一種精密球表面沉積改性涂層的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種精密球表面沉積改性涂層的裝置及方法，屬于表面工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]精密球是軸承、圓度儀、陀螺和精密測量儀器中的重要元件，為提高其耐腐蝕性能和減摩抗磨性能，通常在精密球表面制備改性涂層。目前，精密球表面改性涂層的制備技術(shù)主要有物理粘結(jié)方法、物理轉(zhuǎn)移膜形成方法和離子注入與沉積法等。
[0003]物理轉(zhuǎn)移膜形成技術(shù)是將涂層的材料制作成粉末或質(zhì)量塊，與精密球發(fā)生機(jī)械擠壓摩擦，使涂層材料轉(zhuǎn)移到精密球表面，形成改性涂層。該類技術(shù)雖然可以在球體表面制備均勻的改性涂層，但是由于精密球與涂層材料之間存在機(jī)械擠壓和摩擦作用，硬度較大的涂層材料會對超精密球體產(chǎn)生一定的損傷，所以該技術(shù)制備的表面改性涂層的硬度會受到一定限制。
[0004]離子注入與沉積技術(shù)是精密球表面改性涂層的一種高效無損傷制備方法。精密球表面沉積制備涂層時，需控制球體表面受離子注入的位置，保證精密球表面得到整體均勻的離子注入與沉積，從而在精密球表面制備均勻的改性涂層。目前，球體表面沉積改性涂層的制備技術(shù)中，主要通過控制球體進(jìn)行間歇性隨機(jī)轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)球表面沉積涂層的整體性，但是間歇性隨機(jī)轉(zhuǎn)動球體表面沉積涂層的均勻性具有一定的偏差，無法滿足超精密球元件的精度要求。
[0005]綜上所述，由于精密球的特殊性質(zhì)，如球的形狀和高精度要求等，制備精密球表面的改性涂層存在以下難點(diǎn):
[0006]一、物理粘結(jié)方法無法保證陶瓷球表面的精度要求；
[0007]二、物理轉(zhuǎn)移方法對精密球表面產(chǎn)生表面損傷，而且只適用于特定的涂層材料；
[0008]三、難以確保球表面制備的改性涂層的均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在球體表面沉積改性涂層的制備技術(shù)中，通過控制球體進(jìn)行間歇性隨機(jī)轉(zhuǎn)動，是實(shí)現(xiàn)球表面沉積涂層整體性的主要方法，但間歇性隨機(jī)轉(zhuǎn)動球體表面沉積涂層的均勻性具有一定的偏差，無法滿足超精密球元件的精度要求。為解決這一問題，本發(fā)明提出一種精密球表面沉積制備改性涂層的裝置及方法，控制高精密球進(jìn)行連續(xù)自由轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)高精密球便面沉積涂層的完整性和均勻性。
[0010]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:
[0011]—種精密球表面沉積改性涂層的裝置，它包括旋轉(zhuǎn)底座、底盤、中層保持架、上層保持架、固定軸、固定中心軸套和多個驅(qū)動球，所述上層保持架、中層保持架和底盤均為圓盤，所述旋轉(zhuǎn)底座為離子注入沉積設(shè)備的旋轉(zhuǎn)工作臺，所述底盤設(shè)置在旋轉(zhuǎn)底座上，所述固定中心軸套位于旋轉(zhuǎn)底座的中心位置，所述上層保持架、中層保持架從上到下依次套裝在固定軸上，所述固定軸的下端穿過底盤設(shè)置在固定中心軸套內(nèi)，所述底盤的盤面沿其徑向方向由內(nèi)至外依次加工有至少一組三相通道，每組三相通道由三條并列設(shè)置的環(huán)形凹槽組成，中層保持架的盤面沿其徑向方向由內(nèi)至外依次加工有至少一個限位圈，一個限位圈的下方對應(yīng)有一組三相通道，每個限位圈包括多個定位孔，每個定位孔由三個等大的圓孔兩兩相切形成，每個圓孔的下方對應(yīng)有一條環(huán)形凹槽，每個圓孔和其對應(yīng)的凹槽之間設(shè)置有一個驅(qū)動球，所述上層保持架沿其徑向方向由內(nèi)至外依次加工有至少一個通孔組合，每個通孔組合包括多個精密球穿過孔，通孔組合中的精密球穿過孔與定位孔上下一一對應(yīng)設(shè)置，每個精密球穿過孔內(nèi)設(shè)置有一個精密球，該精密球的球面與其下方定位孔內(nèi)的三個驅(qū)動球的球面均相切。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果:
[0013]1、本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)底座、底盤、中層保持架、上層保持架、固定軸、固定中心軸套和多個驅(qū)動球之間的設(shè)置有效實(shí)現(xiàn)對精密球表面改性涂層的沉積工作，涂層沉積效果均勻且能夠保證精密球的完整。
[0014]2、底盤在旋轉(zhuǎn)底座的帶動下同步勻速轉(zhuǎn)動，從而帶動多個驅(qū)動球轉(zhuǎn)動，驅(qū)動球由于中層保持架隔離并固定其位置，驅(qū)動球在底盤和中層保持架相互作用下進(jìn)行自轉(zhuǎn)，從而帶動與驅(qū)動球相接觸的精密球進(jìn)行連續(xù)轉(zhuǎn)動，調(diào)整精密球的被濺射位置，使精密球的整體表面能均勻接收注入的離子，沉積形成均勻的表面改性涂層。
[0015]3、定位孔的形狀新穎合理，每個定位孔與底盤上的三相通道配合設(shè)置，有效形成三個驅(qū)動球兩兩相切的布局，構(gòu)成了精密球的三點(diǎn)接觸支撐結(jié)構(gòu)。
[0016]4、本發(fā)明可對不同尺寸和材料的精密球?qū)崿F(xiàn)均勻離子注入，并保證精密球形零件的尺寸精度，與現(xiàn)有精密球相比，有效提高40%的使用壽命。
[0017]5、本發(fā)明設(shè)置靈活，底盤上三相通道的組數(shù)、中層保持架上限位圈的數(shù)量和通孔組合的個數(shù)均根據(jù)精密球的處理數(shù)量和自身的直徑等具體要求進(jìn)行設(shè)置，從而滿足處理不同數(shù)量的精密球的工作要求。
[0018]6、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了改性涂層沉積制備過程中精密球的連續(xù)隨機(jī)轉(zhuǎn)動，保證了精密球表面沉積改性涂層的均勻性和精度，同時能夠?qū)崿F(xiàn)同一批球形零件處理效果一致的目的，適合批量化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)不意圖，圖中顯不有一組二相通道；
[0021]圖3是旋轉(zhuǎn)底座1的主視結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0022]圖4是圖3中A處的放大圖；
[0023]圖5是旋轉(zhuǎn)底座1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，圖中顯示有一組三相通道；
[0024]圖6是中層保持架3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，圖中顯示有一個限位圈；
[0025]圖7是上層保持架4的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，圖中顯示有一個通孔組合。
【具體實(shí)施方式】
[0026]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括旋轉(zhuǎn)底座1、底盤2、中層保持架3、上層保持架4、固定軸9、固定中心軸套10和多個驅(qū)動球8，所述上層保持架4、中層保持架3和底盤2均為圓盤，所述旋轉(zhuǎn)底座1為離子注入沉積設(shè)備的旋轉(zhuǎn)工作臺，所述底盤2設(shè)置在旋轉(zhuǎn)底座1上，所述固定中心軸套10位于旋轉(zhuǎn)底座1的中心位置，所述上層保持架4、中層保持架3從上到下依次套裝在固定軸9上，所述固定軸9的下端穿過底盤2設(shè)置在固定中心軸套10內(nèi)，所述底盤2的盤面沿其徑向方向由內(nèi)至外依次加工有至少一組三相通道，每組三相通道由三條并列設(shè)置的環(huán)形凹槽5組成，中層保持架3的盤面沿其徑向方向由內(nèi)至外依次加工有至少一個限位圈，一個限位圈的下方對應(yīng)有一組三相通道，每個限位圈包括多個定位孔6，每個定位孔6由三個等大的圓孔兩兩相切形成，每個圓孔的下方對應(yīng)有一條環(huán)形凹槽5，每個圓孔和其對應(yīng)的凹槽5之間設(shè)置有一個驅(qū)動球8，所述上層保持架4沿其徑向方向由內(nèi)至外依次加工有至少一個通孔組合，每個通孔組合包括多個精密球穿過孔7，通孔組合中的精密球穿過孔7與定位孔6上下一一對應(yīng)設(shè)置，每個精密球穿過孔7內(nèi)設(shè)置有一個精密球11，該精密球11的球面與其下方定位孔6內(nèi)的三個驅(qū)動球8的球面均相切。
[0027]本發(fā)明與離子濺射沉積設(shè)備相配合設(shè)置，運(yùn)用現(xiàn)有成熟的離子濺射技術(shù)對精密球11進(jìn)行球體表面沉積改性涂層。離子濺射沉積設(shè)備主要是由真空抽氣系統(tǒng)、玻璃真空室、負(fù)高壓電極(靶)、基底架(陽極接地)、水冷卻系統(tǒng)、測量控制系統(tǒng)等部件組成。標(biāo)準(zhǔn)工作條件是在真空室中的真空度達(dá)到一定程度后，充入工作氣體，如Ar氣大約0.1Torr，施加大約幾百至lkV的電壓。Ar氣體電離后，在陰極電壓作用下Ar+轟擊靶面，形成濺射狀態(tài)并噴涂在精密球11上，同時被噴涂的驅(qū)動球8可循環(huán)使用，節(jié)省加工成本。旋轉(zhuǎn)底座1為離子注入沉積設(shè)備的旋轉(zhuǎn)工作臺，繞固定中心軸套10旋轉(zhuǎn)。固定中心軸套10為離子濺射沉積設(shè)備上的固定軸套。底盤2的中心處加工有底盤通孔，所述固定軸9的下端穿過底盤通孔從固定中心軸套10的頂端安裝在固定中心軸套10內(nèi)。固定軸9的直徑小于底盤通孔的孔徑。本發(fā)明的三相通道為三條環(huán)形凹槽，三條環(huán)形凹槽由底盤2的盤中心至底盤2的外沿依次并列設(shè)置。
[0028]本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在不同材料的精密球表面制備不同材料的改性涂層；制備改性涂層時，通過分析不同的工藝參數(shù)和精密球的運(yùn)動參數(shù)等對改性涂層性能的影響，選擇不同材料的精密球表面不同改性涂層制備的最佳參數(shù)。
[0029]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖2、圖6和圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中多個定位孔6沿中層保持架3的圓周方向均勻布置，所述多個精密球穿過孔7沿上層保持架4的圓周方向均勻布置。本實(shí)施方式中三個驅(qū)動球8為一組并設(shè)置在一個定位孔6中，多個定位孔6均布的方式使每組驅(qū)動球之間互不影響，多個精密球穿過孔7均布的方式使多個精密球11之間互不影響。每組驅(qū)動球獨(dú)立完成驅(qū)動其上精密球11自轉(zhuǎn)的效果。其他未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖1、圖3、圖4和圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中凹槽5為V型槽或圓弧形槽。其他未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中固定軸9與固定中心軸套10之間螺紋連接。如此設(shè)置在樣品試驗(yàn)中體現(xiàn)出穩(wěn)定的連接效果。其他未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】三相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中所述上層保持架4和中層保持架3從上到下依次固定連接在固定軸9上。如此設(shè)置有效固定了上層保持架4和中層保持架3的位置，使中層保持架3和旋轉(zhuǎn)底座1之間的相對運(yùn)動更加明顯，使多個驅(qū)動球8的自轉(zhuǎn)效果更加均勻顯著。其他未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】四相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中所述固定軸9為階梯軸。該階梯軸的直徑為從上到下依次遞增，該階梯軸的小徑端固定套裝有上層保持架4，該階梯軸的大徑端固定套裝有中層保持架3。其他未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】五相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】七:結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式中所述裝置還包括多個固定螺栓12，所述底盤2通過多個固定螺栓12與旋轉(zhuǎn)底座1固定連接。
[0035]本實(shí)施方式中多個固定螺栓12的設(shè)置是為了底盤2與旋轉(zhuǎn)底座1之間更好的連接，便于二者同步轉(zhuǎn)動。二者的轉(zhuǎn)速為l-10r/min，該轉(zhuǎn)速下可以使精密球?qū)崿F(xiàn)緩慢的連續(xù)轉(zhuǎn)動，以保證精密球的整體表面能夠充分穩(wěn)定地接收注入的離子。其他未提及的結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】六相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】八:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，所述