[实用新型]电弧离子镀膜装置

说明书

技术领域：

本实用新型属于材料表面改性领域，涉及一种用于长管内壁镀膜的磁场和电场增强的电弧离子镀膜装置。

背景技术：

在工业应用中有大量金属工件的内表面需要改性处理，特别是对于管件，例如油田上的抽油泵泵筒、输油管道、化工管道、汽车汽缸套，以及军事领域，特别是海军舰艇上配置的舰炮炮管以及鱼雷发射管等在恶劣环境下工作的内壁亟待强化处理的管状零部件，普通处理方法无法满足其表面强化要求。这些工件常因内壁磨损、腐蚀、氧化而发生早期失效，因此开发具有抗磨损、抗腐蚀、抗氧化的表面改性技术及工艺，是目前表面改性领域急需解决的难题。

相比于工件的外表面而言，管状工件内壁改性处理主要存在以下几个技术难题：一是受到内腔形状和尺寸的限制，一些处理方法很难实施，或者是即使能实施也很难得到良好的改性效果，尤其是对于一些细长的管件更是如此。二是受到内腔形状和尺寸的限制，一些处理介质很难进入管腔内部，或者是即使进入也难以保证改性层的均匀性。三是受到内腔形状和尺寸的限制，改性层与管壁的结合强度不高，限制了其使役性能的发挥。

对于金属管内壁改性，最早人们提出用电镀和化学镀进行处理。但是化学镀由于常常使用有害化学药品，对环境有害，且镀层致密性较差；电镀尽管减少使用有害的化学药品，且镀层致密性优于化学镀，但是仍存在使用过程中结合较差而易剥落的问题。

以色列公布了一项采用化学气相沉积在管内壁沉积涂层的方法(4764398)(Method of depositing coatings on the inner surface of a tube by chemical vapor deposition)，并获得美国专利，但其主要用于沉积太阳能吸收涂层。

德国莱茵金属公司的一项爆炸喷涂制备深管涂层工艺技术获得美国专利(6183820)(Method of internally coating a metal tube by explosive evaporation of the coating substance)。其核心思想是利用炸药爆炸时产生的高压火药气体将熔点高、耐烧蚀的金属“冷焊接”在身管内膛表面上。但该技术对管内壁涂层的均匀性还有待解决。

德国Christian发明的利用激光熔覆技术在火炮身管内膛制备涂层的方法(Method of internally coating a weapon barrel by means of a laser beam)，获得了美国专利(US 6548125B2)，其基本原理是利用激光照射已涂敷在身管内膛上的铌、钼或钽等高熔点金属，使涂敷金属和身管基体金属熔化并融合在一起，从而增强炮膛耐烧蚀能力″激光加工头在炮膛内可轴向移动，满足炮膛全长度或部分所需部段上耐烧蚀涂层的制备。但该技术对管内壁涂层的均匀性还有待解决，且当管腔尺寸较小或有弯曲形状时激光束无法完成照射而使得此方法无法实施。

近年来提出了等离子体浸没离子注入表面改性方法。其基本原理是：管筒放在真空室内，真空室内产生等离子体，等离子体通过扩散进入到管筒内，然后在管上施加负偏压，这样离子就被加速注入工件表面。由于管内等离子体是靠扩散进入的，密度梯度(密度不均匀性)是必然的。后来有人提出了内部射频等离子体源的方法，如美国专利5693376公开了筒型表面等离子体离子注入与沉积方法(Method for plasma source ion implantation and deposition for cylindrical surfaces)，利用中心电极耦合射频功率来获得管内部的等离子体，同时被处理的管上施加负偏压进行离子注入或沉积。由于在管上施加负偏压时管内部没有嵌位的地电极，离子的注入能量不可能很高。为此中国专利ZL01115523.X公开了一种新的结构(一种管状工件内表面改性的方法)，在管筒内部中心加入一个射频天线，外套网状金属地电极。注入高压施加在网状地电极和管筒工件之间。等离子体在中心射频电极和地电极间产生，等离子体扩散出来，被负高压吸引获得管筒内壁的离子注入效应，从而有效实现离子注入。但该专利由于在管内部加入了中心射频电极和地电极，使得处理的管筒直径不可能较小。为进一步改进等离子的均匀性，中国专利200910071869.4公开了一种新的方法(电感耦合等离子体管筒内表面离子注入改性装置及方法)，通过在管筒内设置螺线管，使其产生轴向均匀的等离子体，同时螺线管起到地电极钳制电位的作用，从而实现对直径更细的管筒内进行离子注入处理。但该专利由于在管内部设置螺线管，仍限制了对管径较小的管壁进行处理。