表面改性一体化设备的研制研究.pdfVIP

表面改性一体化设备的研制 李中岳 王平 (航天科技集团公司504所) 摘要 根据航天设备对表面膜层的特殊要求，特对表面工程技术和设备进行了长期的、专 门的研究，现已完成。文中提出了集金属离子注入、磁控溅射、电弧离子镀和真空系统等 多功能为一体化的新型设备研究方案，解决了多功能一体化的设备关键技术，实现了多和 功能集成为一体的新型设备。提出了多种工艺技术有机结合、综合使用的新型综合工艺研 究方案，解决了综合工艺的关键技术，完成了综合使用的新型工艺 达到了表面改性和成 膜的特殊要求。本文重点介绍设备的研制 关键词 表面工程 金属离子注入 电弧离子镀表面改性介体化设备 1 设备的组成 1.1强流金属离子注入系统 由MEWA 金〔属蒸汽真空弧离子源)离子源体、高压舱 (包括触发电源、 主弧电源、60000V高压电源、负高压源、控制部分等)、控制柜和循环冷却 系统组成。 金属离子源是该项目的关键部件，该源利用阴极和阳极间的真空弧等离 子体放电，由阴极材料表面直接产生高密度金属等离子体，经三电极系统引 出而形成强流金属离子束。MIEVVA源具有许多突出优点: .可产生元素周期表中从锉到铀的所有金属离子 .金属离子束流强 .离子电荷态高，离子能量60KeV .离子纯度高，不需要质量分析 .大束斑 原理图如下: 153 王_一飞 气、r:一 习人 即 吸 闷.龟.砚比吃 坡 阅 弓几 引 它9叱减盆 图1 MEVVA离子源原理图 1.2电弧离子镀膜系统 由电弧源体、弧源大电流低电压电源、偏压电源和控制箱组成。 电弧离子镀弧放电的起弧原理是:当阴极和阳极之间加上电位后，在阴 极表面的尖端突起处电场强度大，大量电子易从此处发出，电子流的集中发 射引起更多的离子轰击，其结果是该处温升聚增。电焊机相连的触发器于阴 极接触和断开的瞬间有大电流通过，局部温度突然升高直到超过阴极材料的 熔化温度，这个过程引起弧放电，在阴极表面烧出熔化的坑。坑被活化后， 坑中大量的电子和金属汽化原子飞溅到等离子体内，向外扩散。原理图如下: - 9- 阴极2一屏蔽罩a-螺钉4 5一真空室壁fi-绝缘套 了~密封圈8一冷却底座9绝缘套 10-气管套 11一螺母 {2一水管 生3一充气管 11-密封圈 巧一螺钉 I垫圈 I7一引弧电极 18永磁体 图2 电弧蒸发源结构示意图 1.3磁控溅射系统 由真空室、各种溅射靶、高低压电源柜、工件转动机构、烘烤机构等部 分组成。 154 -一 一 ，尸，，，，种种.‘种种种种..户~，户种~‘，目，一 于一 一 一 一 4真空系统 由真空机组、扩散泵、机械泵等组成。 I.o设各照片 偏压电源离=r}主入系统磁控溅i系统 真空系统 电弧离子镀系统 图3 表面改性一体化设备实物照片 2 设备研制中解决的有关问题 此设备结构复杂，由四个系统组成，部件多，功能多，必须要进行分系 统的研制和解决一体化的关键技术。 设备分系统研制方面，我们在设备真空主体上，解决了真空度的问题， 真空室与地绝缘问题、防X射线技术等主要问题。 在解决一体化问题上，金属离子注入、磁控溅射、电弧离子镀这三种技 术原理不同，需要的条件差异也很大。在同一真空室内同时存在6万伏、3千 伏的高压电场、磁场影响的情况。要实现真空度高低、辉光放电强