CN202786397U - 一种等离子渗氮设备 - Google Patents

Abstract

一种等离子渗氮设备，包括真空镀膜室、抽气系统、人机控制系统、充气系统、脉冲电源系统，真空镀膜室内设有用于等离子渗氮的金属网罩，所述金属网罩通过一横向贯穿的金属棒将其固定于镀膜室内，所述金属棒与镀膜室外高脉冲电源电连接，金属棒两端通过玻璃砖固定在底座支架上，金属棒与玻璃砖之间连接方式为搭接，搭接处存有的间隙填充有铝箔。该设备在高频率高电压下，利用金属网罩把电子限制在网罩内部，使电子和氮气分子发生多次碰撞，产生很大的放电电流，形成高密度的活性氮等离子体。大的放电电流可以将工件温度升高到300~350℃，在高密度的等离子氛围下带正电的氮离子轰击工件表面，通过扩散渗入到工件内部形成微米级的氮化层。

Description

一种等离子渗氮设备

技术领域

本发明涉及镀膜领域，具体地说是一种可以提高类金刚石膜和基体结合力的新型等离子渗氮设备。

背景技术

等离子全方位离子沉积（PIID）技术为PIIP技术的一种。其基本原理是，在工件上施加高压脉冲电压（~﹣4KV），脉冲电源系统另一端接真空壁，真空壁作为阳极接地。由于工件表面聚集了大量的自由电子，且气压满足辉光放电的气压工作区间，此时，工件表面不断向真空室内释放电子，在加速到真空壁的过程中，电子与Ar原子发生碰撞使其电离，高能量的电子造成了Ar原子大量电离，加之一个电子会与Ar原子产生多次碰撞，此时，整个真空室内部都充满了等离子体，因工件表面的电子能量最高，造成其表面等离子体强度更高，到真空壁附近逐渐衰减。电子经过多次碰撞后，能量消失殆尽，靠近真空壁附近最终被真空壁（阳极）捕获，形成回路。电离后的Ar+带正电，受到工件（带负电）的吸引而加速，在加速过程中可能会与其他原子（离子）发生多次碰撞，但不影响最终的结果，工件表面受到加速后的Ar⁺的轰击，表面的氧化物和杂质被刻蚀，实现了工件表面的等离子体清洗，Ar⁺从工件表面获得电子后恢复到基态。一般而言，等离子清洗这一过程需要2-3小时。和等离子清洗原理相似，工件经清洗完毕后，在不降低电压的情况下，向真空内直接充入碳氢气体等，电子轰击这些气体分子将其电离，和Ar气不同的是，带正电的这些离子轰击到工件表面，获得电子后不会变成气体脱离表面（Ar气则直接脱离工件表面），而是以固态的形式直接沉积下来，形成了碳氢涂层，也就是类金刚石涂层，其中含有30%左右的固态氢，因此比金刚石韧性高，硬度能达到金刚石的25-30%。

传统类金刚石镀膜设备没有金属网罩，直接将工件悬挂于金属棒或放置于金属平板上镀膜，其内的沉积温度一般在150℃左右，对于Fe基等大多数材料而言，渗氮的温度一般要在400℃左右，因此渗氮效果差，影响了后面镀的DLC膜与工件的结合力；对于某些核心零部件，由于结合力差，在冲击力比较大的情况下，会造成DLC膜工作寿命的降低甚至剥落。

发明内容

本发明的目的提供一种可以提高类金刚石膜与基体材料结合力的等离子渗氮装置。

本发明解决技术问题采用如下方案：

一种等离子渗氮设备，该设备包括真空镀膜室、抽气系统、人机控制系统、充气系统、脉冲电源系统，所述脉冲电源系统包括IGBT逆变桥、升压变压器、限流电感、下拉电路，所述真空镀膜室内设有用于等离子渗氮的金属网罩，其结构特点在于，所述金属网罩通过一横向贯穿的金属棒将其固定于镀膜室内，所述金属棒与镀膜室外高脉冲电源电连接，金属棒两端通过玻璃砖固定在底座支架上，所述金属棒与玻璃砖之间连接方式为搭接，搭接处存有的间隙填充有铝箔。

本发明结构特点还在于：所述玻璃砖上设有一个直径为0.5cm-2cm防爆裂的小孔。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本实用新型设备在高频率高电压下，利用金属网罩把电子限制在网罩内部，使电子和氮气分子发生多次碰撞，产生很大的放电电流，形成高密度的活性氮等离子体。大的放电电流可以将工件温度升高到300~350℃，在高密度的等离子氛围下带正电的氮离子轰击工件表面，通过扩散渗入到工件内部形成微米级的氮化层。将类金刚石膜镀在这层氮化层上可以显著提高结合力，使其能够应用在冲击力更为苛刻的环境下而不会造成剥落。

附图说明

图1是等离子渗氮设备系统构成图。

以下结合附图通过具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

具体实施方式

如图1所示，等离子渗氮设备包括真空检测系统1、真空罐2、气源输入装置3、脉冲电源4、人机控制系统5、抽气系统6、底座支架7、铝箔8、金属网罩9、工件10（包括金属、陶瓷、玻璃等金属和非金属材质）、金属棒11、玻璃砖12组成；所述脉冲电源系统包括IGBT逆变桥、升压变压器、限流电感、下拉电路，所述真空镀膜室内设有用于等离子渗氮的金属网罩，所金属网罩通过一横向贯穿的金属棒将其固定于镀膜室内，所述金属棒与镀膜室外高脉冲电源电连接，金属棒两端通过玻璃砖固定在底座支架上，所述金属棒与玻璃砖之间连接方式为搭接，搭接处存有的间隙填充有铝箔，所述玻璃砖上设有一个直径为0.5cm-2cm防爆裂的小孔。

如图所示，将工件置于金属网罩内部，通过泵组将真空罐气压抽到10-3Pa以下，烘烤除气1小时后向真空罐充入高纯Ar，使气压保持在1~2Pa，而后在工件表面加载高压负脉冲，工件表面会向外不断释放电子，电子与真空室内的氩气发生碰撞使其电离产生等离子体，带正电的Ar离子会向工件表面加速对其表面进行等离子清洗，清洗完毕后，工件表面处于一个非常新鲜的表面。此时通过改变充气系统将Ar气切换为氮气，气压1.5Pa左右，调节电源输出使电压和频率升高，其中电压3000V左右，频率1200Hz左右，这时候平均电流达到2~3A。在高频率高电压下，金属网罩把电子限制在其内部，使电子和氮气分子发生多次碰撞，产生很大的放电电流，形成高密度的活性氮等离子体。大的放电电流可以将工件温度升高到300~350℃，在高密度的等离子氛围下带正电的氮离子轰击工件表面，通过扩散渗入到工件内部形成微米级的氮化层。将类金刚石膜镀在这层氮化层上可以显著提高结合力。

Claims (2)

1.一种等离子渗氮设备，该设备包括真空镀膜室、抽气系统、人机控制系统、充气系统、脉冲电源系统，所述脉冲电源系统包括IGBT逆变桥、升压变压器、限流电感、下拉电路，所述真空镀膜室内设有用于等离子渗氮的金属网罩，其特征在于，所述金属网罩通过一横向贯穿的金属棒将其固定于镀膜室内，所述金属棒与镀膜室外高脉冲电源电连接，金属棒两端通过玻璃砖固定在底座支架上，所述金属棒与玻璃砖之间连接方式为搭接，搭接处存有的间隙填充有铝箔。

2.根据权利要求1所述的一种等离子渗氮设备，其特征在于，所述玻璃砖上设有一个直径为0.5cm-2cm防爆裂的小孔。