[发明专利]离子束增强弧辉渗镀涂层装置及工艺

权利要求书

1.一种离子束增强弧辉渗镀涂层装置其特征在于，是在极限真空度1×10^-3～5×10^-3Pa并能充入气体介质的真空容器(18)内，设置阴极转动系统，阴极电弧源系统，中低能离子源系统，同时配备有抽气、供气、测温系统，其阴极转动系统由被处理工件(14)、辅助源极(11)、阴极托盘(10)和转动机构(7)组成，阴极电弧源系统由阴极电弧源(3)、引弧钩(2)和电弧电源(4)组成，送气系统是由供气瓶(15)和送气口(16)组成，测温系统是由测温仪(13)和观察孔(12)组成，抽气系统由机械泵(9)和扩散泵(8)组成，工件(14)和辅助源极(11)置于阴极托盘(10)上，阴极电弧源(3)和引弧钩(2)置于真空钟罩壁(1)上，正对于工件(14)，中低能离子源(17)置于钟罩壁(1)的顶部，在阳极钟罩(1)和阴极电弧源(3)之间连接一连续可调0～100V、0～300A的直流电源(4)，在阳极钟罩(1)和阴极托盘(10)之间连接一个可调的0～1000V的直流负偏电源(6)，在阳极钟罩(1)和辅助源极(11)之间连接一个可调的0～1000V的直流电源(5)，其阴极电弧源(3)的电弧靶材由欲渗镀的金属和合金制成，形状为圆柱形等，直径和厚度为φ50～80×35～60mm，其工件(14)周围设置的辅助源极(11)为金属丝网，与工件保持一定距离，其钟罩(1)顶部安放的离子源(17)为中低能，大束流离子源。

2.按照权利要求1所述的一种离子束增强弧辉渗镀涂层装置，其特征在于构成阴极电弧源(3)的材质是由任何可以导电的金属和合金制成，形状可以为圆形，也可以是方形，尺寸为200×400mm。

3.按照权利要求1所述的一种离子束增强弧辉渗镀涂层装置其特征在于辅助源极11是由同阴极电弧源靶材同质的金属丝网制成，与工件14保持10～30mm距离。

4.按照权利要求1所述的一种离子束增强弧辉渗镀涂层装置其特征在于，离子源17的能量为中低能3～50KeV，大束流为10～200mA。

5.采用权利要求1所述的一种离子束增强弧辉渗镀涂层装置的工艺，其特征在于，首先由抽气系统的机械泵(9)和扩散泵(8)将真空容器抽到极限真空度1×10^-3～5×10^-3Pa，由供气系统(15)充入Ar气，分压在1Pa～20Pa，由电源(5)供给辅助源极(11)电压400～700V，由电源(6)供给工件偏压电源200～500V，对被处理工件进行离子清洗和予升温，使工件加热到200～700℃，而后再抽真空到2×10^-2～8×10^-1Pa，此时给阴极电弧源(3)供电20～22V、60～150A，由阴极电弧源发射出高能量、高离化率的金属、合金的金属离子流，在工件(14)负偏压(200～500V)吸引下，高速到达工件表面形成金属和合金镀层，镀的同时打开离子源(17)，由离子源注入工件表面氮，离子源能量5～40kev，束流10～150mA，工件温度400～500℃，处理时间30分钟，渗镀层厚度可达3～5μm，伪扩散层厚度可达0.5～1μm。钟罩(1)上设置金属阴极电弧源(3)渗镀金属和合金的同时，由离子源(17)注入氮可在工件(14)表面渗镀金属氮化物，若由离子源注入碳可渗镀金属碳化物硬质涂层，若同时由离子源注入碳、氮可在工件表面渗镀金属碳、氮化合物层，真空容器(18)的极限真空度为1×10^-3～5×10^-3Pa，充入的气体介质可以是Ar气、N₂气和碳氮气体，工作气压为2×10^-2～8×10^-1Pa。

6.按照权利要求5所述的一种离子束增强弧辉渗镀涂层工艺其特征在于所述欲渗工件(14)渗镀金属氮、碳化合物硬质涂层的温度为200～700℃，弧源电流为50～150A，离子束能量5～40KeV，束流密度为10～150mA，工作气压为2×10^-2～8×10^-1Pa。工件偏压200～500V，辅助源极电压400～700V。