CN116145089A - 一种电弧蒸发装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电弧蒸发装置，属于电弧离子镀技术领域，包括：真空腔体，其内壁设有蒸发槽；靶材，设于蒸发槽内，靶材上远离蒸发槽底部的一侧表面配置有环形的沟槽；脉冲电源，脉冲电源的阳极与真空腔体相连，阴极与靶材相连；磁性单元，设于真空腔体的外侧，并与靶材对应设置；包括中心磁铁和环形磁铁，中心磁铁设于环形磁铁的内部，环形磁铁的极性与中心磁铁的极性相反，并且靶材位于中心磁铁的磁力线覆盖范围之内；环形线圈。本发明结构简单、易维护，并且能够有效降低涂层液滴，降低涂层表面粗糙度。

Description

一种电弧蒸发装置

技术领域

本发明属于电弧离子镀技术领域，具体涉及一种电弧蒸发装置。

背景技术

为了提高工具、模具及零部件的使用寿命，常通过表面处理的方式来增强表面硬度，增加润滑性等物理改性，减少磨损失效。目前最常用的表面处理方式为电弧离子镀法，具有沉积速率高，与基材结合力强，离化率高，高温硬度高等优势，应用广泛。

公告号为US07029560B2的发明专利公开了电弧蒸发源的棒靶，其制造方法和电弧沉积装置，在外周面用作蒸发面的电弧蒸发源的棒靶中，其长度方向的相对端分别形成为比其中央部更厚。在纵向方向上的每个相对端处的较厚部分的长度被设定为不小于75mm，不大于200mm。提供了具有均匀膜厚度的工作，并且提高了棒靶的可用性，从而防止了棒状靶材的浪费。

公告号为JP4548666B2的发明专利提供了一种电弧型离子镀电镀装置的电弧型蒸发源，其能够在作为制品的基材的表面上大量生产具有适度粘合性的高质量的均匀硬膜，通过扩大目标的侵蚀区域，可以延长目标的寿命。该蒸发源具有：一个用于形成磁场的第一磁体，其布置在安装在目标的后表面上的金属板的后表面的中心上；六个或更多个具有与第一磁体的磁场相反极性的第二磁体和等于第一磁体的一半的磁力，并且以相等的方式放置在金属板的后表面的周边上空间；并且还具有与第二磁体相邻设置的环形电磁线圈，第二磁体具有与第二磁体相同的轴线和大致相同的大直径。改变电磁线圈电流可变以控制在靶表面产生的电弧放电点，能够自由的改变靶表面的磁场的分布，使得靶的金属熔融区域扩大。

然而，在电弧放电中，弧斑在磁场和电场作用下在阴极靶面做有规则运动，喷射出点子、离子、熔融的金属材料和原子。这些粒子在偏置电压10V-700V条件下向基体工件移动，在工件上凝聚成金属或金属陶瓷薄膜。但是在等离子体形成过程中，弧斑跑动不够迅速，弧斑在靶面停留时间过长，部分熔池温度过高，产生大量中性液体颗粒喷出，在涂层表面形成贯穿颗粒即液滴，其大小不等，尺度从零点几微米到十几微米，最大的有几十微米等，影响涂层性能。分析上述现有技术，电弧蒸发装置的表面处理效果得以提升，或者靶材熔融区域扩大，却并没有显著降低涂层液滴功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、易维护的电弧蒸发装置，能够有效降低涂层液滴，降低涂层表面粗糙度。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种电弧蒸发装置，包括：

真空腔体，真空腔体与真空泵和进气泵相配合；真空腔体的内壁设有蒸发槽；

靶材，设于蒸发槽内，靶材上远离蒸发槽底部的一侧表面配置有环形的沟槽；

脉冲电源，脉冲电源的阳极与真空腔体相连，脉冲电源的阴极与靶材相连；

磁性单元，设于真空腔体的外侧，并与靶材对应设置；磁性单元包括中心磁铁和环形磁铁，中心磁铁设于环形磁铁的内部，环形磁铁的极性与中心磁铁的极性相反，并且靶材位于中心磁铁的磁力线覆盖范围之内。

进一步的，电弧蒸发装置包括环形线圈，设于环形磁铁的外侧并套设在真空腔体的外围，环形线圈能够沿真空腔体的外壁往返移动。

采用上述技术方案，靶材作为被蒸发材料，其上的被蒸发面设置类似于甜甜圈形状的、环形的沟槽，通过真空泵将真空腔体内部的气体排出之后，再通过进气泵向其内部充入工作气体，维持气压1Pa-4Pa，并在阴极与阳极之间通大功率的直流脉冲电，电流约400A-600A，产生弧光放电，弧斑会在靶材表面做随机运动。

靶材位于中心磁铁的磁力线覆盖范围之内。环形磁铁的极性与中心磁铁的极性相反。环形线圈通直流电后产生的磁极性与中心磁铁相同。通过磁性单元产生的外加磁场来改变弧斑运动的方向与位置。外加磁场后，控制弧斑在靶材表面的沟槽位置产生电弧放电。从而能够在靶材的沟槽表进行镀膜，被镀薄膜为DLC，TaC，TiN，CrN，ZrN，AlTiN，TiAlCrN等薄膜。

进一步的，靶材可以为金属，非金属或合金材质。具体的，靶材可以选用C，Ti，Cr，Zr，AlTi或TiAlCr等材质。

进一步的，工作气体为N₂，Ar₂或C₂H₂，等。

此外，由于环形线圈能够沿其轴线方向往返移动，从而能够调整外加磁场的覆盖范围，使得磁力线水平分量最大处的位置可调整，从而促使弧斑运动位置有按照一定轨迹移动的趋势，实现对不同位点的电弧离子镀，尤其在对具有圆润表面的沟槽进行镀膜的过程中，能够降低涂层表面粗糙度，有效降低涂层滴液。本电弧蒸发装置结构简单，易加工、易维护，能够节约制作和维护成本。

根据本发明的一种实施方式，沟槽的深度为靶材厚度的1/2；沟槽的底面与侧面之间设有圆角一，圆角一的半径为沟槽深度的1/2；沟槽开口端与靶材的外表面之间设有圆角二，圆角二的半径是沟槽深度的1/4。

由此，当中心磁铁与环形磁铁布置处于同一个水平，并且环形线圈不通电情况下，磁力线水平分量最大处位于沟槽内侧圆角二的位置，弧斑烧蚀点位于沟槽内侧圆角二的位置。当环形线圈位置位于靶材后方布局时，磁力线水平分量最大处逐渐向沟槽外侧圆角二位置平移，弧斑运动位置有向沟槽外侧圆角二移动的趋势。当环形线圈的位置与靶材表面平齐时，磁力线水平分量已移向沟槽外侧圆角二位置，弧斑移动位置处于沟槽外侧圆角二位置。

根据本发明的一种实施方式，靶材与蒸发槽之间配置有水冷座，水冷座的内部设有容置槽体，容置槽体内设有支撑台和多个换热基体，多个换热基体并列布设于支撑台的顶部，并且多个换热基体阵列设置，用于与靶材相接触配合。

支撑台的内部配置有“U”型的供水通道，供水通道包括分设两侧的进水流道和出水流道；换热基体为竖直设置的厚板材料，换热基体具有一定厚度，其内部设有倒“U”型的换热通道，换热通道的两端分别与进水流道以及出水流道连通。

进一步的，水冷座的侧壁上设有进水口和出水口，分别与供水通道的进水流道和出水流道相连通。

如此，通过进水口向供水通道的进水流道内部注入流动的冷却水，水流可以进入第一换气片内部的换热通道，并经由供水通道的出水流道从水冷座上的出水口排出。靶材与水冷座的上表面贴合设置，通过多个换热基体能够吸收靶材的热量，再配合换热基体内部的换热通道能够实现靶材的快速降温。

进一步的，水冷座远离靶材的一侧通过密封圈与蒸发槽的槽底相连。

根据本发明的一种实施方式，换热通道的内壁上配置有多个拨片，拨片由换热通道的内壁向轴线延伸。

拨片并不能将换热通道完全封闭，而是对水流形成阻碍，从而容易形成局部紊流，增大水流与换热基体外壁的热交换，从而更好地达到冷却效果。此外，拨片的设置有助于维持换热通道的空间结构，防止变形，降低装置的维护成本。

此外，拨片的设置，有利于将换热基体外部的热量快速向换热通道内部传递。并且，拨片增大了换热通道内壁的表面积，也就是说扩大了冷却水的吸热面积，有助于促进热量传递，从而达到快速降温的效果。

进一步的，拨片倾斜设置。也就是说，拨片并非沿换热通道的直径方向设置，而是由具有沿水流流向或逆水流流向的倾斜角度。如此，水流在经过拨片时会发生突缩或突扩，从而有助于将水流变成局部湍流的形式，提高热交换的效率。

根据本发明的一种实施方式，换热基体的中部设有辅助换热腔，辅助换热腔设于换热通道的内侧，辅助换热腔的内部设有折返流道，折返流道与换热通道的进水侧和出水侧均连通。

进一步的，辅助换热腔的内部平行间隔设置多个导流隔板，导流隔板的一个末端与辅助换热腔的内壁相连，另一端与辅助换热腔的内壁件留有缺口，多个导流隔板间隔交叉设置，形成折返流道。

由此，通过折返流道能够将部分未升温或升温幅度较低的冷却水通过辅助换热腔与换热通道出水侧的水流混合，从而有助于促进换热基体的温度均衡，防止局部温度过低造成的散热失效。并且折返流道的设置在换热基体的内部形成多位点支撑，有助于维持折返流道以及换热通道的空间结构，防止变形，从而保证靶材与水冷座的接触良好，进一步促进热量交换。

此外，折返流道的设置延长了部分水流的路径，从而延长其内部冷却水与换热基体外壁的接触时间，促进热交换的进行，有助于提高降温效果。

根据本发明的一种实施方式，水冷座的上方设有盖体，盖体的中部阵列布设多个换热通孔，换热通孔之间间隔布设多个第二换热片。

盖体与水冷座盖合时，多个换热基体的顶部穿插通过换热通孔，多个第二换热片与多个换热基体穿插配合，也就是说换热基体与第二换热片交错穿插设置。

盖体与靶材相贴合，具体的，第二换热片的顶部与靶材的底部抵接。由此，通过第二换热片快速吸收靶材的热量，并将热量向下传递至水冷座上的换热基体。由于盖体与水冷座盖合时，多个换热基体与多个第二换热片交叉配合，从而扩大换热表面积，提高换热效率。

根据本发明的一种实施方式，环形线圈与升降组件相配合；升降组件包括升降台和支撑柱，升降台套设在支撑柱上，环形线圈设于升降台上；升降台的下方设有推移板，推移板套设在支撑柱上，并且推移板与滚珠丝杠的螺母相配合，推移板通过连接件与升降台相连。

由此，通过滚珠丝杠的驱动可实现推移板带动升降板上下移动的效果，从而调整环形线圈的位置，改变磁场分布范围，按照需要调整弧斑烧蚀点的位置，从而对靶材上的沟槽的不同区域进行镀膜处理。

根据板发明的一种实施方式，连接件包括套设在支撑柱外侧的第一连接环体，第一连接环体的底部与推移板螺纹连接或嵌合连接或榫卯连接，第一连接环体的顶部通过弹簧与升降台抵接。

进一步的，第一连接环体的外侧套设有第二连接环体，弹簧设于第二连接环体的内侧。第二连接环体的顶部与升降台螺纹连接或嵌合连接或榫卯连接，第二连接环体的底部与第一连接环体的外壁抵接。

进一步的，第一连接环体的上端配置有第一凸缘，第二连接环体的下端配置有第二凸缘，第一凸缘位于第二凸缘的上方，并且第一凸缘与第二连接环体的内壁抵接，第二凸缘与第一连接环体的外壁抵接。

由此，通过连接件的设置，使得推移板与升降台之间实现弹性连接，具有一定的缓冲作用。推移板上下移动的过程中，升降台通过弹簧和第二连接环体受力，受力位点增加；弹簧和第二连接环体通过第一连接环体间接连接，又彼此制约，可保证升降台受力均衡，可防止升降台因突然受力而发生偏移、错位，保证环形线圈升降平稳，防止外加磁场紊乱，保证弧斑正常移动，降低涂层液滴的产生。

第一连接环体与第二连接环体的配合，能够保证升降台受力方向沿支撑柱的长度方向延伸，配合竖直设置的支撑柱具有导向作用，从而保证升降台移动方向精准，可避免磁场范围偏移。

此外，推移板通过第一连接环体、第二连接环体和弹簧的配合对升降台施力，还具有减振、降噪的效果。具体的，第一连接环体与第二连接环体通过第一凸缘和第二凸缘抵接配合，这使得二者在上下移动的过程中，可在受力的起始阶段出现速率上的差异，在第一连接环体与第二连接环体彼此摩擦、产生相对位移，以及弹簧发生形变的过程中，保证连接件整体移动的平稳性。第一凸缘与第二凸缘的设置，使得第一连接环体与第二连接环体相对移动后在二者之间产生或增加一定的空间，有助于局部热量的消散；并且在第一连接环体与第二连接环体相对移动的过程中，第二连接环体在第一凸缘的推动作用下也可产生一定的形变，具体表现为向外部扩展，可吸收部分振动能量，从而具有减振、降噪的效果。

根据本发明的一种实施方式，第一凸缘下方设有环槽，环槽内配置有滚珠，滚珠部分的裸露在第一连接环体的外表面，并且滚珠能够与第二连接环体的内壁滚动连接。

由此，通过滚珠可在第一连接环体与第二连接环体相对移动过程中，将部分滑动摩擦转变为滚动摩擦，可降低磨损效果，保证连接件结构的稳定，降低维护难度，延长使用寿命。

根据本发明的一种实施方式，第一连接环体的内壁上设有环槽，环槽内配置有滚珠，滚珠能够与支撑柱的外壁滚动连接。

由此，第一连接环体在上下移动过程中，与其内部的支撑柱滑动摩擦，阻力小，可保证移动平稳，降低磨损。

本发明相对于现有技术而言，具有如下有益效果：

1. 环形线圈可移动，促使弧斑运动位置有按照一定轨迹移动的趋势，实现对不同位点的电弧离子镀，尤其在对具有圆润表面的沟槽进行镀膜的过程中，能够降低涂层表面粗糙度，有效降低涂层滴液；

2. 设置水冷座，能够快速吸收靶材的热量，达到快速降温的效果；换热基体内部的换热通道与折返流道配合能够避免局部温度过高，具有均衡温度的效果；

3. 环形线圈与升降组件配合实现对磁场覆盖范围的调节；

4. 连接件的设置具有缓冲作用，使得升降台在移动过程中受力均衡，可变升降台偏移、错位，并且，连接件具有导向作用，可保证升降台移动方向精准，避免磁场范围偏移；

5. 连接件中第一凸缘与第二凸缘的设置，有助于局部热量的消散，并可吸收部分振动能量，具有减振、降噪的效果。

因此，本发明是一种能够有效降低涂层液滴，降低涂层表面粗糙度的一种电弧蒸发装置。

附图说明

图1为根据本发明实施例1的电弧蒸发装置的结构示意图；

图2为实施例1中，中心磁铁与环形磁铁布置处于同一个水平，并且环形线圈不通电情况下的磁场分布图；

图3为实施例1中，环形线圈通电后，并且向靠近靶材方向移动时的磁场分布图；

图4为实施例1中，环形线圈通电后，并且与靶材表面平齐时的磁场分布图；

图5为根据本发明实施例2的水冷座与盖体的装配结构示意图；

图6为图5所示的水冷座与盖体的拆分结构示意图；

图7为图6所示支撑台的结构示意图；

图8为图7所示支撑台的内部结构示意图；

图9为图6所示换热基体的内部结构示意图；

图10为根据本发明实施例3的升降组件的结构示意图。

附图标号：真空腔体10；蒸发槽11；脉冲电源12；中心磁铁13；环形磁铁14；环形线圈15；靶材20；沟槽21；圆角一22；圆角二23；水冷座30；容置槽体31；进水口32；出水口33；支撑台41；供水通道42；进水流道43；出水流道44；换热基体51；换热通道52；拨片53；辅助换热腔54；导流隔板55；折返流道56；盖体61；第二换热片62；升降台71；支撑柱72；推移板73；第一连接环体74；第一凸缘75；第二连接环体76；第二凸缘77；弹簧78；滚珠79。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。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

图1~图4示意性的显示了根据本发明一实施方式的电弧蒸发装置。如图所示，本装置包括真空腔体10、靶材20、脉冲电源12、磁性单元。

其中，脉冲电源12的阳极与真空腔体10相连，阴极与靶材20相连。真空腔体10与真空泵和进气泵相配合，用于对其内部进行抽真空和充入工作气体的操作。真空腔体10的一个内壁上设置有蒸发槽11，本实施例中蒸发槽11设置在真空腔体10的底部，蒸发槽11由真空腔体10的内部向下凹陷，靶材20设于蒸发槽11内。蒸发槽11的槽底通过密封圈连接有水冷座30，靶材20设置在水冷座30上。

磁性单元设于真空腔体10的外侧，并与靶材20对应设置。磁性单元包括中心磁铁13和环形磁铁14，中心磁铁13设于环形磁铁14的内部，环形磁铁14的极性与中心磁铁13的极性相反，并且靶材20位于中心磁铁13的磁力线覆盖范围之内。此外，环形磁铁14的外侧还设有环形线圈15。环形线圈15也与蒸发槽11对应设置，套设在真空腔体10的外围，环形线圈15能够沿真空腔体10的外壁上下往返移动。并且环形线圈15通直流电后产生的磁极性与中心磁铁13相同。

靶材20作为被蒸发材料，其上的被蒸发面设置有环形的沟槽21，沟槽21为类似于甜甜圈的形状，具有圆润的边角。具体的，沟槽21的深度为靶材20厚度的1/2；沟槽21的底面与侧面之间设有圆角一22，圆角一22的半径为沟槽21深度的1/2；沟槽21开口端与靶材20的外表面之间设有圆角二23，圆角二23的半径是沟槽21深度的1/4。

靶材20作为被蒸发材料，可以为金属，非金属或合金材质，可以选用C，Ti，Cr，Zr，AlTi或TiAlCr等材质。在对靶材20进行镀膜处理时，使其上的沟槽21背离水冷座30放置。具体操作如下：通过真空泵将真空腔体10内部的气体排出之后，再通过进气泵向其内部充入工作气体，工作气体可选用N₂，Ar₂或C₂H₂，维持真空腔体10内部气压1Pa-4Pa；在阴极与阳极之间通大功率的直流脉冲电，电流约400A-600A，产生弧光放电，弧斑会在靶材20表面做随机运动。

靶材20位于中心磁铁13的磁力线覆盖范围之内。环形磁铁14的极性与中心磁铁13的极性相反。环形线圈15通直流电后产生的磁极性与中心磁铁13相同。通过磁性单元产生的外加磁场来改变弧斑运动的方向与位置。外加磁场后，控制弧斑在靶材20表面的沟槽21位置产生电弧放电。从而能够在靶材20的沟槽21表进行镀膜，被镀薄膜为DLC，TaC，TiN，CrN，ZrN，AlTiN，TiAlCrN等薄膜。

使用本电弧蒸发装置的工艺步骤如下：

1.升温到180℃-500℃，真空腔体10内的真空度小于5E-2pa；2.通入工作气体，采用IET清洗30min-60min；3.弧电流400A-600A，偏压30V-100V，环形线圈15电源连接直流扫描电源，电流设置0-10A，扫描周期为2S，涂层时间2h-6h，根据膜厚不同来调整镀膜时间。

具体的，由于环形线圈15能够上下往返移动，从而能够调整外加磁场的覆盖范围，使得磁力线水平分量最大处的位置可调整，从而促使弧斑运动位置有按照一定轨迹移动的趋势。

当中心磁铁13与环形磁铁14布置处于同一个水平，并且环形线圈15不通电情况下，磁力线水平分量最大处位于沟槽21内侧圆角二23的位置，弧斑烧蚀点位于沟槽21内侧圆角二23的位置，参见图2。当环形线圈15通电后，并且向靠近靶材20方向移动时，磁力线水平分量最大处逐渐向沟槽21外侧圆角二23位置平移，弧斑运动位置有向沟槽21外侧圆角二23移动的趋势，参见图3。当环形线圈15的位置与靶材20表面平齐时，磁力线水平分量已移向沟槽21外侧圆角二23位置，弧斑移动位置处于沟槽21外侧圆角二23位置，参见图4。由此，实现对不同位点的电弧离子镀，尤其在对具有圆润表面的沟槽21进行镀膜的过程中，能够降低涂层表面粗糙度，有效降低涂层滴液。本电弧蒸发装置结构简单，易加工、易维护，能够节约制作和维护成本。

实施例2

图5~图9示意性的显示了根据本发明另一实施方式的电弧蒸发装置的水冷座30，与实施例1的不同之处在于：

水冷座30的内部设有容置槽体31，侧壁上设有进水口32和出水口33。容置槽体31内设有支撑台41和多个换热基体51，多个换热基体51并列布设于支撑台41的顶部，并且多个换热基体51阵列设置，换热基体51的顶部与靶材20进行热量交换。

支撑台41的内部配置有“U”型的供水通道42，供水通道42包括分设两侧的进水流道43和出水流道44，进水流道43与水冷座30侧壁上的进水口32连通，出水流道44与水冷座30侧壁上的出水口33连通。换热基体51为竖直设置的厚板材料，一般可根据需要设置换热基体51的厚度为1cm~2cm，换热基体51具有一定厚度，其内部设有倒“U”型的换热通道52，并且换热基体51竖直设置，导致换热通道52在竖直方向延伸，换热通道52倒“U”型结构上的两端开口处分别为进水端和出水端，并且换热通道52横跨在进水流道43的上方，换热通道52的进水端与供水通道42的进水流道43连通，换热通道52的出水端与供水通道42的出水流道44连通。通过进水口32向供水通道42的进水流道43内部注入流动的冷却水，水流可以进入第一换气片内部的换热通道52，并经由供水通道42的出水流道44从水冷座30上的出水口33排出。靶材20与水冷座30的上表面贴合设置，通过多个换热基体51能够吸收靶材20的热量，再配合换热基体51内部的换热通道52能够实现靶材20的快速降温。

此外，换热通道52的内壁上配置有多个拨片53，拨片53由换热通道52的内壁向轴线延伸。并且，拨片53并非沿换热通道52的直径方向设置，而是由具有沿水流流向或逆水流流向的倾斜角度。

拨片53并不能将换热通道52完全封闭，而是对水流形成阻碍，从而容易形成局部紊流，增大水流与换热基体51外壁的热交换，从而更好地达到冷却效果。此外，拨片53的设置有助于维持换热通道52的空间结构，防止变形，降低装置的维护成本。拨片53增大了换热通道52内壁的表面积，有助于促进热量传递，从而达到快速降温的效果。

换热基体51的中部设有辅助换热腔54，辅助换热腔54设于换热通道52的内侧。辅助换热腔54的内部平行间隔设置多个导流隔板55，导流隔板55的一个末端与辅助换热腔54的内壁相连，另一端与辅助换热腔54的内壁件留有缺口，多个导流隔板55间隔交叉设置，形成折返流道56，折返流道56与换热通道52的进水侧和出水侧均连通。

由此，通过折返流道56能够将部分未升温或升温幅度较低的冷却水通过辅助换热腔54与换热通道52出水侧的水流混合，从而有助于促进换热基体51的温度均衡，防止局部温度过低造成的散热失效。

水冷座30的上方与靶材20之间还设有盖体61，盖体61的中部阵列布设多个换热通孔，换热通孔之间间隔布设多个第二换热片62。盖体61与水冷座30盖合时，多个换热基体51的顶部穿插通过换热通孔，多个第二换热片62与多个换热基体51交错配合，第二换热片62穿插在相邻设置的两个换热基体51之间，也就是说换热基体51与第二换热片62交错穿插设置。通过第二换热片62快速吸收靶材20的热量，并将热量向下传递至水冷座30上的换热基体51，提高换热效率。

实施例3

图10示意性的显示了根据本发明又一实施方式的电弧蒸发装置的升降组件，与实施例1的不同之处在于：

环形线圈15与升降组件相配合，用于实现环形线圈15的上下移动。具体的，升降组件包括升降台71和支撑柱72，升降台71套设在支撑柱72上，环形线圈15设于升降台71上；升降台71的下方设有推移板73，推移板73套设在支撑柱72上，并且推移板73与滚珠丝杠（图中未标出）的螺母相配合，推移板73通过连接件与升降台71相连。

连接件包括套设在支撑柱72外侧的第一连接环体74，第一连接环体74的底部与推移板73螺纹连接，第一连接环体74的顶部通过弹簧78与升降台71抵接。第一连接环体74的外侧套设有第二连接环体76，弹簧78设于第二连接环体76的内侧。第二连接环体76的顶部与升降台71螺纹连接，第二连接环体76的底部与第一连接环体74的外壁抵接。第一连接环体74的上端配置有第一凸缘75，第二连接环体76的下端配置有第二凸缘77，第一凸缘75位于第二凸缘77的上方，并且第一凸缘75与第二连接环体76的内壁抵接，第二凸缘77与第一连接环体74的外壁抵接。

此外，第一凸缘75下方设有环槽，环槽内配置有滚珠79，滚珠79部分的裸露在第一连接环体74的外表面，并且滚珠79能够与第二连接环体76的内壁滚动连接。通过滚珠79可在第一连接环体74与第二连接环体76相对移动过程中，将部分滑动摩擦转变为滚动摩擦，可降低磨损效果，保证连接件结构的稳定，降低维护难度，延长使用寿命。

在其他实施例中，第一连接环体74的内壁上设有环槽，环槽内配置有滚珠，该滚珠能够与支撑柱72的外壁滚动连接。由此，第一连接环体74在上下移动过程中，与其内部的支撑柱72滑动摩擦，阻力小，可保证移动平稳，降低磨损。

实施例4

进行比较测试，比较电弧蒸发装置对靶材20进行镀膜处理的效果，结果如下。

测试一：采用如实施例1~3中任意一种电弧蒸发装置对靶材20进行镀膜处理，其中：靶材20为Ti材质；弧电流400A；工作气体选用Ar₂和N₂，气压1.5Pa；偏压电压60V；环形线圈15扫描周期2S，并且环形线圈15的上端与靶材20的下表面齐平；环形线圈15通电，镀膜时间5h。涂层后，测定靶材20表面上的沟槽21外侧圆角二23的表面液滴状况，记录粗糙度、涂层硬度和膜厚等物理参数，其中粗糙度为0.020Ra，涂层硬度为3000hv，膜厚为3um。同时测定靶材20表面上的沟槽21内侧圆角二23的表面液滴状况，记录粗糙度、涂层硬度和膜厚等物理参数，其中粗糙度为0.238Ra，涂层硬度为2200hv，膜厚为3um。

测试二：调整环形线圈15的位置，使环形线圈15的上端与靶材20的上表面平齐，采用弧电流400A，Ti靶，气压1.5Pa，偏压电压60V，环形线圈15的扫描周期2S，镀膜时间3h。涂层后，测定靶材20表面上的沟槽21外侧圆角二23的表面液滴状况，记录粗糙度、涂层硬度和膜厚等物理参数，其中粗糙度为0.015Ra，涂层硬度为3200hv，膜厚为3um。同时测定靶材20表面上的沟槽21内侧圆角二23的表面液滴状况，记录粗糙度、涂层硬度和膜厚等物理参数，其中粗糙度为0.238Ra，涂层硬度为2200hv，膜厚为3um。

本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电弧蒸发装置，其特征在于，包括：

真空腔体（10），所述真空腔体（10）的内壁设有蒸发槽（11）；

靶材（20），设于所述蒸发槽（11）内，所述靶材（20）上远离所述蒸发槽（11）底部的一侧表面配置有环形的沟槽（21）；

脉冲电源（12），所述脉冲电源（12）的阳极与所述真空腔体（10）相连，所述脉冲电源（12）的阴极与所述靶材（20）相连；

磁性单元，设于所述真空腔体（10）的外侧，并与所述靶材（20）对应设置；所述磁性单元包括中心磁铁（13）和环形磁铁（14），所述中心磁铁（13）设于所述环形磁铁（14）的内部，所述环形磁铁（14）的极性与所述中心磁铁（13）的极性相反，并且所述靶材（20）位于所述中心磁铁（13）的磁力线覆盖范围之内。

2.根据权利要求1所述的一种电弧蒸发装置，其特征在于，

包括环形线圈（15），所述环形线圈（15）设于所述环形磁铁（14）的外侧，并套设在所述真空腔体（10）的外围，所述环形线圈（15）能够沿所述真空腔体（10）的外壁往返移动。

3.根据权利要求1所述的一种电弧蒸发装置，其特征在于，

所述沟槽（21）的深度为所述靶材（20）厚度的1/2；所述沟槽（21）的底面与侧面之间设有圆角一（22），所述圆角一（22）的半径为所述沟槽（21）深度的1/2；所述沟槽（21）开口端与所述靶材（20）的外表面之间设有圆角二（23），所述圆角二（23）的半径是所述沟槽（21）深度的1/4。

4.根据权利要求1所述的一种电弧蒸发装置，其特征在于，

所述靶材（20）与所述蒸发槽（11）之间配置有水冷座（30），所述水冷座（30）上设有支撑台（41）和多个换热基体（51），多个所述换热基体（51）并列布设于所述支撑台（41）的顶部；多个所述换热基体（51）与所述靶材（20）相配合；

所述支撑台（41）的内部配置有供水通道（42），所述供水通道（42）包括分设两侧的进水流道（43）和出水流道（44）；所述换热基体（51）的内部设有换热通道（52），所述换热通道（52）的两端分别与所述进水流道（43）以及所述出水流道（44）连通。

5.根据权利要求4所述的一种电弧蒸发装置，其特征在于，

所述换热通道（52）的内壁上配置有多个拨片（53），所述拨片（53）由所述换热通道（52）的内壁向轴线延伸。

6.根据权利要求4所述的一种电弧蒸发装置，其特征在于，

所述换热基体（51）的中部设有辅助换热腔（54），所述辅助换热腔（54）设于所述换热通道（52）的内侧，所述辅助换热腔（54）的内部设有折返流道（56），所述折返流道（56）与所述换热通道（52）的进水侧和出水侧均连通。

7.根据权利要求4所述的一种电弧蒸发装置，其特征在于，

所述水冷座（30）的上方设有盖体（61），所述盖体（61）的中部阵列布设多个换热通孔，所述换热通孔之间间隔布设多个第二换热片（62）；

所述盖体（61）与所述水冷座（30）盖合时，多个所述换热基体（51）的顶部穿插通过所述换热通孔，多个所述第二换热片（62）与多个所述换热基体（51）交错配合。

8.根据权利要求2所述的一种电弧蒸发装置，其特征在于，

所述环形线圈（15）与升降组件相配合；

所述升降组件包括升降台（71）和支撑柱（72），所述升降台（71）套设在所述支撑柱（72）上，所述环形线圈（15）设于所述升降台（71）上；

所述升降台（71）的下方设有推移板（73），所述推移板（73）套设在所述支撑柱（72）上，并且所述推移板（73）与滚珠丝杠的螺母相配合，所述推移板（73）通过连接件与所述升降台（71）相连。

9.根据权利要求8所述的一种电弧蒸发装置，其特征在于，

所述连接件包括套设在所述支撑柱（72）外侧的第一连接环体（74），所述第一连接环体（74）的底部与所述推移板（73）连接，所述第一连接环体（74）的顶部通过弹簧（78）与所述升降台（71）抵接；

所述第一连接环体（74）的外侧套设有第二连接环体（76），所述第二连接环体（76）的顶部与所述升降台（71）连接，

所述第一连接环体（74）的上端配置有第一凸缘（75），所述第二连接环体（76）的下端配置有第二凸缘（77），所述第一凸缘（75）位于所述第二凸缘（77）的上方，并且所述第一凸缘（75）与所述第二连接环体（76）的内壁抵接，所述第二凸缘（77）与所述第一连接环体（74）的外壁抵接。

10.一种电弧镀膜涂层方法，其特征在于，采用如权利要求2所述的一种电弧蒸发装置，包括以下步骤：

S1. 将待处理的靶材（20）放置于所述蒸发槽（11）内，并使所述靶材（20）上的沟槽（21）远离所述蒸发槽（11）底部的一侧设置；

S2. 对所述真空腔体（10）内进行抽真空处理后，再通入工作气体，调节弧电流400A-600A，偏压30V-100V；

S3. 所述环形线圈（15）连接电源后，电流设置为0A-10A，对所述靶材（20）进行镀膜涂层处理，涂层时间2h-6h；

S4. 上下移动所述环形线圈（15），对所述沟槽（21）的不同位点进行镀膜涂层处理。

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