[发明专利]等离子弧光氮化涂层复合设备及氮化涂层连续工艺

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料表面处理及超硬膜涂层技术，具体说是一种等离子弧光氮化涂层复合设备，及在该设备里对工件连续进行离子氮化和涂层的工艺。

背景技术

目前离子氮化普遍采用辉光离子氮化工艺。该工艺的主要内容是在100-700Pa的含氮气氛中，以炉体为阳极、被处理工件为阴极，在阴阳极间加上数百伏的直流电压，由于辉光放电现象便会产生象霓红灯一样的柔光覆盖在被处理工件的表面。此时，已离子化了的气体成分被电场加速，撞击被处理工件表面而使其加热。同时依靠溅射及离子化作用等进行氮化处理。

在辉光离子氮化工艺中，氮气的离化率比较低，氮离子的能量小，工件的氮化时间长，要10-24小时时间，氮化温度高，要400℃-500℃，真空度低，为100-500Pa，气氛中含氧量高，工件表面有轻微氧化变色等问题。

目前，在工业生产中，有很多工件需要进行氮化处理后再进行TiN，TiCN，AlTiN等超硬膜的涂层。由于辉光离子氮化的工件表面有轻微氧化且氮化时间长，这两个因素决定了在真空离子镀超硬模的工艺中采用辉光离子氮化工艺，会影响超硬膜的结合力和涂层质量，其次，离子氮化和涂层工艺在两个设备进行，使加工时间大大延长，提高了生产成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种等离子弧光氮化涂层复合设备及氮化涂层连续工艺。

本发明的目的是这样实现的：等离子弧光氮化涂层复合设备是，它包括涂层装置(也称镀模装置)，涂层装置包括真空室和阴极弧光靶，其特征是：在真空室的上面设有等离子弧光氮化装置，具体是等离子弧光氮化装置的阴极筒设置在真空室的上面，且与真空室连通，聚焦磁场线圈设置在阴极筒的外面，气体混合室的出口和热丝伸入阴极筒里，阴极筒有密封上盖，等离子弧光电源上的转换开关的阳极和阴极分别接在真空室壁和阴极筒上，转换开关的另一阴极接在涂层装置的阴极弧光靶上。

等离子弧光氮化和涂层的工艺是，涂层装置将工件加热到200-400℃后，气体混合室向真空室内通入氮气，使真空室内的压力达到0.15Pa，当真空室压力稳定后，热丝通电，产生热电子发射，撞击阴极筒内的氮气分子，使氮气分子产生电离，在阴极筒内形成氮离子N⁺。此时开启等离子弧光电源，在真空室的室壁上和阴极筒之间加一个80-100v的直流电压，电压加载后，由于空间存在着大量的N⁺，从而在阴极筒和真空室之间产生弧光放电，弧光放电后，真空室的室壁上和阴极筒之间的直流电压由80-100V降至20-50V，在真空室的室壁上和阴极筒之间形成一个等离子区，聚焦磁场线圈通电后在阴极筒内形成一个磁场，对等离子弧光聚焦。在聚焦磁场和等离子弧光电压的共同作用下，获得高能量的N⁺加速进入真空室。同时，开启涂层装置的偏压电源，偏压电源在工件转台(含工件)和真空室壁之间加载一个400-700V的直流电压，在偏压电场的作用下，真空室的N⁺以很高的动能入射到工件的表面，一部分动能较大的N⁺会入射到工件材料的内部，与材料内部的金属原子产生化合，形成硬度较高氮化物。

氮化结束后转入涂层处理。弧光电源切换器将等离子弧光电源4的输出切换到阴极弧光靶6上，对工件表面进行TiN，TiCN，AlTiN等超硬膜的涂层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：等离子弧光氮化和涂层在一个真空室里连续，大大提高了工件表面处理的效率，且采用等离子弧光氮化，N⁺会入射到工件材料的内部，与材料内部的金属原子产生化合，取得更好的表面质量和更低的氮化温度，大大降低了表面处理的成本。

附图说明

下面结合附图进一步说明本发明。

附图是等离子弧光氮化涂层复合设备结构示意图。

具体实施方式

等离子弧光氮化涂层复合设备是涂层装置的上面设有等离子弧光氮化装置，涂层装置包括阴极弧光靶6、磁控溅射靶7、被处理工件8、工件转台9、真空室10、偏压电源11、高真空抽气系统12、加热器13、热电偶14和真空度测量装置15。

等离子弧光氮化装置是，阴极筒18设置在真空室的上面、且与真空室连通，聚焦磁场线圈17设置在阴极筒的外面，16是聚焦磁场线圈电源，气体混合室1的出口和热丝2通过阴极筒密封上盖伸入阴极筒里，气体混合室有两个入口，一个是氩气入口，一个是氮气入口，3是热丝电源，等离子弧光电源4上的转换开关5的阳极和阴极分别接在真空室壁和阴极筒上，转换开关的另一阴极接在涂层装置的阴极弧光靶上。