CN205223339U - 具有增置阳极的镀膜系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了具有增置阳极的镀膜系统，包括镀膜室、气体单元、质量流量控制单元、放电控制单元、以及真空单元，其中所述放电控制单元包括设置于镀膜室内的两个阴极靶、增置阳极、以及设置于镀膜室外的弧电源、稳压电源和多个开关。本实用新型提供的具有增置阳极的镀膜系统利用增置阳极，使靶材离化率提高，利用势能使得镀膜附着力明显提升。
Description
技术领域
本实用新型涉及刀具的表面处理工艺，尤其涉及用于给刀具表面镀膜的镀膜系统。
背景技术
在高速钢、硬质合金，合金陶瓷等切削刀具上制作硬质薄膜，通常利用物理气相沉积技术，现有技术中一般是通过初期离子清洗或利用制作缓冲层提高镀膜附着力。不同的涂层种类，会使用相应的成分的靶材进行气相沉积，因此会出现众多靶材的现象。虽然它们具有各自的优点，却存在靶材众多，并因镀膜不同而频繁更换靶材的问题，严重影响生产效率。
实用新型内容
本实用新型主要应用于TiaAlbN(0.3≤a≤0.7)结构的镀膜，一般的TiAlN薄膜所使用的成分比主要是Ti:Al＝0.3:0.7,Ti:Al＝0.5:0.5,Ti:Al＝0.33:0.67。以往的做法是使用不同的靶材制作不同的镀膜，因此存在频繁更换不同靶材的问题。
为了解决现有技术存在的以上问题，本实用新型设计了一种具有增置阳极的镀膜系统该镀膜系统通过增置阳极，使靶材离化率提高，利用势能使得镀膜附着力明显提升。
为实现上述目的，本实用新型提供的具有增置阳极的镀膜系统，采用如下技术方案：
具有增置阳极的镀膜系统，包括镀膜室、气体单元、质量流量控制单元、放电控制单元、以及真空单元，其中：
所述放电控制单元包括设置于镀膜室内的两个阴极靶、增置阳极、以及设置于镀膜室外的弧电源、稳压电源和多个开关，所述两个阴极靶包括第一阴极靶和第二阴极靶，增置阳极包括第一增置阳极和第二增置阳极，弧电源包括第一弧电源和第二弧电源，稳压电源包括第一稳压电源和第二稳压电源；
所述第一阴极靶与所述第一弧电源的负极相连，所述第一弧电源的正极与所述镀膜室通过第三开关相连，第一弧电源的正极与所述第二增置阳极通过第七和第四开关相连；所述第一稳压电源的负极与所述镀膜室连接，所述第一稳压电源的正极与所述第一增置阳极通过第五开关和第一开关连接；
所述第二阴极靶与所述第二弧电源的负极相连，所述第二弧电源的正极与所述镀膜室通过第二开关相连，第二弧电源的正极与所述第一增置阳极通过第六开关和第一开关相连；所述第二稳压电源的负极与所述镀膜室连接，所述第二稳压电源的正极与所述第二增置阳极通过第八开关和第四开关连接。
进一步地，所述第一增置阳极和/或第二增置阳极的内部设有磁铁。
优选的，所述第一增置阳极和第二增置阳极设置为分别与所述第二阴极靶和所述第一阴极靶的位置方向相对。
优选的，所述第一阴极靶的材质为钛，所述第二阴极靶的材质为铝。
有益效果：本实用新型提供的具有增置阳极的镀膜系统利用增置阳极，使靶材离化率提高，利用势能使得镀膜附着力明显提升。
附图说明
图1是本实用新型涉及的具有增置阳极的镀膜系统示意图，其中100—镀膜室、101A—第一阴极靶、101B—第二阴极靶、102A—第一弧电源、102B—第二弧电源、103A—第一增置阳极、103B—第二增置阳极、104A—第一稳压电源、104B—第二稳压电源。
图2是本实用新型涉及的具有增置阳极的镀膜系统示意图，其状态是在101A上提供40V电压。
图3是本实用新型涉及的具有增置阳极的镀膜系统示意图，其状态是在101B上提供40V电压。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
本实用新型的镀膜系统构成如图1所示，由镀膜室100、第一阴极靶101A、第二阴极靶101B、第一弧电源102A、第二弧电源102B、第一增置阳极103A、第二增置阳极103B、第一稳压电源104A、第二稳压电源104B和多个开关构成。
本实用新型中第一增置阳极103A和第二增置阳极103B的作用是使得电离子向一定的方向集中，提高靶材的离化率。
在图2中，第一弧电源102A的电压调节为40V，第一阴极靶101A以40V电压向第二增置阳极103B放电，使得放电离子方向更加集中，提高靶材的离化率。
进一步地，在第二增置阳极103B内部装置磁铁，其感应强度设为500-1000高斯。这可使放电离子方向更为集中。
进一步地，在第一阴极靶101A以40V放电的同时，第二弧电源102B电压调节为20V，第二弧电源102B的阳极与镀膜室100相连。第一稳压电源104A开启，第一稳压电源104A的阳极与第一增置阳极103A相连。第二阴极靶101B对第一增置阳极103A放电。此时开关状态为：第一开关105、第二开关106、第四开关108、第五开关109、第七开关111关闭，第三开关107、第六开关110、第八开关112打开。第一阴极靶101A以40V的电压放电，第二阴极靶101B以20V的电压进行放电。
一定时间后，第一阴极靶101A和第二阴极靶101B的电压进行交换，此时状态如图3所示，第一开关105、第三开关107、第四开关108、第六开关110、第八开关112关闭，第二开关106、第七开关111、第五开关109打开。第一阴极靶101A上以20V的电压放电，第二阴极靶101B以40V的电压放电。
在镀膜时，按照图2和图3中的开关状态交替进行。
如上所述，第一阴极靶101A、第二阴极靶101B分别以20V和40V的电压交替放电，运用不同的两个靶材制作多元薄膜。
下表阐述了镀膜过程中，镀膜室内腔室和阳极的变化。
表1
表1所示，镀膜室100与第一弧电源102A阳极连接时，镀膜室100为阳极A，当第一弧电源102A的阳极与第二增置阳极103B连接时，第二增置阳极103B为阳极A＇，当第一稳压电源104A的阳极与第一增置阳极103A连接时，第一增置阳极103A为阳极A"。
镀膜室100与第二弧电源102B阳极连接时，镀膜室100为阳极B，当第二弧电源102B的阳极与第一增置阳极103A连接时，第一增置阳极103A为阳极B＇，当第二稳压电源104B的阳极与第二增置阳极103B连接时，第二增置阳极103B为B"。
镀膜时，阳极为AB＇B"、A＇A"B、AB＇B"或A＇A"B，并按照AB＇B"、A＇A"B、AB＇B"、A＇A"B的顺序反复循环进行，其中AB＇B"表示的状态是镀膜室与第一弧电源阳极连接，第二弧电源的阳极与第一增置阳极连接，第二稳压电源的阳极与第二增置阳极连接。A＇A"B、AB＇B"或A＇A"B的含义以此类推。
镀膜室100内的第一蒸发皿和第二蒸发皿(图未示)在不同的势能交替下对切削刀具进行镀膜，这样能使薄膜的附着力提升。
为了得到预期的薄膜成分比，利用不同靶材Ti靶和Al靶，通过工艺参数变化，进行薄膜成分比率的实验。
表2是根据本实用新型制作不同成分比的薄膜，并通过EDX测定其薄膜成分。
表2
表2表明，改变弧电流能使薄膜成份比产生相应变化；利用一个以上单一成份靶材能制作出多元薄膜，并能控制其不同元素的成份比率。
利用TiAlN类薄膜中最常使用的TiaAl1-a组成中a＝0.5,0.7的成份组合，实施控制放电电压的比较实验。在本实验中，比较例利用上述A和D，实施现有技术中的物理气相沉积法和本实用新型中提出的通过控制放电电压，制造混合薄膜的实验。
在表2中，我们抽取了TiaAl1-a薄膜系列中a＝0.7和a＝0.5的最常见的成分组合(即上述的A、D)，与我们用传统方法制作的薄膜进行比较。
试样的工艺条件与对比试样(A＇、D＇)相同，但本工艺中将阴极靶放电电压从20V提高到40V，且在镀膜室内设置了增置阳极，以确保集中放电。
表3，是试样与对比试样的实验结果。
在本实验中，我们会对样品进行大载荷划痕试样，施加在金刚头上的力为100N。
表3
上述A＇、D＇是使用传统方法制作，A、D是利用本实用新型方法制作的。弧电流相同，各以60～180A对薄膜进行沉积。
从以上结果来看，Ti0.3Al0.7N的对比组A/A＇，A试样的附着力明显比A＇试样的提高了18N。Ti0.5Al0.5N的对比组D/D＇，D试样的附着力明显比D＇试样的提高了23N。综上所示，本实用新型的样品比传统方法制作的样品，在附着力上，分别提高了19％，30％。
本试样数据是经过反复测试而得出的唯一结果。
这种结果是通过提高放电电压并增置阳极，使靶材离化率提高，利用势能使得镀膜附着力明显提升。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。
Claims (4)
1.具有增置阳极的镀膜系统，包括镀膜室、气体单元、质量流量控制单元、放电控制单元、以及真空单元，其特征在于：
所述放电控制单元包括设置于镀膜室内的两个阴极靶、增置阳极、以及设置于镀膜室外的弧电源、稳压电源和多个开关，所述两个阴极靶包括第一阴极靶和第二阴极靶，增置阳极包括第一增置阳极和第二增置阳极，弧电源包括第一弧电源和第二弧电源，稳压电源包括第一稳压电源和第二稳压电源；
所述第一阴极靶与所述第一弧电源的负极相连，所述第一弧电源的正极与所述镀膜室通过第三开关相连，第一弧电源的正极与所述第二增置阳极通过第七和第四开关相连；所述第一稳压电源的负极与所述镀膜室连接，所述第一稳压电源的正极与所述第一增置阳极通过第五开关和第一开关连接；
所述第二阴极靶与所述第二弧电源的负极相连，所述第二弧电源的正极与所述镀膜室通过第二开关相连，第二弧电源的正极与所述第一增置阳极通过第六开关和第一开关相连；所述第二稳压电源的负极与所述镀膜室连接，所述第二稳压电源的正极与所述第二增置阳极通过第八开关和第四开关连接。
2.根据权利要求1所述的具有增置阳极的镀膜系统，其特征在于：所述第一增置阳极和/或第二增置阳极的内部设有磁铁。
3.根据权利要求1所述的具有增置阳极的镀膜系统，其特征在于：所述第一增置阳极和第二增置阳极设置为分别与所述第二阴极靶和所述第一阴极靶的位置方向相对。
4.根据权利要求1所述的具有增置阳极的镀膜系统，其特征在于：所述第一阴极靶的材质为钛，所述第二阴极靶的材质为铝。
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