[发明专利]一种制备管状零件内孔涂层的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂层制备装置，特别是一种制备管状零件内孔表面耐磨复合涂层的装置

背景技术

近年来各国重点研究的高温条件下使用的耐磨涂层材料及其涂层技术，包括Ta、Mo、W、Re、Nb、Hf等难熔金属及其合金和TiB2、ZrO2等陶瓷体涂层，涂层结构向多层多功能方向发展，其制备技术包括激光涂覆、等离子体火焰涂覆、高速氧气-燃料热喷涂、线爆喷涂以及等离子增强气相沉积等，其中气相沉积由于能实现难熔、阻燃、抗烧蚀材料的可靠沉积，而得到大量运用，气相沉积是一种通过化学反应或热蒸发等物理过程，产生沉积材料的气体原子、分子、离子或集合体在基体形成固体膜层的方法，分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)，CVD技术具有绕镀性好等诸多优点，但沉积温度较高，极大限制了其应用范围。

将等离子体引入CVD技术形成的等离子增强化学气相沉积技术（PECVD）极大地激活了反应体系，能使高温反应实现低温合成，达到了涂层低温制备的目的，这是因为等离子体温度和能量密度高，能够使反应气体分子发生离化或活化，可降低化合物分解或化合的势垒，反应温度降低的同时提高反应速率，另外等离子体对基体表面的活化作用可提高涂层与基体的结合强度。

但是，细长管状零件在PECVD制备TiB2/TiN涂层过程中，由于空间有限导致鞘层重叠，离子能量低，而且外部扩散进入的等离子体快速耗尽，能量密度低，且轴向不均匀，导致细长构件深内孔内等离子体应用困难。

TiB2/TiN复合涂层现有制备工艺如激光涂覆、等离子体火焰涂覆、高速氧气-燃料热喷涂、线爆喷涂等方法的制备温度较高，极易造成基体氧化，同时涂层制备过程中的高温也会影响薄壁管状零件等的力学性能。而等离子增强化学气相沉积技术能够使反应气体分子发生离化或活化，可降低化合物分解或化合的势垒，实现低温沉积，但是细长管状零件在PECVD制备TiB2/TiN涂层过程中，引弧困难，很难保证涂层制备的均匀性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在管状零件内孔表面均匀制备高温条件下使用的耐磨涂层的装置。该装置解决了大长径比的细长管状零件PECVD过程中内壁引弧难题，实现了管状零件内壁高温条件下使用的耐磨复合涂层的均匀制备。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种制备管状零件内孔涂层的装置，其特征在于：包括夹持夹具、辅助电极及TiCl₄储液罐, 所述夹持夹具固定在真空室的中心位置，所述TiCl₄储液罐通过连接管与真空室相连接;

为了使管件零件可悬空放置，确保辉光放电的实现，且使管状零件既不与中心辅助电极接触，防止短路，也不与真空室壁接触，防止真空室带电伤人。其中所述夹持夹具由三根支撑杆托起的管状支架构成，所述管状支架管壁上端均布有两个以上的固定孔，所述支撑杆和所述管状支架之间通过陶瓷体绝缘连接，所述管状支架与直流脉冲偏压电源的阴极连接，所述辅助电极设置在所述夹持夹具的轴心线上并与直流脉冲偏压电源阳极固定连接。

为了将反应气体直接输送到管状零件内部，使其兼具输气功能，所述辅助电极为管状，包括端头为平锥口形的过渡管和与之固定连接的上送气管,所述上送气管的管壁端部布设两个以上的导气孔。

为了提供TiCl4气体，所述TiCl4储液罐包括罐体，在所述罐体的口部紧固有装有密封圈的上盖，在罐体周围和连通TiCl4储液罐与真空室之间的连接管外均匀缠绕有加热带，所述罐体与真空室通过连接管相连，在所述罐体与真空室之间的连接管上设置有两个截止阀，所述截止阀与上盖连接，其中所述连接管采用不锈钢管效果好。

为了实现TiCl4在指定温度下的气化，达到沉积所需的TiCl4流量，同时可观测到罐体内气体的压力及含量，所述截止阀输出端均设置有压力真空表，两个压力真空表另一端通过连接管分别接氮气N2输出端和真空室输入端；为了实时测量加热带对罐体的加热温度，在所述加热带与罐体之间设置有热电偶，且所述热电偶感温的端部置于加热带与罐体之间。

为了能随时观测到所述储液罐的温度，保证对TiCl4罐体进行恒温加热，所述压力真空表和热电偶均连接到恒温加热仪上。

为了保证TiCl4不会溢出，上盖与所述罐体用螺钉紧固。