[发明专利]阴阳极双靶头优化管内壁镀膜的镀膜装置及其镀膜方法

说明书

阴阳极双靶头优化管内壁镀膜的镀膜装置及其镀膜方法，属于管件内壁薄膜沉积技术领域，本发明为解决现有管筒件内壁镀膜工艺等离子体进入管筒件内部距离较短、等离子体密度低的问题。它包括：两个平面等离子体靶头分别置于管筒件的管头和管尾侧，并均与管筒件的端口正对；两个平面等离子体靶头、两个励磁线圈和管筒件等轴；两个平面等离子体靶头连接在同一个靶电源上或分别连接两个靶电源；连接在同一个靶电源上时，交替作为阴阳极，通过交替正负脉冲使一个靶头对另一个靶头放电；连接两个靶电源上时，交替作为辅助阳极，通过波形相位关系使一个靶头对真空室放电，另一个靶头作为辅助阳极。本发明用于对管筒件内壁进行镀膜。

技术领域

本发明涉及一种阴阳极双靶头优化管内壁镀膜的镀膜装置及其镀膜方法，属于管件内壁薄膜沉积技术领域。

背景技术

管筒件广泛应用于石油、化工、冶金、机械、建筑、交通工程、电力工程、海洋工程及国防领域。如不锈钢管材由于其本身固有的优异特性大量应用于建筑给水和直饮水的管道，为保护水资源，改善水质，保护人们的健康和提高生活质量发挥了关键的作用；而普通碳钢管材、合金钢管材及玻璃钢或塑料管材在油气管道上也发挥着重要的应用；在化工行业，大量的管道被用于高温腐蚀性化工介质的输送；在生物医疗应用方面，许多人造器官都具有着管状空间，比如纤细柔韧的细长管是制备人造血管最基础的构件；而在国防应用上，坦克、大炮、枪械的身管，发动机管路，雷达波导管以及武装装备战车的轴承、活塞套等等，各种管筒状结构件的应用更为广泛。

但在实际应用中，由于腐蚀、摩擦磨损，管筒件的内表面经常发生严重的破坏，造成寿命缩短，给人们的生活带来了许多不便，工程应用上带来大量的经济损失。例如，由于油气管道存在着严重的腐蚀问题，目前所采用的防腐措施基本上是在管线中镶嵌有机防腐衬套，这样不但增加了衬套及安装设备的成本，又无法从根本上解决防腐问题，而衬套本身的寿命所限，也有着需要定期更换的问题。在军事方面，由于枪炮管的膛线磨损和内膛尺寸形状发生变化的问题，导致弹丸初速、射击精度下降,战术技术性能降低，枪炮管失效。另外，各种口径的管线在输送腐蚀性化工介质方面应用，焊口处的内防护也是一个非常头痛的问题。因此，进行对管筒件内表面进行适当处理以使其具有更高的硬度，更好的抗摩擦磨损性能，更好的耐高温、高压性能，更好的耐腐蚀性能以及更好的光电性能等，就有着非常重要的现实意义。

考虑到经济成本等因素，提高管筒件内表面性能，仅靠材料本身的发展已不能满足要求，而材料表面改性作为一种能不改变基体材料性能而极大提高材料表面性能的科学，获得了非常广泛深入的研究，并得到了大量的实际应用，已经成为材料科学里的一个非常重要的研究领域。但目前材料表面改性技术的研究多集中在外表面的防护与强化，对内表面的研究相对较少。这一方面是外表面作为工作表面暴露出的问题较多。另一方面由于来自于硬件和工艺自身的原因，管腔内表面，受到内腔形状和尺寸的限制，一些处理方法很难实施，或者是即使能实施也很难得到良好的改性效果，尤其是对于一些细长的管件更是如此；一些处理介质很难进入管腔内部，或者是即使进入也难以保证改性层的均匀性；改性层与管壁的结合强度不高，限制了其使役性能的发挥。

关于管内壁镀膜方法，最早电镀方法由于其成本低、镀层致密被广泛应用，但存在膜基结合力较差而易剥落的问题，且电解液存在严重的环境污染，逐渐被其包括化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)方法取代。其中化学气相沉积(CVD)方法中，常规CVD方法沉积温度高，不易在一些对温度敏感的材料上应用。利用等离子体增强方法，可降低沉积温度，但其设备复杂，成本高，且由于气体源的限制，所沉积的薄膜种类有限，限制了CVD方法的应用。物理气相沉积(PVD)方法中的蒸发镀膜方法，仅适用于低熔点材料，且离化率低，涂层分布不均匀；磁控溅射技术和多弧离子镀技术在镀膜技术中由于镀层质量高，膜层均匀性好，结合力好等优点，在管内壁镀膜方法中具有重要应用潜力。

但在沉积管内壁涂层的应用中，其困难主要在于，由于口径较小的管口对于等离子体具有屏蔽作用，阴极等离子体源喷射出的等离子体浓度在管内空腔中随着管深的增加而逐渐降低，且等离子体密度低下，导致很难实现管内壁高质量薄膜的沉积。

发明内容