[发明专利]一种轻质合金材料耦合等离子体表面处理装置及处理方法

权利要求书

1.一种轻质合金材料耦合等离子体表面处理装置，包括真空腔体、真空获得及控制组件、气体流量控制模块、等离子体产生模块、等离子能量控制模块，衬底及温度控制模块，其特征在于：等离子体产生模块由电感耦合式等离子体源和射频电源（1）组成，所述电感耦合式等离子体源是由石英窗口（2）和射频线圈（3）组成；等离子能量控制模块由电容耦合式等离子体源（4）、直流脉冲电源（5）、电磁线圈（6）组成；石英窗口（2）位于真空腔体（7）上端，石英窗口（2）上方设有射频线圈（3），射频线圈（3）上方连接有射频电源（1），石英窗口（2）旁边设有气体流量控制模块（8），所述气体流量控制模块（8）固定在真空腔体（7）的上端，所述气体流量控制模块（8）主要由气体流量传感器和控制器组成，所述气体流量传感器的一端伸入真空腔体（7），气体流量传感器的另一端与控制器相连；所述真空腔体（7）内部设有衬底及温度控制模块（9），衬底及温度控制模块（9）的底面与电容耦合式等离子体源（4）的一端相连，电容耦合式等离子体源（4）的另一端穿过真空腔体（7）的底面与直流脉冲电源（5）相连，直流脉冲电源（5）的旁边设有真空获得及控制组件（10），所述真空获得及控制组件（10）采用真空管道与真空腔体（7）连通；所述真空腔体（7）的外侧套设有上、下一对电磁线圈（6）。

2.根据权利要求1所述的一种轻质合金材料耦合等离子体表面处理装置，其特征在于：所述真空获得及控制组件（10）由真空泵、真空阀、真空管道、真空计组成，真空管道一的（11）上端与真空腔体（7）相连，真空管道一（11）的侧端口与旁路真空管道（14）的顶端相连，旁路真空管道（14）的底端与真空阀（15）的顶端口相连，真空阀（15）的底端口分为两路，分别与低真空泵（17）、高真空泵（13）的一侧相连，真空管道一（11）的下端与真空阀（12）的上端口连接，真空阀（12）的下端口和高真空泵（13）的上端相连，真空计（18）则与真空腔体（7）相连，可显示真空度；通过各真空泵和真空阀的开启和控制可使真空腔体内的真空度达到所需要求。

3.根据权利要求1所述的一种轻质合金材料耦合等离子体表面处理装置，其特征在于：所述真空腔体（7）为不锈钢圆筒形腔体或者不锈钢方形腔体。

4.基于上述权利要求1~3任一所述的一种轻质合金材料耦合等离子体表面处理装置的处理方法，其特征在于：

步骤1：将被处理的轻质合金材料零部件放入真空腔体（7）中，然后启动真空获得及控制组件（10）进行抽真空，使真空度小于0.01Pa；

步骤2：利用气体流量控制模块（8）在真空腔体（7）内通入所需气体，气体纯度不低于99.9%，使气压保持在1~1000Pa范围内；

步骤3：根据零部件需求，利用等离子体产生模块控制等离子体密度，利用等离子能量控制模块控制等离子体中离子能量，对零部件进行表面清洗，之后进行表面处理。

5.根据权利要求4所述的一种轻质合金材料耦合等离子体表面处理装置的处理方法，其特征在于：所述轻质合金材料零部件指铝合金零部件、镁合金零部件、钛合金零部件中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的一种轻质合金材料耦合等离子体表面处理装置的处理方法，其特征在于：所述气体流量控制模块（8）在真空腔体（7）内通入的所需气体包括氩气、氮气、氧气、氨气中的一种或几种。

7.据权利要求4所述的一种轻质合金材料耦合等离子体表面处理装置的处理方法，其特征在于：在步骤2中通入小于5%vol的氢气，可加速等离子体的氮化或氧化速率。

8.根据权利要求4所述一种轻质合金材料耦合等离子体表面处理装置的处理方法，其特征在于：步骤3中所述等离子体产生模块产生的等离子体加在零部件的功率密度为1~60W/cm²，等离子控制模块控制的等离子体加在零部件的功率密度为0~20W/cm²，偏压为20~2000V。