[实用新型]一种少液滴电弧靶及带少液滴电弧靶的等离子涂层系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种少液滴电弧靶及带少液滴电弧靶的等离子涂层系统。属于真空电弧离子镀技术领域。

背景技术

电弧离子镀技术，由于具有设备结构较简单，阴极靶既是阴极材料的蒸发源，又是离子源；离化率高(一般可达60％～80％)，沉积速率高；入射离子能量大，膜/基结合力高，涂层质量好等优点，因而应用面广，实用性强，作为硬质膜涂层手段，在刀具和各种工模具上已获得愈来愈广泛的应用。然而，现有的电弧离子镀系统，其镀制的涂层中存在大颗粒(macroparticles，microdroplets)污染，使涂层表面粗糙，孔隙率增加，涂层性能不稳定，这在一定程度上制约了电弧离子镀硬质涂层在精密工模具和高档零件上的应用。

电弧离子镀技术是基于冷阴极真空弧光放电理论的一种沉积技术。按照这种理论，沉积粒子(原子、离子)的迁移主要借助于场致电子发射和正离子流，这两种机制同时存在，而且相互制约。在电源启动后，引弧电极在与阴极靶表面接触与离开的瞬间引燃电弧。一旦电弧被引燃，低压大电流电源将维持阴极和阳极之间弧光放电过程。在放电过程中，阴极材料大量蒸发和离化，所产生的部分正离子被吸引在阴极表面附近很小的范围内，现成空间电荷层，由此产生强电场，使阴极表面功函数小的点开始场电子发射。在个别发射电子密度高的点，电流密度高，所产生的焦耳热使表面温度升高又产生热电子发射，这种正反馈作用导致电流局部集中。电流局部集中所产生的焦耳热使阴极材料局部微区爆发地等离子化，发射电子和离子，同时也放出熔融的阴极材料粒子(称颗粒或液滴)，然后留下放电痕迹。这些放电微区通常称为弧斑。而部分发射出的离子被吸引回阴极表面区附近的空间中，又形成新的空间电荷层，产生新的电场，又使新的功函数小的点开始发射电子。上述过程反复进行。弧斑不断形成又消失，它在阴极表面迅速迁移。

对离子镀涂层颗粒的形貌，已有不少研究者进行过仔细的观察。一般认为，颗粒是阴极靶熔融的物料，从阴极弧斑微熔池喷射出来的液滴所形成，在空间呈球状，固化在基材表面时变得扁平，常呈鹅卵状或球状颗粒。其大小不等，尺度从零点几微米到十几微米，个别的达几十微米。既然颗粒是阴极靶熔融所产生，那必然与熔融的温度有关，熔融的温度越高，产生的颗粒就越多越大。传统的阴极靶起弧后的弧斑一般是呈现不规则的自由运动，运动速度较慢，导致弧斑停留在阴极靶表面某一点的时间较长，靶面该点熔融的温度较高，因此颗粒就越多越大。

现有技术中的电弧蒸发源存在金属颗粒大、沉积膜层质量差、对靶材的利用率较低以及结构复杂、安装调节麻烦、冷却效果差的缺点。

实用新型内容

本实用新型的第一个目的，是为了解决现有技术中的真空电弧离子镀设备制备的涂层中金属颗粒大、沉积膜层质量差、对靶材的利用率较低以及结构复杂、安装调节麻烦、冷却效果差的缺点，提供一种少液滴电弧靶，它能够显著减少电弧离子镀大液滴的产生，并且使阴极靶表面均匀地烧蚀，有效提高靶材的利用效率。

本实用新型的第二个目的，是为了提供一种带少液滴电弧靶的等离子涂层系统，它具有结构简单合理，安装调节方便、冷却效果好的特点。

本实用新型的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种少液滴电弧靶，其特征是：在阴极靶的背面设有水冷座，从水冷座的入水口处延伸出一段冷却水管，在水冷座的内腔或冷却水管的表面设置有永磁体电磁元件，在所述永磁体电磁元件的背面设有大电磁线圈，大电磁线圈连接有可编程直流电源；冷却水管连接有弧电流源；大电磁线圈套接在冷却水管上；大电磁线圈产生的磁场极性与所述永磁体电磁元件的极性必须相反，在阴极靶表面形成由永磁体电磁元件与大电磁线圈两者产生的叠加磁场，该磁场强度随大电磁线圈的电流周期变化而变化，相应地阴极靶的阴极弧斑的运动半径随之而周期变化。

本实用新型的一种实施方案是：在阴极靶表面形成由永磁体电磁元件与大电磁线圈两者产生的叠加磁场，叠加磁场为拱形弯曲磁场B，该拱形弯曲磁场由相对于阴极靶面的平行磁场B1和垂直磁场B2两个分量叠加而成，即：B＝B1+B2。。

本实用新型的一种实施方案是：永磁体电磁元件由永久磁铁或小电磁线圈构成。

本实用新型的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种带少液滴电弧靶的等离子涂层系统，其特征是：

1)由少液滴电弧靶、真空室、真空泵组、工作转盘、工艺气体和偏压电源构成；