管狀工件內(nèi)表面磁場(chǎng)輔助直流濺射鍍膜方法的研究.pdf

1、在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，以管狀工件內(nèi)表面作為工作面的情形有很多。在管內(nèi)壁沉積薄膜可以顯著改善工件的性能，但是，在長(zhǎng)度較長(zhǎng)、內(nèi)徑較小的管內(nèi)壁制備薄膜是比較困難的。本文在前人研究的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的鍍膜方法，即磁場(chǎng)輔助直流濺射鍍膜方法。該方法利用直流勵(lì)磁線圈提供磁場(chǎng)，控制放電范圍，且線圈可以沿著管軸向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)在整個(gè)管狀工件內(nèi)表面沉積薄膜。
　　本文采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)分析相結(jié)合的方法開(kāi)展研究。首先對(duì)濺射區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)分布進(jìn)行了模

2、擬和測(cè)量，以此確定最佳的勵(lì)磁線圈長(zhǎng)度。其中模擬部分采用COMSOL軟件，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值的趨勢(shì)基本一致，磁感應(yīng)強(qiáng)度在管內(nèi)較大范圍內(nèi)(管長(zhǎng)的3/4)分布比較均勻。綜合分析各種因素，特別是考慮到控制放電范圍，勵(lì)磁線圈長(zhǎng)度不宜太長(zhǎng)。其次理論計(jì)算濺射區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)分布，發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)為對(duì)數(shù)場(chǎng)分布，電子在電磁場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋線。再次結(jié)合電子在電磁場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡和磁控輝光放電的特征長(zhǎng)度，確定本實(shí)驗(yàn)裝置用到的待鍍管最小內(nèi)徑應(yīng)大于6mm。最后利用XO

3、OPIC軟件模擬了磁感應(yīng)強(qiáng)度、陰極電壓和工作壓力對(duì)放電區(qū)域內(nèi)等離子體電勢(shì)分布和帶電粒子密度分布的影響，發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子約束作用十分明顯，減弱磁場(chǎng)強(qiáng)度或減小工作壓力都可以提高靶材的放電電壓。
　　本課題中，設(shè)計(jì)制造了管狀工件內(nèi)表面磁場(chǎng)輔助直流濺射鍍膜系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)試后設(shè)備運(yùn)行良好。磁感應(yīng)強(qiáng)度0-0.035T連續(xù)可調(diào)，在電源放電功率2W至75W，電流7mA至180mA，放電電壓300V至450V范圍內(nèi)，可以穩(wěn)定放電。
　　本文利用

4、研制的磁場(chǎng)輔助直流濺射鍍膜系統(tǒng)，開(kāi)展了在內(nèi)徑φ28mm長(zhǎng)160mm的不銹鋼管內(nèi)表面沉積Cu薄膜的實(shí)驗(yàn)研究，并利用等離子體發(fā)射光譜(OES)技術(shù)對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行了診斷。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)陰極靶材負(fù)偏壓高于400V，工作壓力小于2Pa，磁感應(yīng)強(qiáng)度小于200G時(shí)，Cu324.7nm譜線明顯;當(dāng)工作壓力較高或磁感應(yīng)強(qiáng)度較大時(shí)，靶材負(fù)偏壓低于400V， Cu324.7nm譜線不明顯。
　　該鍍膜系統(tǒng)最佳的工作參數(shù)為，工作壓力1.5Pa，磁感應(yīng)強(qiáng)度15