[发明专利]用于杆状金属零件表面的真空镀膜装置及镀膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属工件防腐蚀技术领域，具体涉及用于杆状金属零件表面的真空镀膜装置及镀膜方法。

背景技术

金属工件腐蚀所造成的工件失效和材料损失一直是工程技术领域最重要的研究课题之一，电镀金属层(锌、铬、镍等)作为防腐蚀镀层已经得到了广泛应用并取得了良好效果。然而近年来，电镀废液带来的环境及材料浪费问题受到了越来越多的重视，开发新型无污染、节能且节约原材料的金属工件防腐蚀方法刻不容缓。

气相沉积是一大类在真空条件下完成的表面处理和镀膜的方法。磁控溅射(和空心阴极放电作为其中的两种方法，均得到了广泛地应用。磁控溅射方法利用磁场的电子运动，使溅射靶材可以在“高速、低温”条件下被溅射到工件的表面；空心阴极放电利用等离子体放电时管状内表面附近形成的“等离子体鞘层”，使内表面附近的气体分子离化率得到大大提高。

利用磁控溅射方法和空心阴极放电方法镀制防腐蚀镀层已在生产实践中得到了应用。如利用磁控溅射方法存在如下的缺点：沉积速率较低，镀层结合力较低，靶材利用率低，且容易污染真空室内其它结构。另外，磁控溅射通常使用平面靶材及平面溅射源，工件需要复杂的转动机构才能在回转表面上镀制所需要的镀层；利用空心阴极放电方法，由于采用的是化学气相沉积的办法，该方法可以在回转表面上均匀镀制相应镀层。然而，化学气相方法能镀制的材料种类有限，且需要较高温度，所以此类方法的应用也受到了限制。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明目的在于克服现有技术存在的不足，而提供了杆状金属零件表面的真空镀膜装置及镀膜方法，两靶交替进行工作，避免了靶材中毒的情况，兼具磁控溅射和空心阴极放电的优点，同时避免它们的应用缺点。

(二)技术方案

用于杆状金属零件表面的真空镀膜装置，包括磁控溅射源及溅射电源；所述磁控溅射源包括套筒、端面法兰、绝缘法兰及定位法兰；所述套筒包括结构相同且对称设置的左套筒和右套筒，相对端设置有端面法兰，端面法兰之间设置有绝缘法兰，两侧的端面法兰和中间的绝缘法兰通过螺栓和螺母压紧连接，绝缘法兰和端面法兰之间还设置有密封件；所述左套筒和右套筒的外端也设置有端面法兰，端面法兰内侧设置有防溅套，端面法兰外侧设置有过渡法兰，过渡法兰和端面法兰之间设置有绝缘法兰，绝缘法兰与过渡法兰和端面法兰之间还设置有密封件，绝缘法兰、过渡法兰和端面法兰通过螺栓和螺母压紧连接；所述过渡法兰外侧还连接有定位法兰，定位法兰的法兰盘螺栓连接成型，之间设置有密封件；所述套筒分为外层的外筒和内侧的内筒，外筒和内筒之间设置有多圈环形磁铁；所述内筒内壁上设置有溅射靶材；所述过渡法兰还设置有通气接口。

优选的，还包括两根杆状金属零件，所述杆状金属零件分别穿过左右的定位法兰、过渡法兰、端面法兰伸入对应的内筒，杆状金属零件与定位法兰之间也设置有密封件。

优选的，还包括偏压电源，偏压电源一极连接杆状金属零件，另一极连接定位法兰。

优选的，所述溅射电源为交变电源或脉冲电源，一极连接左套筒，另一极连接右套筒。

优选的，所述防溅套与溅射靶材材料相同，防溅套内径与杆状金属零件外径对应。

优选的，所述绝缘法兰为聚四氟乙烯材料，所述密封件为胶圈。

用于杆状金属零件表面的真空镀膜方法，包括以下步骤：

S1，对杆状金属零件进行清洗；

S2，将杆状金属零件进行装夹入上述真空镀膜装置；

S3，对上述真空镀膜装置抽真空；

S4，对杆状金属零件进行等离子体清洗并加热；

S5，采用空心阴极磁控溅射方法在杆状金属零件表面镀制耐腐蚀镀层。

优选的，所述步骤5中，通入氩气，将内筒内部气压控制在0.1～2Pa范围，利用偏压电源将杆状金属零件置于45～200V的负电压，接通溅射电源，在250V～600V范围进行溅射镀膜，铝膜的厚度控制在2～20微米范围。

优选的，所述步骤5中，通入氩气，将内筒内部气压控制在0.1～2Pa范围，利用偏压电源将杆状金属零件置于45～200V的负电压，接通溅射电源，在250V～600V范围先镀制铝膜，铝膜的厚度控制在3～15微米范围；当铝膜镀制完成后，保持偏压电源和溅射电源的电压和内筒气压，逐步增加氧气含量并降低氩气含量，直到氧气含量占气体总量的25％～55％；稳定溅射一段时间后，再逐步降低氧气含量并增加氩气含量，直到氧气含量降到零为止，氧化铝层的厚度控制在0.1～0.5微米。