[发明专利]一种金属内表面改性的装置和方法

权利要求书

1.一种金属内表面改性的装置，是利用空心阴极效应在空腔内产生高密度的等离子体，来实现金属内表面的改性，即能实现化学渗，也能沉积硬碳膜，提高金属内表面的硬度、耐磨性和耐蚀性等物理化学性能，其特征在于被处理件为阴极，根据被处理件表面形状，增加与阴极材料相同、轮廓相似的阴极，形成双阴极；反应气体由阴极均匀引入到阴极与阴极之间的空腔内，反应之后的残余气体需由阴极内表面边缘四周由机械泵抽出；阴极与阴极间距d和真空室反应压力P之间满足P·d=0.5-10Torr·cm关系，钼制阳极位于空腔边缘四周，阴极与阳极间距为双阴极间距的2-5倍；通入反应气体，阴阳极之间加入直流脉冲偏压，控制被处理件的温度，进行化学渗或薄膜沉积。

2.一种金属内表面改性的方法，其特征在于：

a）首先，抽真空使反应室达到本底真空～10^-3Torr，通入氩气至0.05Torr对被处理件进行表面清洗和活化预处理5-20min，之后按比例通入反应气体；氮气或氨气和氩气混合气体中，氮气或氨气比例为20～80%，调节真空度在5×10^-2～5Torr之间，阴阳极间加入脉冲电压0～10kV或电流0～5A，在空心阴极等离子体的作用下，被处理件被自然加热到400～700°C之间，渗氮时间为0.5～4h；

b）沉积硬碳膜时，将反应气体改为乙炔或甲烷和氩气混合气体，乙炔或甲烷比例为5～40%，通水冷却保证工件温度在50～300°C之间；调节真空度在5×10^-2～5Torr之间，阴阳极间加入脉冲电压0～10kV或电流0～5A，硬碳膜沉积时间0.5～4h。