膜装置，其特征在于，包括：卧式安装的转筒以及沿所述转筒轴向设置的靶材；其中，所述转筒内侧面上设置有突出部，所述靶材在所述转筒内侧壁位置处产生电场；

所述突出部包括沿转筒内壁轴向均匀分布设置的内齿；在转筒向上运动一侧设有截面为扇形的弧形挡板，所述弧形挡板与转筒之间留有狭缝；在所述靶材上部还设有跨越所述靶材的滑梯挡板，所述滑梯挡板一端连接弧形挡板的上端；

在镀膜过程中，所述转筒在驱动装置驱动下进行转动，通过所述突出部带动放置在转筒内的工件进行翻滚；所述转筒在转动过程中通过所述内齿之间的齿槽带动工件向上运动，并通过滑梯挡板引导至转筒向下转动一侧；所述靶材产生带电粒子，并通过所述电场作用使得带电粒子运动到翻滚中的工件表面上附着并均匀镀膜。

2.根据权利要求1所述的小尺寸工件镀膜装置，其特征在于，所述靶材固定于转筒的中心位置；所述靶材在所述转筒内壁处产生设定大小的电场；其中，所述靶材为采用磁控溅射方式的溅射靶或者采用多弧离子镀方式的弧靶。

3.根据权利要求1所述的小尺寸工件镀膜装置，其特征在于，所述工件向上运动到一定高度后滚落至转筒底部，使得所述工件充分翻转。

4.根据权利要求3所述的小尺寸工件镀膜装置，其特征在于，所述狭缝与所述齿槽共同作用将转筒底部堆叠的工件带动到设定高度，然后再滚落回到转筒底部。

5.根据权利要求4所述的小尺寸工件镀膜装置，其特征在于，所述滑梯挡板用于将运动到弧形挡板上端的工件引导至转筒向下转动一侧，并滚落至转筒底部。

6.根据权利要求1-5任一项所述的小尺寸工件镀膜装置，其特征在于，在所述转筒一端的边缘位置设置有内齿轮，所述驱动装置连接有转动齿轮，其中，所述转动齿轮与所述内齿轮的轮齿啮合；

所述驱动装置通过所述转动齿轮和内齿轮驱动所述转筒进行转动。

7.根据权利要求1-5任一项所述的小尺寸工件镀膜装置，其特征在于，在所述转筒的边缘位置内侧设有一设定高度的护栏，用于阻挡工件掉落。

8.根据权利要求1-5任一项所述的小尺寸工件镀膜装置，其特征在于，还包括：用于支撑转筒的底座；

所述底座包括矩形支架和轴向设置的至少两条滑轨；

所述矩形支架顶角上方设置有第一滑轮，用于支撑转轮并产生相对转动；

所述矩形支架下方设置与滑轨匹配的多组第二滑轮，所述滑轨固定在真空腔室内；

所述矩形支架通过第二滑轮和滑轨进行轴向运动。

9.一种真空镀膜机，其特征在于，包括真空腔室以及权利要求1-8任一项所述的小尺寸工件镀膜装置；其中，所述小尺寸工件镀膜装置内置于真空腔室内，所述靶材一端通过真空腔室侧壁连接至真空腔室外部的电机。

10.一种真空镀膜方法，其特征在于，应用于权利要求9所述的真空镀膜机，包括：

清洗工件，烘干后准备装入真空镀膜机；

在转筒内底部位置均匀摆放工件，工件堆放高度略低于护栏的高度；

对真空腔室抽真空，并加热转筒，达到目标气压和温度后，稳定一段时间；

向真空腔室通入工作气体，并启动转筒进行转动；

在转筒匀速转动后，启动等离子体清洁工件表面；

在工件表面清洁后，调节靶材偏压和辅助阳极，启动镀膜程序；

镀膜程序结束后，降温增压，打开真空腔室的腔门，取出已镀膜的工件。

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