[发明专利]一种用于钢管内壁的磁控溅射装置和溅射方法

说明书

本发明公开了一种用于钢管内壁的磁控溅射装置和溅射方法，属于镀膜领域。本发明的用于钢管内壁的磁控溅射装置，对靶材支架和工件支架做了改进，使得中空靶材管处于钢管内部，镀膜时，在钢管内形成等离子体场，气体离子轰击靶材外壁，产生金属粒子的沉积在钢管内壁上；本发明钢管内壁的磁控溅射装置，在现有的磁控溅射装置上改进小、易于改装，操作方便，能够在钢管内壁制备耐蚀合金涂层，而且可通过更换靶材而制备不同的耐蚀合金涂层，满足不同工况下的耐腐蚀需求。

技术领域

本发明属于镀膜领域，尤其是一种用于钢管内壁的磁控溅射装置和溅射方法。

背景技术

近些年来，油气资源开发中的增产工艺(如酸化压裂、CO₂驱采等)对油井管的服役安全造成了严重的威胁。油井管破损不仅导致油气井的非正常停产，还会因修井造成巨大的经济损失。

油井管常见的防腐措施是有机涂层和金属涂层。但是，随着井深越来越大，井底温度越来越高，有机涂层的应用遇到了瓶颈。而金属涂层以Ni-P、Ni-W类涂层为主，主要通过电镀或化学镀的工艺制备。这类涂层的劣势在于耐蚀性合金元素含量低，在酸化压裂这类苛刻工况中的耐蚀性能不足。相对于Ni-P、Ni-W类金属涂层而言，Ni-Cr类合金涂层的耐蚀性能更加优异，更能应对以酸化压裂为代表的苛刻环境的腐蚀。然而，Ni-Cr类合金涂层很难通过电镀或化学镀的工艺制备，因此限制了此类涂层在油气开发工业中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于钢管内壁的磁控溅射装置和溅射方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于钢管内壁的磁控溅射装置，包括两个靶材支架和两个钢管支架，两个靶材支架和两个钢管支架设在真空室内；

两个靶材支架之间安装有中空靶材管，所述中空靶材管内设有可旋转的磁芯；

两个钢管支架之间用于安装钢管，当钢管位于钢管支架之间时，中空靶材管处于钢管内部。

进一步的，中空靶材管的壁厚为3～6mm。

进一步的，中空靶材管外径小于钢管内径，两者之差在40mm以上。

进一步的，磁芯外径小于中空靶材管的内径。

本发明的磁控溅射装置的溅射方法，包括以下步骤：

1)安装工件和中空靶材管

将内部装有磁芯的中空靶材管安装在两个靶材支架上，将钢管安装在钢管支架上；

所述中空靶材管的材质为C-276、Alloy 825或304不锈钢；

2)进行沉积

溅射镀膜的条件为：真空室内的气氛为氩气，真空度为5～15Pa，温度为200～400℃，电源偏压为80～150V，沉积时间为10～30h。

进一步的，步骤1)中的中空靶材管的内壁经以下处理：

经机械打磨后，再由丙酮和无水乙醇的清洗。

进一步的，步骤1)和步骤2)之间还包括利用氩离子轰击钢管内壁，以实现清洁内壁的目的。

进一步的，在步骤2)中，磁芯处于转动状态。

进一步的，在步骤2)中，磁芯的旋转速率为在300转/分钟以下。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：