[发明专利]一种用于大长径比管内壁镀膜的磁控溅射装置

说明书

本发明公开了一种用于大长径比管内壁镀膜的磁控溅射装置，包括：为大长径比管加热的加热系统；与大长径比管一端连接的真空端转接头和抽真空系统；与大长径比管另一端连接的电源端转接头和高功率脉冲电源；贯穿真空端转接头、大长径比管及电源端转接头并位于其中心轴线上的空心管，所述空心管上均匀排布有细孔；套设在空心管上并可延空心管移动的单个或多个环形靶系统；与环形靶系统连接的冷却水系统。本发明采用环形靶材沿中心轴在管件内来回移动实现对不同长度管件的内壁均匀镀膜，并且靶材可选用金属材料和非金属材料，通过采用几个靶系统的协同镀膜，可以实现多个靶材镀多层膜，解决了现有的管件内壁镀膜技术仅能实现单一成分镀膜的问题。

技术领域

本发明属于通过覆层形成材料的真空蒸发、溅射或离子注入进行镀覆技术领域，具体涉及一种用于大长径比管内壁镀膜的磁控溅射装置及利用该装置在大长径比管内壁镀膜的方法。

背景技术

大长径比管件已广泛地应用于炼油、化工、核电、火电、船舶、交通等各个行业的工业管道系统中。在应用过程中，化学腐蚀、热腐蚀、摩擦以及氧化等因素会大幅减少这些管件的使用寿命。因此，大量的大长径比管件需要进行内壁表面的改性处理，使其具备耐磨、耐化学腐蚀、耐热腐蚀、抗氧化等性能。

采用电镀法在大长径比管件内壁镀膜时，会使用大量的有毒溶液，同时会产生大量的废液。此外，电镀法只能制备金属或合金镀层，无法制备出非金属镀层。采用化学气相沉积法在大长径比管件内壁镀膜时，由于将管件作为腔体，气体原料只能从一端进入，进气端气体浓度大，抽气端气体浓度小，这会导致管件内沉积的薄膜不均匀。现有的采用磁控溅射技术在管件内镀膜的技术方案采用的靶材为具有与管件相同长度的圆柱形靶材，对于长度大于5米的管件，采用这种技术制备对超长靶材的制造存在挑战，且实际应用中，会出现需要对几种不同长度的管件进行镀膜，采用这种技术则需要针对不同长度管件进行靶材定制，大幅增加成本。同时，该方法无法改变镀层成分和制备多层复合镀层。例如，中国专利(CN109735812A)中公开的设备采用长圆柱形靶材，在更换管件的过程中，靶材在环境中暴露，靶表面在一定程度上被氧化或污染，其装置无法进行预溅射清洗靶材，严重影响镀膜质量。针对以上方法的不足，目前需要开发一种用于大长径比管内壁镀膜的磁控溅射装置及利用该装置在大长径比管内壁镀膜的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提出一种用于大长径比管内壁镀膜的磁控溅射装置及利用该装置在大长径比管内壁镀膜的方法，该装置镀膜过程无污染、灵活且成本低廉，且能用于制备非金属镀层和金属镀层以及多层复合镀层。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于大长径比管内壁镀膜的磁控溅射装置，包括：

为大长径比管加热的加热系统；

与大长径比管一端连接的真空端转接头和抽真空系统；

与大长径比管另一端连接的电源端转接头和高功率脉冲电源；

贯穿真空端转接头、大长径比管及电源端转接头并位于其中心轴线上的空心管，所述空心管上均匀排布有细孔，每个细孔均与安放于空心管中的进气管道相连，根据需要通过进气管道通入氩气、氮气或其他气体；

套设在空心管上并可延空心管移动的单个或多个环形靶系统；

与环形靶系统连接的冷却水系统。

按上述方案，所述大长径比管长度为100～2000cm，内径为25～100cm。

按上述方案，所述加热系统包括大长径比管外围环绕的中频感应加热线圈，所述中频感应加热线圈长45cm(沿大长径比管轴向长度)，并且在溅射镀膜过程中，中频感应加热线圈跟随靶系统移动，中频感应加热线圈的中心位置与移动的靶系统的中心位置相适。大长径比管加热温度为25～300℃。