專利名稱：用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，是屬于物理氣相沉積領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，是在工件表面沉積鍍膜的重要設(shè)備，據(jù)資料統(tǒng)計每年世界上金屬材料有四分之一被大氣腐蝕掉，為了解決金屬被大氣腐蝕，而在工件表面電鍍鉻，但在電鍍過程中有三廢排放，污染環(huán)境，需投巨資來治理，不僅如此在電鍍過程中出現(xiàn)六價鉻和使用氰化物，對人體有害是致癌物質(zhì)??！歐盟頒布法令從2006年7月1日開始，禁止有六價鉻零件進入歐盟市場，我國也頒布同樣法令！用什么技術(shù)來取代電鍍鉻？經(jīng)過二十多年研究，得出明確結(jié)論用離子鍍磁控濺射技術(shù)代替電鍍可行，它是在真空條件下鍍膜，不產(chǎn)生三廢更沒有六價鉻，生產(chǎn)中也不用氰化物。電鍍雖有污染環(huán)境又對人體有害，但工業(yè)生產(chǎn)上仍在使用，其中主要原因是電鍍?nèi)萘看?，一次可以裝很多工件，鍍膜成本低！為了實現(xiàn)離子鍍磁控濺射技術(shù)代替電鍍，目前在工業(yè)生產(chǎn)中服役的離子鍍磁控濺射鍍膜機，只有一套蒸發(fā)源都屬于單向離子鍍磁控濺射鍍膜技術(shù)，其缺點1).裝爐量少，生產(chǎn)量低，2).鍍膜成本高。
這是由于，在離子鍍磁控濺射鍍膜生產(chǎn)中，當工藝參數(shù)確定，每開一次爐所需要成本費用如電費，水費，人工費，材料消耗費，設(shè)備折舊費等都是一樣的，與在爐內(nèi)裝多少工件無關(guān)，只有爐內(nèi)多裝工件才能提高生產(chǎn)量降低鍍膜成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的和任務(wù)是為了用于離子鍍磁控濺射技術(shù)代替電鍍，并克服已有技術(shù)存在的(1)裝爐量少，生產(chǎn)量低，(2)鍍膜成本高的不足，并提供一種用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，特提出本實用新型的技術(shù)解決方案。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是，在離子鍍磁控濺射設(shè)備其真空室的爐體壁上平行其軸心線，安裝有多個外蒸發(fā)源，而在爐體[13]軸心線位置上，并順其軸心線安裝多個內(nèi)蒸發(fā)源，工件分布在內(nèi)、外蒸發(fā)源之間，裝掛在外工件架軸和內(nèi)工件架軸的料盤上，工作時，在連接工件架上的脈沖偏壓電源作用下，蒸發(fā)物質(zhì)從外向內(nèi)沉積和從內(nèi)向外沉積在工件上，在工件自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)條件下，可實現(xiàn)快速而又膜厚均勻任務(wù)。
本實用新型所提出的用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，主要包括爐體[10]、爐門[26]、爐蓋[19]、爐底[6]和在爐體的下側(cè)部設(shè)有離子源接口[11]及爐底部設(shè)有抽真空接口[9]所構(gòu)成的真空室[1]，爐體外形呈圓柱形結(jié)構(gòu)，在真空室內(nèi)設(shè)有多個蒸發(fā)源、工件架上設(shè)有多個工件架軸，在工件架軸上設(shè)有料盤[15]，脈沖偏壓電源[7]與工件架相接，其特征在于a).在真空室[1]內(nèi)沿其軸心線[14]位置設(shè)有多個內(nèi)蒸發(fā)源[5]，垂直工件架底面，并用螺帽[20]固定在爐體[10]的爐蓋[19]上，在真空室[1]的爐體[10]側(cè)壁上，平行于軸心線[14]設(shè)有多個外蒸發(fā)源[2]；內(nèi)蒸發(fā)源[5]和外蒸發(fā)源[2]，在控制柜操作下同時或分開工作；b).真空室[1]中，在由頂板[18]、外支撐盤[28]和多根立柱[16]所構(gòu)成的框架內(nèi)，圍繞并平行于軸心線[14]雙排安設(shè)有多根外工件架軸[3]和多根內(nèi)工件架軸[4]，其下端部位，分別設(shè)有外從動齒輪[21]和內(nèi)從動齒輪[23]，并與處于軸心線[14]的動力軸[8]上，所安裝的外主動齒輪[22]和內(nèi)主動齒輪[24]對應(yīng)嚙合，形成工件架的行星齒輪傳動機構(gòu)；在外支撐盤[28]的底部還安裝由動力軸[8]所帶動的滾動軸承[29]，實現(xiàn)外工件架軸[3]和內(nèi)工件架軸[4]同時自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，使其掛在料盤[15]上的工件[13]，能快速達到其厚度均勻的鍍層。
本實用新型的進一步特征在于外工件架軸[3]和內(nèi)工件架軸[4]的頂端，通過上定位銷[17]均固定在頂板[18]上，而其下端則分別通過支撐軸套[27]，將內(nèi)工件架軸[4]固定在內(nèi)支撐盤[30]的上面，而將外工件架軸[3]則固定在外支承盤[28]的內(nèi)底部；外蒸發(fā)源[2]是采用陰極電弧源或磁控濺射靶源；內(nèi)蒸發(fā)源[5]是柱形電弧源或矩形磁控濺射靶源或圓柱形磁控濺射靶源；外蒸發(fā)源[2]和內(nèi)蒸發(fā)源[5]向工件蒸發(fā)沉積的物質(zhì)有金屬元素有Al、Cu、Ni、Cr、V、W、Ti、Zr、Au、Ag或金屬間化合物或氮化物氮化鈦、氮化釩、氮化鋁、氮化鎢、氮化鋯、氮化鈦一鋁。
本實用新型所提出的用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，被加工的工件[13]，是裝掛在內(nèi)外工件架軸[4、3]的料盤[15]上，通過設(shè)在動力軸[8]上的內(nèi)、外主動齒輪[24、22]和滾動軸承[29]，帶動內(nèi)、外雙排加工的工件架軸[4、3]轉(zhuǎn)動，使工件[13]繞工件架軸自轉(zhuǎn)，而工件架軸則繞其軸心線[14]公轉(zhuǎn)，從而保證了工件的快速加工和獲得厚度均勻的鍍層。
本實用新型的主要優(yōu)點(1).由于采用內(nèi)工件架軸[4]和外工件架軸[3]所以裝爐量大，生產(chǎn)效率提高50％(2).由于裝爐量大，所以鍍膜成本降低30％。


本實用新型共設(shè)9幅附圖，
以下結(jié)合附圖進一步說明本實用新型的細節(jié)。
圖1是本實用新型真空室[1]正視剖面結(jié)構(gòu)示意圖用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體[10]是園柱形，立式前開爐門的真空室[1]，在爐體[10]上設(shè)有抽真空接口[9]、離子源接口[11]，爐體[10]側(cè)壁上，平行軸心線[14]，裝有多個外蒸發(fā)源[2]，在真空室[1]中央軸心線[14]位置上裝有多個內(nèi)蒸發(fā)源[5]，內(nèi)蒸發(fā)源[5]吊掛在爐蓋[19]上，并通過螺帽[20]加以固定。工件[13]分別裝掛在外工件架軸[3]和內(nèi)工作架軸[4]的料盤[15]上。工件架采用行星齒輪傳動機構(gòu)，保證工件[13]能進行自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。每一工件架轉(zhuǎn)軸通過上定位銷[17]和下定位銷[12]可以自由裝上或取下。用三個立柱[16]支撐工件架的頂板[18]，立柱下端則固定在工件架的蓋板上，在外支撐盤[28]的下面，安裝滾動軸承并固定在爐底[6]上，這樣保證工件架可以繞軸心線[14]公轉(zhuǎn)。
外蒸發(fā)源[2]可采用多個陰極電弧源或磁控濺射靶源，內(nèi)蒸發(fā)發(fā)源[5]可采用多個柱形陰極電弧源或矩形磁控濺射靶源或柱形磁控濺射靶源，內(nèi)、外蒸發(fā)源[5、2]通過控制柜操作，可以同時工作，也可分開工作，向工件蒸發(fā)沉積物質(zhì)。
脈沖偏壓電源[7]與動力軸[8]相接，將電壓加到工件架上，ABCD為截面向視圖。本圖所設(shè)外工件架軸[3]和內(nèi)工件架軸[4]，共24根，為了圖面清晰，圖中只顯示出4根，而在圖2中全部顯示出來，在此予以說明。
圖2是圖1的ABCD截面向視圖。
在圖2上可以看到外蒸發(fā)源[2]和內(nèi)蒸發(fā)源[5]，外工件架軸[3]、內(nèi)工件架軸[4]和工件架的立柱[16]的截面結(jié)構(gòu)，工件架軸上料盤[15]和離子源接口[11]的俯視結(jié)構(gòu)。動力軸帶動外主動齒輪[22]和外從動齒輪[21]以及內(nèi)主動齒輪[24]和內(nèi)從動齒輪[23]轉(zhuǎn)動，保證工件能自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。符號[26]是爐門，[25]是爐門把手。符號[10]為爐體。
圖3是圖1的右側(cè)視圖在圖3上可以看到爐體[10]外形圖結(jié)構(gòu)，在爐體上裝有爐門[26]、離子源接口[11]和抽真空接口[9]。在爐體[10]的側(cè)壁上裝有磁控濺射靶源型外蒸發(fā)源[2]，在爐蓋[19]上固定內(nèi)蒸發(fā)源用螺帽[20]。符號[25]為爐門把手。
圖4是工件架結(jié)構(gòu)示意圖工件架的動力軸[8]可以同時帶動外主動齒輪[22]和內(nèi)主動齒輪[24]轉(zhuǎn)動。外主動齒輪[22]帶動外從動齒輪[21]轉(zhuǎn)動，內(nèi)主動齒輪[24]帶動內(nèi)從動齒輪[23]轉(zhuǎn)動，在內(nèi)、外從動齒輪上裝有內(nèi)工件架軸[4]和外工件架軸[3]，工件[13]裝掛在工件架料盤[15]上。這樣可以保證工件[13]自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。為了保證工件架能自由裝上和卸下，在外從動齒輪[21]和內(nèi)從動齒輪[23]上裝有下定位銷[12]，在工件架的頂板[18]上裝帶有內(nèi)彈簧的上定位銷[17]。上定位銷[17]固定在頂板[18]上，頂板[18]可繞軸心線[14]自由轉(zhuǎn)動。外支撐盤[28]為支撐外工件架的傳動機構(gòu)，內(nèi)支撐盤[30]為支撐內(nèi)工件架的傳動機構(gòu)。工件架用立柱[16]支撐頂板[18]并固定在蓋板[31]上，在外支撐盤[28]的下面，安裝有滾動軸承[29]。圖中，為了圖面清晰，只畫出內(nèi)工件架軸[4]和外工件架軸[3]各2根，在此予以說明，符號[40]為通孔，符號[41]為動力軸通孔。符號 為從動齒輪裝配關(guān)系局部放大區(qū)。
圖5是工件架蓋板[31]正視結(jié)構(gòu)示意圖從圖5可以看出在工件架蓋板[31]上加工有下定位銷通孔[40]。圖中，為了圖面清晰，只顯示4個通孔，特此說明。
圖6是圖5的俯視結(jié)構(gòu)示意圖從圖6可以看出在工件架蓋板[31]上加工有16個外工件架軸及8個內(nèi)工件架軸的下定位銷通孔[40]。
圖7是工件架內(nèi)支撐盤[30]正視結(jié)構(gòu)示意圖從圖7可以看出在工件架內(nèi)支撐盤[30]上加工下定位銷通孔[40]和在中心線處加工動力軸通孔[41]。圖中，為了圖面清晰，只顯示出3個通孔，特此說明。
圖8是圖7的俯視結(jié)構(gòu)示意圖從圖8可以看出在工件架內(nèi)支撐盤[30]上加工有16個內(nèi)工件架軸的下定位銷通孔[40]及一個動力軸通孔[41]。
圖9是圖4的 區(qū)局部放大剖面結(jié)構(gòu)示意圖圖中顯示，內(nèi)從動齒輪[23]，沿其軸線，設(shè)計有上銷軸[42]和下銷軸[43]，下銷軸插入支撐軸套[27]內(nèi)，并可以自由轉(zhuǎn)動，上銷軸則插入下定位銷[12]內(nèi)，并用鍵[39]固定連接，支撐軸套[27]焊接在內(nèi)支撐盤[30]上。外從動齒輪的結(jié)構(gòu)裝配關(guān)系，與內(nèi)從動齒輪[23]的結(jié)構(gòu)裝配關(guān)系相同，在此略。
具體實施方式
實施例11)目的.工件及設(shè)備目的黃銅件采用本實用新型離子鍍鉻代替電鍍鉻工件尺寸350×250×80mm，每一工件表面積(需要鍍膜面積)為3.5×2.5+3.5×0.8+2.5×0.8)×2＝27.1dm2，采用的設(shè)備為1500型雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，
真空室尺寸Φ1500×1600(mm)立式前開爐門，蒸發(fā)源磁控濺射靶源，靶材尺寸1450×100×7(mm)，外蒸發(fā)源有8個矩形磁控濺射靶源，其中4個為中頻濺射靶源，4個直流濺射靶源，4個離子源。內(nèi)蒸發(fā)源有4個矩形磁控濺射靶源，其中2個為中頻濺射靶源，2個直流濺射靶源，每臺中頻電源功率(單元功率)30kw，每臺直流磁控濺射電源功率(單元功率)20kw。4個離子源(單元功率5KW)，工件架外工件架軸16個，內(nèi)工件架軸8個，每一個工件架軸上有4個料盤，每料盤可裝3件，每一個工件架軸裝4×3＝12件，12×27.1＝325.1dm2，裝爐量外工件架軸可裝16×4×3＝192件，192×271.1＝5203.2dm2，內(nèi)工件架軸可裝8×4×3＝96件，96×27.1＝2601dm2，裝爐量192+96＝288件，288×27.1＝7804dm2。
2).使用操作步驟第一步裝爐工件經(jīng)拋光達到鏡面要求，進行超聲波清洗15分鐘，加熱150℃烘干15分鐘去除水份后裝爐；第二步抽真空，開旋片泵持真空度達到5Pa時，打開主閥，待真空度達到5×10-3Pa，加熱200℃；第三步濺射清洗，通入Ar氣真空度為5Pa，時間15分；第四步減少Ar氣，真空度達到.5×10-1Pa，內(nèi)、外蒸發(fā)源通過控制柜操作同時開動，離子源工作，完成離子鍍中間層合金+離子鍍鉻工藝；第五步停爐取出工件，目測檢查表面質(zhì)量，抽出5件進行鹽霧腐蝕實驗，合格后裝箱，出廠。
3).成本核算一爐裝數(shù)量192+96＝288件，288×27.1＝7804dm2，一爐所需成本費電費+水費+人工費+設(shè)備折舊費+鍍膜耗材費＝570元，每平方分米鍍膜成本費用547元/7804dm2＝0.07元/dm2，若不采用本實用新型用雙內(nèi)離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，而用一般鍍膜機，一爐一次可裝192件，(2926.8dm2)其每平方分米鍍件成本547元/5203dm2＝0.105元/dm2。
4).結(jié)論采用本實用新型用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，裝爐量可提高7804-5203＝2601dm2，2601/5203＝50％，鍍膜成本降低0.105-0.07＝0.035元/dm2，0.035/0.105＝33％。
實施例21).目的.工件及設(shè)備目的黃銅件采用實用新型離子鍍鉻代替電鍍工件尺寸350×250×80，每一工件表面積(需要鍍膜面積)3.5×2.5+3.5×0.8+2.5×0.8)×2＝27.1dm2，采用的設(shè)備1000型用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，真空室尺寸Φ1000×1200(mm)立式前開爐門，蒸發(fā)源外蒸發(fā)源由4個矩形磁控濺射靶源彈元功率為20kw和10個陰極電弧源(單元電流100A)組成，內(nèi)蒸發(fā)源是4個柱形陰極電弧源(單元電流200A)，工件架外工件架軸12個，內(nèi)工件架軸6個，每一個工件架軸上有3個料盤，每料盤可裝3件，每一個工件架軸裝3×3＝9件，9×27.1＝243.9dm2，外工件架軸可裝12×3×3＝108件，108×27.1＝2926.8dm2，內(nèi)工件架軸可裝6×3×3＝54件，54×27.1＝1463.4dm2，裝爐量108+54＝162件，2926.8+1463.4＝4390dm2。
2).使用操作步驟第一步裝爐工件經(jīng)拋光達到鏡面要求，進行超聲波清洗15分鐘，加熱150℃烘干15分鐘去除水份后裝爐；第二步抽真空，開旋片泵持真空度達到5Pa時，打開主閥，待真空度達到5×10-3Pa，加熱200℃；第三步濺射清洗，通入Ar氣真空度為5Pa，時間15分；第四步減少Ar氣，真空度達到.5×10-1Pa，內(nèi)、外蒸發(fā)源通過控制柜操作同時開動，離子源工作，完成離子鍍中間層合金+離子鍍鉻工藝；第五步停爐取出工件，目測檢查表面質(zhì)量，抽出5件進行鹽霧腐蝕實驗，合格后裝箱，出廠。
3).成本核算一爐裝數(shù)量108+54＝162件，162×27.1＝4390dm2，一爐所需成本費電費+水費+人工費+設(shè)備折舊費+鍍膜耗材費＝350元，每平方分米鍍膜成本費用350元/14390dm2＝0.079元/dm2若不采用本實用新型用雙內(nèi)離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，而用一般鍍膜機，一爐一次可裝108件，(2926.8dm2)其每平方分米鍍件成本350/2926.8＝0.12元/dm2。
4)結(jié)論采用本實用新型用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，裝爐量可提高4390-2926.8＝1464dm2，1464/2629.8＝56％，鍍膜成本降低0.12-0.079＝0.041元/dm2，0.041/0.12＝34％。
權(quán)利要求1.用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，主要包括由爐體[10]、爐門[26]、爐蓋[19]、爐底[6]和在爐體的下側(cè)部設(shè)有離子源接口[11]及爐底部設(shè)有抽真空接口[9]所構(gòu)成的真空室[1]，爐體外形呈圓柱形結(jié)構(gòu)，在真空室內(nèi)設(shè)有多個蒸發(fā)源和工件架、在工件架軸上裝有料盤[15]，脈沖偏壓電源[7]接在工件架上，其特征在于a).在真空室[1]內(nèi)，沿軸心線[14]位置，設(shè)有多個內(nèi)蒸發(fā)源[5]，并緊固在爐蓋[19]上，而在爐體[10]側(cè)壁上，平行軸心線[14]設(shè)有多個外蒸發(fā)源[2]；內(nèi)蒸發(fā)源[5]和外蒸發(fā)源[2]，在控制柜操作下同時或分開工作；b).真空室[1]中，在由頂板[18]、外支撐盤[28]和多根立柱[16]所構(gòu)成的框架內(nèi)，圍繞并平行于軸心線[14]，雙排安設(shè)有多根外工件架軸[3]和多根內(nèi)工件架軸[4]，其下端部位，分別設(shè)有外從動齒輪[21]和內(nèi)從動齒輪[23]，并與處于軸心線[14]的動力軸[8]上，所安裝的外主動齒輪[22]和內(nèi)主動齒輪[24]對應(yīng)嚙合，形成工件架的行星齒輪傳動機構(gòu)；在外支撐盤[28]的底部還安裝有由動力軸[8]所帶動的滾動軸承[29]，實現(xiàn)外工件架軸[3]和內(nèi)工件架軸[4]同時自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，使其掛在料盤[15]上的工件[13]快速達到其厚度均勻的鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，其特征在于外工件架軸[3]和內(nèi)工件架軸[4]的頂端，通過上定位銷[17]均固定在頂板[18]上，而其下端，則分別通過支撐軸套[27]，將內(nèi)工件架軸[4]固定在內(nèi)支撐盤[30]的上面，而將外工件架軸[3]則固定在外支撐盤[28]的內(nèi)底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，其特征在于外蒸發(fā)源[2]是采用陰極電弧源或磁控濺射靶源；內(nèi)蒸發(fā)源[5]是柱形電弧源或矩形磁控濺射靶源或圓柱形磁控濺射靶源。
專利摘要物理氣相沉積領(lǐng)域中的用雙向離子鍍磁控濺射代替電鍍設(shè)備的爐體，包括爐體[10]、爐門[26]、爐底[6]、真空室[1]、外蒸發(fā)源[2]、內(nèi)蒸發(fā)源[5]、接在工件架上的脈沖偏壓電源[7]、離子源接口[11]和抽真空接口[9]均安裝在爐體上。其特征在真空室內(nèi)的軸心線[14]上設(shè)有多個內(nèi)蒸發(fā)源[5]，在爐體[10]側(cè)壁上平行于軸心線[14]設(shè)有多個外蒸發(fā)源[2]，在內(nèi)、外蒸發(fā)源之間并平行于其軸心線[14]設(shè)有外工件架軸[3]和內(nèi)工件架軸[4]，在工件架軸上設(shè)有料盤[15]，工件[13]掛在料盤[15]上，在工件架軸的作用下可以自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。內(nèi)、外蒸發(fā)源[5、2]在控制柜操作下可同時或分開工作。優(yōu)點(1)裝爐量大，與現(xiàn)有技術(shù)相比提高50％；(2)降低成本30％。
文檔編號C23C14/56GK2903094SQ20062008917
公開日2007年5月23日 申請日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月26日
發(fā)明者陳寶清, 黃龍, 董闖 申請人:大連理工大學(xué)