[发明专利]一种通过外加磁场提高PVD管筒状工件镀膜深径比的方法

说明书

一种通过外加磁场提高PVD管筒状工件镀膜深径比的方法。本发明通过对管筒状通孔工件外端装夹磁场部件，为管筒状工件内部提供磁场，使在PVD多弧离子镀技术下的通孔工件内孔镀膜深径比提高至2倍。在一定程度上增加了工件孔内通镀的可能性，能够有效的提高以内表面为工作面的工件的工作效率及使用寿命，降低因内壁磨损、腐蚀等形式遭到的破坏。打破了多弧离子镀技术在小孔径工件运用时，镀膜深径比为1:1的局限。

技术领域

本发明涉及PVD多弧离子镀表面处理技术领域，具体涉及一种通过外加磁场提高PVD管筒状工件镀膜深径比的方法。

背景技术

PVD多弧离子镀是目前机械加工应用最为广泛的表面处理技术之一。其高离化率的特点，使得此技术在现今的工业生产中仍具有不可替代的地位。PVD多弧离子镀技术采用弧光放电，将阴极靶作为蒸发源，通过靶与阳极壳体之间的弧光放电使靶材蒸发，在真空条件下通入工作气体，从而在空间内形成等离子体，对基体工件沉积薄膜。

现如今，PVD多弧离子镀在工件外表面的薄膜沉积技术已经在工业生产中得到了广泛应用,如刀具、冲压工具、钻孔工具、模具等。不但节约了生产成本，降低了原材料的损耗及环境污染，并且取得了巨大的经济效益。但是,在工业生产中以内表面为工作面的工件也同样拥有镀膜需求,如发动机缸筒、内孔模具、轴套和凹模等。此类工件以内表面为服役工作面，经常因内壁磨损、腐蚀等形式遭到破坏,降低了其工作效率和使用寿命。但受多弧离子镀技术自身的局限，通常小孔径工件通孔的镀膜深径比仅为1:1。因此在小孔径工件内壁沉积结合力良好、硬度高、使用寿命长的功能性薄膜是一项尚需发展的技术手段。目前关于PVD内壁沉积薄膜的相关技术报道十分罕见,与内表面服役工件的大量需求相比技术贮备严重短缺,因此发展内壁薄膜沉积技术具有迫在眉睫的现实意义。

发明内容

目前关于PVD技术运用于内表面服役的工件由于镀膜深径比的局限，使得此技术在通镀工件内壁时具有很多的困难性。本发明通过给工件内壁施加磁场，提高镀膜深径比，在一定程度上增加了工件内孔通镀的可能性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种通过外加磁场提高PVD管筒状工件镀膜深径比的方法，包括如下步骤：

(1)预处理：将工件内外表面清洗干净，去除油污，脱去氧化膜；根据工件尺寸合理装夹磁场部件，检测磁场无误后放入工作腔体内，工件内孔正对靶位，靶基距28-30mm；抽真空，升温；

(2)生成基础膜层：本底真空抽至8.0×10^-3Pa以下，腔室温度升至200℃。通入Ar，直流偏压设定为200V；启动Cr弧靶，在工件内外表面沉积Cr基础膜层，沉积时间30s；

(3)生成功能膜层：关闭Ar和Cr弧靶，通入N2(流量为500sccm)，其中，脉冲偏压设定为40～80V，启动CrAl合金靶，在工件内外工作面沉积CrAlN功能膜层，沉积时间25min；

(4)薄膜沉积完成后，依次关闭弧靶、电源，逐步降温升压至腔室温度100℃以下，取出工件。

进一步地，所述工件基材选取不锈钢和硬质合金。

所述的磁场部件要使孔内磁场强度最小值大于10mT，磁场方向平行内孔表面且S极指向靶位；根据工件尺寸可选取不同的磁体尺寸及磁场强度。

所述的磁场部件的制作方式及构造如下：选取尺寸相同的小圆柱Sm2Co17磁体，根据工件轴向长度需求，将小圆柱Sm2Co17磁体N极与S极首尾相连呈长条柱状；再将足够数量的长条柱状磁体强制紧密覆盖在管筒状工件外表面，构成管筒状磁体。

所述的磁场部件，通过强制连接同极磁极在孔内形成近似平行于内壁的管筒状磁场区域。

与现有技术相比，本发明的有益效果原理如下：