一种用于超长管件内壁磁控溅射涂层系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于超长管件内壁磁控溅射涂层系统及方法，包括涂层腔体、旋转支架、加热管、上盖体、固定套、管状靶材、冷却水管以及环形磁铁，所述涂层腔体开设有抽气端及进气端，与上盖体通过O型密封圈密封连接；所述加热管通过加热管固定架与涂层腔体内壁连接；所述冷却水管置于管状靶材内部并具有第二进水端，管状靶材具有第二出水端；所述涂层腔体底部开设有用于安装旋转支架的通孔，旋转支架与涂层腔体通过旋转密封连接；所述环形磁铁均匀固定连接于冷却水管外表面产生均匀磁场。与现有技术相比，本发明专利技术实现了在超长管件内壁沉积高性能防护涂层，解决了管件内壁抗磨、防腐性能差等技术难题。等技术难题。等技术难题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于超长管件内壁磁控溅射涂层系统及方法


[0001]本专利技术涉及物理气相沉积涂层设备领域，尤其是涉及一种用于超长管件内壁磁控溅射涂层系统及方法。

技术介绍

[0002]磁控溅射是为了提高二级溅射的溅射速率、减弱基片由于二次电子撞击发热对涂层的不利影响而发展起来的溅射技术。它是在阴极靶材中引入磁场，通过磁场的洛伦兹力束缚并延长电子在电场中的运动轨迹，增大电子与气体原子的撞击频率，提高离化率。磁控溅射技术与其它溅射技术相比具有更高的溅射速率，溅射速率可达200
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2000nm/min，且已成为物理气相沉积(PVD)防护涂层的主流技术之一。磁控溅射涂层技术制备的涂层不仅具有厚度薄、硬度高、结合力好等优点，而且化学电位高、耐磨损、抗腐蚀。
[0003]涂层装置结构复杂，一台完整的磁控溅射设备包括真空系统、加热系统、水冷系统、气体系统、磁控系统、靶材系统及控制系统等。现有涂层设备的靶材(沉积源)一般均匀分布于涂层腔体内侧，靶材朝向工件外表面，在辉光放电形成的等离子体撞击的情况下，靶材表面粒子溢出，高速射向工件外表面，形成涂层。对于管件外壁涂层而言，现有的工艺条件极易实现，但对于管件内壁涂层而言，现有涂层工艺也只能实现长径比小于1的管件内壁涂层。因此，对于长径比大于1的长管件，其内壁涂层工艺难以实现。若对大长径比管件内壁涂层，需将靶材置于管件内侧，才可在管件内壁各部位沉积防护涂层。相较于涂层设备而言，管件内部空间小，若要将各系统集成化置于管件内部，则导致设备结构复杂，涂层的各工艺条件也极难实现。管靶磁控溅射技术为管件内壁涂层提供了较好的借鉴。管靶形状与管件相同，将管靶置于管件中，以管件为阳极，靶材为阴极，在直流负高压或射频电压作用下产生辉光放电，在靶材表面形成高压降区，气体离子在高压降的作用下均匀轰击管靶的圆柱面，溅出靶材粒子并在管件内壁均匀沉积。通过对工作电压、磁场的控制，可沉积不同性能的防护涂层。
[0004]经过检索中国专利CN208201084U，该专利公开了一种管道内壁防护涂层装置，包括：平台，其与地面平行设置；斜台，其与所述平台固定连接，并且倾斜于地面设置；第一导轨，其设置在所述斜台上部；第二导轨，其设置在所述斜台上部，并且与所述第一导轨平行间隔设置；喷涂枪杆，其可滑动地设置在所述第一导轨上；喷砂枪杆，其可滑动地设置在所述第二导轨上；传送带，其垂直于所述导轨设置在所述斜台下部，所述传送带沿所述喷砂枪杆到所述喷涂枪杆的方向传送管件；工件支架，其设置在所述传送带下方的所述斜台上，所述工件支架可调节升降高度，用以提升并固定管件；升降托轮，其设置在所述传送带之间，该专利使用喷砂溅射技术对管件内壁进行处理，相比于磁控溅射技术来说，溅射速率较慢，制备的涂层厚度较厚，硬度低，结合力较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于超长管件
内壁磁控溅射涂层系统及方法。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种用于超长管件内壁磁控溅射涂层系统，包括：涂层腔体，所述涂层腔体内的底部安装有用于放置待涂层管件的旋转支架，所述待涂层管件内穿设有管状靶材，所述管状靶材内穿设有冷却水管，所述冷却水管的外表面安装有多个环形磁铁；
[0008]所述涂层腔体内安装有加热管，所述涂层腔体顶部密封安装有上盖体，所述上盖体上方安装有用于固定管状靶材的固定套。
[0009]进一步地，所述的涂层腔体设有用于通入气体的进气端、用于实现抽真空的抽气端、用于通入冷却水的第一进水端以及用于排出冷却水的第一出水端。
[0010]进一步地，所述的涂层腔体底部开设有用于安装旋转支架的通孔，旋转支架与涂层腔体通过旋转密封连接。
[0011]进一步地，所述的旋转支架通过螺栓依次与陶瓷挡圈、绝缘陶瓷板相连接，所述绝缘陶瓷板的底部连接有推力球轴承，所述推力球轴承与涂层腔体内的底部相连接。
[0012]进一步地，所述的加热管安装在加热管固定架上，加热管沿涂层腔体内壁周向均匀固定布置。
[0013]进一步地，所述的涂层腔体与上盖体通过O型密封圈密封连接，所述上盖体与固定套通过O型密封圈密封连接。
[0014]进一步地，所述的固定套及管状靶材通过Y型密封圈与密封法兰密封连接。
[0015]进一步地，所述的管状靶材设有用于排除冷却水的第二出水端，冷却水管设有用于通入冷却水的第二进水端。
[0016]进一步地，所述的环形磁铁均匀等间距连接于冷却水管外表面。
[0017]一种用于超长管件内壁磁控溅射涂层系统的超长管件内壁磁控溅射涂层方法，包括以下步骤：
[0018]S1将待涂层管件放入涂层腔体内的旋转支架上，放入管状靶材和冷却水管，密封上盖体，在涂层之前先通过抽气端将密封后的涂层腔体内的残余气体抽去，待涂层腔体内真空度达到要求后，采用加热管对管件进行加热；
[0019]S2当管件上升到设定温度后，通过进气端向涂层腔体内通入刻蚀清洗气体，通过外接偏压电源对管状靶材及待涂层管件通电，进行管件内壁刻蚀清洗，去除表面杂质；
[0020]S3向冷却水管的第二进水端通入冷却水，然后经管状靶材的第二出水端流出，涂层腔体的第一进水端通入冷却水，经第一出水端流出，对管状靶材及涂层腔体进行冷却；
[0021]S4冷却之后将准备好的涂层气体通过进气端通入涂层腔体，气体进入涂层腔体后，在磁场的作用下均匀轰击管状靶材的表面，然后和溅出的靶材粒子在偏压的作用下运动到待涂层管件表面形成涂层，直至涂层结束；
[0022]S5涂层结束后将空气通过进气端通入涂层腔体，待涂层腔体无内外压差时，拆下上盖体，取出已涂层好的管件。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024]1.本专利技术采用磁控溅射技术，通过在冷却水管外表面安装环形磁铁，对管状靶材及待涂层管件进行通电，使得气体离子在高压降的作用下均匀轰击管靶的圆柱面，溅出靶材粒子并在管件内壁均匀沉积，实现对超长管件内壁的涂层工作。
[0025]2.本专利技术采用与长管件有相似形状的管状靶材作为涂层溅射沉积源，且涂层沉积过程中待涂层管件放置在旋转支架上，通过推力球轴承的运动，带动管件可以均匀旋转，保证了涂层沉积的均匀性。
[0026]3.本专利技术通过沿涂层腔体内壁周向均匀固定布置加热管，在溅射涂层前及涂层中通过对管件进行加热，提高涂层与管件内壁的结合强度。
[0027]4.本专利技术所用的管状靶材设置有第二出水端，冷却水管设有第二进水端，冷却水管置于管状靶材内部，第二进水端进水温度较低，冷却水流经第二进水端后，吸收管状靶材及腔体内部的热量，经第二出水端流出，防止管状靶材、涂层腔体及管件的高温损伤。
附图说明
[0028]图1为本专利技术的结构示意图；
[0029]图2为本专利技术的主视图；
[0030]图3为本专利技术的陶瓷挡圈模型图；
[0031]图4为本专利技术含管件的局部剖视本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超长管件内壁磁控溅射涂层系统，其特征在于，包括：涂层腔体(1)，所述涂层腔体(1)内的底部安装有用于放置待涂层管件的旋转支架(4)，所述待涂层管件内穿设有管状靶材(14)，所述管状靶材(14)内穿设有冷却水管(15)，所述冷却水管(15)的外表面安装有多个环形磁铁(16)；所述涂层腔体(1)内安装有加热管(7)，所述涂层腔体(1)顶部密封安装有上盖体(10)，所述上盖体(10)上方安装有用于固定管状靶材(14)的固定套(11)。2.根据权利要求1所述的一种用于超长管件内壁磁控溅射涂层系统，其特征在于，所述的涂层腔体(1)设有用于通入气体的进气端(1.1)、用于实现抽真空的抽气端(1.2)、用于通入冷却水的第一进水端(1.3)以及用于排出冷却水的第一出水端(1.4)。3.根据权利要求1所述的一种用于超长管件内壁磁控溅射涂层系统，其特征在于，所述的涂层腔体(1)底部开设有用于安装旋转支架(4)的通孔，旋转支架(4)与涂层腔体(1)通过旋转密封连接。4.根据权利要求1所述的一种用于超长管件内壁磁控溅射涂层系统，其特征在于，所述的旋转支架(4)通过螺栓(6)依次与陶瓷挡圈(5)、绝缘陶瓷板(3)相连接，所述绝缘陶瓷板(3)的底部连接有推力球轴承(2)，所述推力球轴承(2)与涂层腔体(1)内的底部相连接。5.根据权利要求1所述的一种用于超长管件内壁磁控溅射涂层系统，其特征在于，所述的加热管(7)安装在加热管固定架(8)上，加热管(7)沿涂层腔体(1)内壁周向均匀固定布置。6.根据权利要求1所述的一种用于超长管件内壁磁控溅射涂层系统，其特征在于，所述的涂层腔体(1)与上盖体(10)通过O型密封圈(9.1)密封连接，所述上盖体(10)与固定套(11)通过O型密封圈(9.2)密封连接。7.根据权利要求1所述的一种用于超长管件内壁磁控溅射涂层系统，其特征在于，所述的固定套(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张而耕，陈强，梁丹丹，周琼，黄彪，张帆，孙思叡，孙国庆，赵志国，王晓宇，施舒扬，
申请(专利权)人：上海名古屋精密工具股份有限公司上海紫日包装有限公司，
类型：发明
国别省市：