Analyzuje se zdroj oblouku s iontovým pokovováním pomocí magnetického pole a jeho charakteristiky vybíjení

Analyzuje se zdroj oblouku s iontovým pokovováním pomocí magnetického pole a jeho charakteristiky vybíjení

Analyzuje se struktura, pracovní princip, pohyb oblouku a výbojové charakteristiky několika zdrojů oblouku řízených iontovými oblouky. Srovnává se cílová struktura a konfigurace magnetického pole různých řízených zdrojů oblouku s magnetickým polem. Předpokládá se vývoj zdroje oblouku s iontovým obloukem řízeného magnetickým polem .

Zlepšení kvality zpracování a životnosti nástrojů a forem je předmětem, který lidé neustále zkoumají. Technologie obloukovitého iontového pokovování je druh technologie povrchové modifikace materiálů matrice, která má výhody vysoké rychlosti ionizace, nízkého teplotního nanášení, dobré kvality filmu a rychlé rychlosti nanášení atd., Které nejsou dostupné u jiných způsobů nanášení. Existence velkých částic způsobených výbojem oblouku však omezuje další použití technologie potahování tlakem, což se stalo hlavním tématem vývoje technologie obloukových iontů.

Zdroj iontového oblouku je zdrojem plazmového výboje a je klíčovou součástí technologie iontového pokovování. Zdrojem oblouku používaným při obloukových iontových pokovování je zdroj oblouku studené katody, chování oblouku v tomto zdroji oblouku je řízeno mnoha rychle se pohybujícími a velmi jasnými katodovými skvrnami na povrchu katody. V procesu vývoje a zdokonalování technologie obloukovitého iontového pokovování je velmi důležité efektivní řízení bodového pohybu elektrickým obloukem, protože určuje stabilitu elektrického oblouku, efektivní využití cíle katody, odstranění velkých částic, zlepšení kvality filmu a mnoho dalších klíčové problémy. V tuzemsku i zahraničí se výzkum zaměřuje hlavně na návrh zdroje oblouku pro řízení magnetického pole. Vzhledem k fyzikálním charakteristikám vakuového oblouku je aplikované elektromagnetické pole účinnou metodou pro řízení pohybu obloukových bodů. V současné době všechny návrhy magnetického pole zvažují vytvoření určité konfigurace magnetického pole na cílovém povrchu, pomocí pravidla ostrého úhlu omezují dráhu pohybu obloukových bodů a pomocí příčné složky zlepšují rychlost pohybu obloukových bodů.

Ideální design magnetického pole je ztělesněn takto: na jedné straně zvětšete oblast a intenzitu příčné složky magnetického pole, pokud je to možné; na druhé straně v největší míře řídí a omezuje pohyb obloukových skvrn. Vzhledem k dlouhému trvání filmu pro pokovování nástroji vyžaduje výkon filmu vysoký, průmyslová aplikace zdroje oblouku s iontovým pokovováním by měla mít následující charakteristiky: (1) stabilní výboj, který není často z oblouku; (2) omezení pohybu oblouku jsou přiměřená, neběhejte; (3) vysoká míra využití cílového materiálu; (4) vynikající obloukový bod, malá hustota výboje, malé částice; (5) hustota plazmatu a rychlost ionizace jsou vysoké a dostatečný je tok plazmy transportovaný k obrobku.

S ohledem na současné populární několik nástrojů používaných při potahování pomocného zdroje obloukových iontů, v tomto článku, srovnávací analýza různých pomocných struktur cílového zdroje zdroje oblouku řízeného magnetickým polem, konfigurace magnetického pole a mechanismus generování, diskutovaly různé konfigurace o magnetickém poli pohybu oblouku, o dopadu výboje a výhodách a nevýhodách výsledného procesu potahování atd., k řízení magnetického pole vývoje zdroje elektrického oblouku pro pokovování iontovým obloukem.

1. Kruhový zdroj malého oblouku

Zdroj iontového oblouku, který se poprvé používá při pokovování nástrojů, je typický malý obloukový zdroj zavedený z Ruska, který má výhody jednoduché struktury, pohodlné instalace, cílové kombinace s různými součástmi v libovolném místě, snadno realizovatelné vícevrstvé přípravy povlaků a tak dále. Terč zdroje oblouku má obecně průměr asi 60 ~ 160 mm a tloušťku 20 ~ 40 mm. Ve srovnání s jinými zdroji katodového oblouku je velikost mnohem menší, takže se obecně nazývá malý zdroj oblouku. Malé zdroje oblouku obvykle využívají elektromagnetický nebo pneumatický režim zapalování mechanickým obloukem. Při práci je oblouková jehla stažena zpět, aby se dostala do kontaktu s materiálem katody pro zapálení oblouku, a obvod oblouku zapalovací jehly je přerušen po spuštění oblouku a výboj je udržován zdrojem oblouku.

Řídicí magnetické pole zdroje oblouku obvykle pochází z permanentního magnetu umístěného za terčem. Magnety mohou mít válcový, kruhový nebo prstencový tvar. Použití magnetického pole generovaného permanentním magnetem na cílové ploše může omezit pohyb bodu oblouku, zlepšit stabilitu výboje a zabránit běhu oblouku. Intenzita cílového magnetického pole je obvykle 1 až 5 mT, aby se udržel stálý výboj malého zdroje oblouku. S postupem permanentního magnetu se intenzita elektromagnetického pole před terčem zvyšuje, čímž se vytváří elektronová radiální hnací síla a obvodová síla, takže se obloukový oblouk otáčí po obvodu obvodově na povrchu a radiálně ven ze středu kruhu. Zvýšení intenzity magnetického pole může zvýšit rychlost a poloměr pohybu oblouku, jak je znázorněno na OBR. 1 (a). Trvalý magnet instalovaný za tradičním cílem zdroje malého oblouku je však obvykle namočen do chladicí vody, kterou lze po dlouhém promočení snadno demagnetizovat a magnet je třeba neustále vyměňovat. Intenzita magnetického pole navíc není snadno nastavitelná, takže intenzitu magnetického pole terče lze upravit pouze pohybem permanentního magnetu za terčem tam a zpět.

V současné době mnoho společností vylepšilo zdroj oblouku, zejména včetně: přijetí nepřímého kanálu pro chlazení vodou, umístění permanentního magnetu mimo kanál pro chlazení vodou, zamezení demagnifikace a vytvoření většího prostoru pro návrh magnetického pole, což přispívá k návrhu složeného magnetického pole pole elektromagnetického vázaného permanentního magnetického pole a podpora rozvoje zdroje oblouku s iontovým pokovováním, jak je znázorněno na obrázku 1 písm. c). Například balchas POUŽÍVÁ cíl s průměrem 160 mm, který je nepřímo chlazen vodou. Zadní strana terče poskytuje různé konstrukce magnetických obvodů a existují různé odpovídající konfigurace magnetického pole pro řízení a zlepšování bodového výboje. Řada domácích společností postupně vyvinula velký oblouk s průměrem asi 150 mm, který obecně přijímá nepřímou strukturu chlazení vodou a struktura magnetického pole je také celá řada režimů, což poskytuje více řešení pro uniformitu povlaku, rafinaci velkých částic a nanášení filmové vrstvy o velké tloušťce.

OBR. 1 zlepšila strukturu zdroje malého oblouku a bodový výboj

2. Závěr

Vzhledem k současným populárním zdrojům oblouku s iontovým pokovováním asistovaným magnetickým polem používaným při pokovování nástrojů byly analyzovány a porovnány konfigurace katody a magnetického pole různých zdrojů s řízeným obloukem asistovaného magnetickým polem a vlivy na pohyb, výboj a proces nanášení oblouku. byly také analyzovány.

(1) kruhový zdroj malého oblouku má výhody jednoduché struktury, pohodlné instalace, kombinace cílového materiálu s různými součástmi na jakémkoli místě a snadné přípravy vícesložkových povlaků. Řídicí magnetické pole tradičního kruhového zdroje malého oblouku obecně pochází z permanentního magnetu umístěného za terčem. V současné době vývoj zdroje kruhového oblouku přijímá nepřímý vodní chladicí kanál a cílovou strukturu s velkým průměrem (150 mm) a konfigurace magnetického pole je multimodální, což poskytuje více řešení pro rovnoměrné nanášení, jemné velké částice a ukládání velkých tloušťka vrstvy filmu.

(2) Velký obloukový zdroj oblouku a rotační válcový zdroj oblouku mohou zlepšit rovnoměrnost povlaku, snížit vypouštěcí sílu oblouku a snížit velké částice, které lze použít k přípravě jemné vrstvy filmu, jakož i základny nástrojů a ozdob povlaky. Nevýhodou však je, že terč je jednoduchý, obtížně připravitelný vícenásobný povlak, současně je míra využití terče nízká, konstrukce magnetického pole má určité dovednosti, nepřiměřená struktura je snadno způsobitelná běh oblouku, nestabilita výboje a další problémy , nepřispívá k dlouhodobému lakování nástrojů.

(3) Mechanický zdroj rotujícího magnetronového oblouku může na cílové ploše tvořit řadu rotujících magnetických polí s nastavitelnou rychlostí, ale musí přidat komplikovaný mechanický kontrolní mechanismus. Elektromagnetický rotační magneticky řízený zdroj oblouku využívá komplexního účinku příčné síly magnetického pole a frekvence otáčení k realizaci silného disperzního stavu oblouku rozloženého po celé cílové ploše na cílovém materiálu studené katody, což přispívá k rovnoměrnému zahřívání celku cílový povrch a významné snížení hustoty proudu.

(4) Multimódový střídavý spojovací zdroj s obloukovým iontovým obloukem s podporou střídavého magnetického pole může tvořit dynamické obloukové spojovací magnetické pole s využitím osového souměrného divergentního magnetického pole směřujícího k okraji cíle a zaostřovacího vodícího magnetického pole tvořícího ostrý úhel střed terče za účelem řízení pohybu obloukových bodů, zlepšení stavu výboje obloukových bodů a snížení emise částic. Stabilní přenos plazmy pod vedením zaostřeného magnetického pole může zvýšit pravděpodobnost kolize částic, rychlost ionizace a iontovou hustotu plazmy.

(5) Elektromagnetický točivý zdroj elektrického oblouku s řízeným magnetickým obloukem a multimódový střídavý zdroj oblouku s elektrickým obloukem s podporou oblouku jsou dva nové typy zdroje oblouku s obloukovým pokovováním s dynamickým magnetickým polem.