CN216074013U - 多弧离子镀弧源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多弧离子镀弧源装置，包括圆柱体靶材、引弧针、设置于靶材背面N极指向靶材的永磁铁、设置于靶材背面的轴线与所述靶材的轴线平行的励磁线圈，励磁线圈的轴线与所述靶材的轴线间距d以及励磁线圈的半径r满足d≤0.1R，0.5R≤r≤0.75R，其中R为靶材半径，本实用新型具有结构简单、维护方便、靶材利用率高的特点。

Description

多弧离子镀弧源装置

技术领域

本实用新型涉及多弧离子镀领域，具体涉及一种多弧离子镀弧源装置。

背景技术

活塞环作为发动机汽缸中的运动部件，其工作环境恶劣，要求很高的耐腐蚀性能与耐磨性能。多弧离子镀工艺因其得到的表面镀层膜层均匀，致密度高，耐磨耐腐蚀，广泛运用于活塞环表面处理中。

型号为AC1050的多弧离子镀膜设备使用直径为150mm的圆柱体靶材，通过设置于靶材背面的永磁体改善靶材表面电弧放电，使电弧细碎，细化涂层微粒，但是永磁体产生的磁场是静态的，其在靶材工作面分布并不均匀，靶材边缘磁感应强度强于靶材圆心周围，导致靶材烧蚀不均匀，出现外凹内凸的状态，不利于靶材利用率的提升，经实际测算，其靶材利用率仅能达到57％左右。

实用新型内容

鉴于现有设备靶材利用率低，本实用新型旨在提供一种结构简单、靶材利用率高的多弧离子镀弧源装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种多弧离子镀弧源装置，包括圆柱体靶材、引弧针以及设置于靶材背面N极指向靶材的永磁铁，其特征在于，还包括设置于靶材背面的励磁线圈(3)，该励磁线圈的轴线与所述靶材的轴线平行；

所述励磁线圈的轴线与所述靶材的轴线间距d以及励磁线圈的半径r满足：

d≤0.1R，

0.5R≤r≤0.75R，

其中R为靶材半径。

优选的，所述励磁线圈的轴线与所述靶材的轴线共线。

优选的，所述多弧离子镀弧源装置还包括与所述励磁线圈构成闭合回路的控制装置，该控制装置能够控制通过所述励磁线圈的电流大小及方向。

本实用新型仅仅通过一个设置于所述靶材与所述永磁铁之间的线圈以及控制流过所述线圈的电流的控制装置就实现了使靶材反应区的磁场强度趋于均匀，使靶材烧蚀均匀，提升靶材利用率的目标，其结构简单，可维护性好，实测靶材利用率能够达到76％左右。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的原理图；

图3为本实用新型效果对比图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明，在本说明书中，附图尺寸比例并不代表实际尺寸比例，其只用于体现各部件之间的相对位置关系与连接关系，名称相同或标号相同的部件代表相似或相同的结构，且仅限于示意的目的。

如图1的结构示意图，现有技术中，在靶材1背面设置有永磁体2，永磁体2的N极指向靶材，由于靶材直径达到150mm，截面积大，永磁体2在靶材截面上产生的磁感应强度21数值并不均匀分布，呈现中间弱边缘强的趋势，导致实际生产过程中，靶材中间消耗慢，边缘消耗快，在靶材中间形成一个明显的凸峰，凸峰为如图3中曲线22所示的剖面形状。同时由于靶材边缘消耗快，相比中间的凸峰更加靠近永磁体2的N极，进一步加剧了靶材1的不均匀消耗的趋势。

本实用新型在靶材1与永磁铁2之间设置一个与靶材1同轴的励磁线圈3，与励磁线圈3形成闭合回路的还有控制装置4，控制装置4控制通过励磁线圈的电流强弱与方向。

如图2所示的原理图，在该多弧离子镀弧源装置工作时，控制装置控制通过励磁线圈3的电流，产生一辅助磁场31，辅助磁场31的方向大致沿线圈轴线方向。通过控制通过励磁线圈3的电流方向可以控制辅助磁场31的正反向，而通过控制通过励磁线圈的电流强弱一方面可以控制辅助磁场31的磁感应强度强弱，另一方面也可以控制辅助磁场31的形态，因为显然当电流增强时，辅助磁场的磁感应强度增强并且同时通过靶材的磁力线更加平直而汇聚在靶材中间位置，从而在靶材截面上具有中间强边缘弱的磁感应强度分布。经过分析原永磁体作用中靶材的消耗情况，靶材在轴线周围约1/3半径范围内消耗最少，在距轴线约2/3半径位置消耗最严重，因此在考虑到轴线最大偏移距离0.1倍靶材半径的情况下，将所述线圈的半径r合理设置为：0.5R≤r≤0.75R，其中R为靶材半径。

通过适当的调节通过励磁线圈3的电流大小从而控制所述辅助磁场31维持在某一特定的形态和强度范围，进而与原有的永磁体2的磁场21形成有效的互补，叠加后的磁场的磁感应强度数值在靶材横截面上是趋向均匀的。电弧在靶材表面的运动受叠加磁场牵制作用，在磁感应强度数值更加均匀的情况下，电弧在靶材表面的运动将会更加随机，不会发生在单个磁场21的作用下集中在磁感应强度数值较强的边缘位置，使靶材表面离化更加均匀，降低了中央凸峰的高度，从而有效提高了靶材利用率。

如图3所示为增加同轴布置的励磁线圈3后，靶材表面形态的变化，此时励磁线圈3的半径r＝0.5R(R为靶材半径)，图示为过圆柱体靶材轴线的剖面图，虚线为原始靶材，曲线22为未加励磁线圈3前的靶材尾料表面形态，经称重，此时靶材利用率仅为57％；曲线32为增加励磁线圈3后的靶材尾料表面形态，经称重，此时靶材利用率达到76％，经实验，即使是在轴线偏移距离d＝0.1R的情况下，线圈半径r＝0.5R与r＝0.75R时，靶材的利用率也能分别达到73％与71％，可见本实用新型提高靶材利用率的效果是明显的。

需要说明的是，根据电流的磁效应，所述励磁线圈通电即产生磁场，单个靶材又可以用于多次多弧离子镀过程，因此在每完成一次多弧离子镀过程后，观察记录靶材表面形态，并根据靶材表面消耗情况针对性的在下一轮多弧离子镀生产时控制励磁线圈是否通电，就可以人为控制所述靶材的消耗形态，基本实现提高靶材利用率的功能。

进一步的，本实施例中所描述的控制装置4仅为本实用新型的一种实现，应当认为通过PLC或者其他控制器实现的依据事先设定的流程调节电流的控制装置应当视做本实用新型的实施方式之一。

以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种多弧离子镀弧源装置，包括圆柱体靶材(1)、引弧针(5)以及设置于靶材背面N极指向靶材的永磁铁(2)，其特征在于，还包括设置于靶材背面的励磁线圈(3)，该励磁线圈(3)的轴线与所述靶材(1)的轴线平行；

所述励磁线圈(3)的轴线与所述靶材(1)的轴线间距d以及励磁线圈(3)的半径r满足：

d≤0.1R，

0.5R≤r≤0.75R，

其中R为靶材(1)半径。

2.如权利要求1所述的多弧离子镀弧源装置，其特征在于，所述励磁线圈(3)的轴线与所述靶材(1)的轴线共线。

3.如权利要求1所述的多弧离子镀弧源装置，其特征在于，还包括与所述励磁线圈(3)构成闭合回路的控制装置(4)，该控制装置能够控制通过所述励磁线圈(3)的电流大小及方向。

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