Die magnetfeldunterstützte Ionenplattierungslichtbogenquelle und ihre Entladungseigenschaften werden analysiert

Die magnetfeldunterstützte Ionenplattierungslichtbogenquelle und ihre Entladungseigenschaften werden analysiert

Die Struktur, das Arbeitsprinzip, die Bewegung des Lichtbogenflecks und die Entladungseigenschaften mehrerer magnetfeldgesteuerter Lichtbogenionenplattierungsquellen werden analysiert. Die Zielstruktur und die Magnetfeldkonfiguration verschiedener magnetfeldunterstützter Lichtbogenquellen werden verglichen. Die Entwicklung einer Lichtbogenquelle zur Ionenplattierung, die durch ein Magnetfeld gesteuert wird, wird in Aussicht gestellt .

Die Verbesserung der Verarbeitungsqualität und Lebensdauer von Werkzeugen und Formen ist ein Thema, mit dem sich die Menschen immer wieder befassen. Die Lichtbogenionenplattiertechnologie ist eine Art Oberflächenmodifikationstechnologie für Chipmaterialien, die die Vorteile einer hohen Ionisationsrate, einer Abscheidung bei niedriger Temperatur, einer guten Filmqualität und einer schnellen Abscheidungsrate usw. aufweist, die bei anderen Beschichtungsverfahren nicht verfügbar sind. Das Vorhandensein großer Teilchen, die durch Lichtbogenentladung verursacht werden, schränkt jedoch die weitere Anwendung der Düsenbeschichtungstechnologie ein, die zum Hauptthema der Entwicklung der Lichtbogenionenplattiertechnologie geworden ist.

Die Ionenplattierungs-Lichtbogenquelle ist die Quelle der Lichtbogenplasmaentladung und die Schlüsselkomponente der Ionenplattierungstechnologie. Die beim Lichtbogen-Ionen-Plattieren verwendete Lichtbogenquelle ist die Kaltkathoden-Lichtbogenquelle. Das Verhalten des Lichtbogens in dieser Lichtbogenquelle wird durch viele sich schnell bewegende und sehr helle Kathodenpunkte auf der Kathodenoberfläche gesteuert. Bei der Entwicklung und Perfektionierung der Lichtbogenionenplattiertechnologie ist eine wirksame Steuerung der Lichtbogen-Kathodenpunktbewegung sehr wichtig, da sie die Stabilität der Lichtbogenentladung, die effektive Ausnutzung des Kathodentargets, die Entfernung großer Partikel, die Verbesserung der Filmqualität und viele andere Faktoren bestimmt Schlüsselprobleme. Im In- und Ausland liegt der Forschungsschwerpunkt hauptsächlich auf dem Entwurf der Lichtbogenquelle für die Magnetfeldsteuerung. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Vakuumlichtbogens ist das angelegte elektromagnetische Feld eine wirksame Methode zur Steuerung der Bewegung von Lichtbogenpunkten. Gegenwärtig berücksichtigen alle Magnetfeldkonstruktionen die Bildung einer bestimmten Magnetfeldkonfiguration auf der Zieloberfläche, verwenden die Regel des spitzen Winkels, um den Bewegungsweg von Lichtbogenpunkten zu begrenzen, und verwenden die Querkomponente, um die Bewegungsgeschwindigkeit von Lichtbogenpunkten zu verbessern.

Das ideale Magnetfelddesign setzt sich wie folgt zusammen: Zum einen Fläche und Intensität der Transversalkomponente des Magnetfeldes so weit wie möglich vergrößern; Steuern und begrenzen Sie andererseits die Bewegung von Lichtbogenpunkten in höchstem Maße. Aufgrund der langen Dauer des Werkzeugüberzugsfilms erfordert die Leistung des Films eine hohe, industrielle Anwendung der Ionenüberzugs-Lichtbogenquelle sollte die folgenden Eigenschaften aufweisen: (1) stabile Entladung, nicht oft außerhalb des Lichtbogens; (2) Bewegungsbeschränkungen für Lichtbogenpunkte sind angemessen, führen Sie keinen Lichtbogen aus. (3) hohe Zielmaterialausnutzungsrate; (4) exquisiter Lichtbogenfleck, kleine Entladungsleistungsdichte, kleine Partikel; (5) Die Plasmadichte und die Ionisationsrate sind hoch und der zum Werkstück transportierte Plasmafluss ist ausreichend.

In Anbetracht der gegenwärtigen Beliebtheit mehrerer Werkzeuge, die beim Beschichten von Feldhilfsquellen für die Lichtbogenionenplattierung verwendet werden, erörterte die vergleichende Analyse der unterschiedlichen Zielstruktur einer Lichtbogenquelle mit gesteuertem Hilfsmagnetfeld, der Magnetfeldkonfiguration und des Erzeugungsmechanismus die unterschiedliche Konfiguration des Magnetfelds der Lichtbogenpunktbewegung, der Auswirkung der Entladung und der Vor- und Nachteile des resultierenden Beschichtungsprozesses usw. zur Steuerung des Magnetfelds der Entwicklung der Lichtbogenquelle für die Lichtbogenionenplattierung werden diskutiert.

1. Kreisförmige Lichtbogenquelle

Die Ionenplattierungs-Lichtbogenquelle, die zuerst beim Werkzeugplattieren verwendet wird, ist eine typische aus Russland eingeführte Lichtbogenquelle mit kleinen Lichtbögen, die die Vorteile einer einfachen Struktur, einer bequemen Installation, einer Zielkombination mit verschiedenen Komponenten an jedem Ort und einer einfach zu realisierenden mehrschichtigen Beschichtungsvorbereitung aufweist und so weiter. Das Target der Lichtbogenquelle hat im allgemeinen einen Durchmesser von etwa 60 bis 160 mm und eine Dicke von 20 bis 40 mm. Im Vergleich zu anderen Kathodenlichtbogenquellen ist die Größe viel kleiner, so dass man im Allgemeinen von einer kleinen Lichtbogenquelle spricht. Kleine Lichtbogenquellen verwenden normalerweise einen elektromagnetischen oder pneumatischen mechanischen Lichtbogen-Zündmodus. Beim Arbeiten wird die Lichtbogennadel zurückgezogen, um das Kathodentargetmaterial für die Lichtbogenzündung zu kontaktieren, und der Stromkreis der Lichtbogenzündungsnadel wird nach dem Auslösen der Lichtbogenzündung unterbrochen, und die Lichtbogenentladung wird durch die Lichtbogenstromquelle aufrechterhalten.

Das Steuermagnetfeld der Lichtbogenquelle kommt normalerweise von dem Permanentmagneten, der sich hinter dem Ziel befindet. Magnete können eine zylindrische, kreisförmige oder ringförmige Form haben. Die Verwendung des durch den Permanentmagneten auf der Zieloberfläche erzeugten Magnetfelds kann die Bewegung des Lichtbogenflecks hemmen, die Entladungsstabilität verbessern und das Laufen des Lichtbogens vermeiden. Die angestrebte Magnetfeldstärke beträgt im allgemeinen 1 bis 5 mT, um eine gleichmäßige Entladung der Kleinbogenquelle aufrechtzuerhalten. Mit dem Vorrücken des Permanentmagneten nimmt die Intensität des elektromagnetischen Feldes vor dem Ziel zu, wodurch eine radiale Antriebskraft und eine Umfangskraft auf das Elektron erzeugt werden, so dass sich der Lichtbogenfleck auf der Oberfläche in Umfangsrichtung dreht und vom Mittelpunkt des Kreises radial nach außen. Das Erhöhen der Magnetfeldstärke kann die Geschwindigkeit und den Radius der Lichtbogenpunktbewegung erhöhen, wie in Fig. 3 gezeigt. 1 (a). Der Permanentmagnet, der hinter dem herkömmlichen Lichtbogenquellentarget installiert ist, ist normalerweise in Kühlwasser getränkt, das sich nach einem langen Einweichen leicht entmagnetisieren lässt, und der Magnet muss ständig ausgetauscht werden. Darüber hinaus ist die Einstellung der Magnetfeldstärke nicht einfach, so dass die Magnetfeldstärke des Ziels nur durch Hin- und Herbewegen des Permanentmagneten hinter dem Ziel eingestellt werden kann.

Gegenwärtig haben viele Unternehmen die Lichtbogenquelle verbessert, vor allem durch die Verwendung eines indirekten Wasserkühlungskanals, die Platzierung eines Permanentmagneten außerhalb des Wasserkühlungskanals, die Vermeidung einer Verkleinerung und die Bereitstellung eines größeren Raums für die Magnetfeldkonstruktion, der für die Konstruktion von Verbundmagneten förderlich ist Feld des elektromagnetisch gekoppelten Permanentmagnetfeldes und Förderung der Entwicklung der Ionenplattierungs-Lichtbogenquelle, wie in 1 (c) gezeigt. Beispielsweise verwendet balchas ein Target mit einem Durchmesser von 160 mm, das indirekt wassergekühlt ist. Die Rückseite des Targets bietet eine Vielzahl von Magnetkreisentwürfen, und es gibt verschiedene passende Magnetfeldkonfigurationen zur Steuerung und Verbesserung der Lichtbogenfleckentladung. Eine Reihe von inländischen Unternehmen haben nach und nach den großen Lichtbogen mit einem Durchmesser von etwa 150 mm entwickelt, der im Allgemeinen die indirekte Wasserkühlungsstruktur annimmt, und die Magnetfeldstruktur ist auch eine Vielzahl von Modi, die mehr Lösungen für die Gleichmäßigkeit der Beschichtung bieten und große Partikel verfeinern und Ablagerung einer Filmschicht mit großer Dicke.

FEIGE. 1 verbesserte Lichtbogenquellenstruktur und Lichtbogenfleckentladung

2. Fazit

Angesichts der derzeit gängigen magnetfeldunterstützten Ionenplattierungs-Lichtbogenquellen für die Werkzeugplattierung wurden die Kathoden- und Magnetfeldkonfiguration verschiedener magnetfeldunterstützter, gesteuerter Lichtbogenquellen analysiert und verglichen sowie die Einflüsse auf die Lichtbogenpunktbewegung, die Entladung und den Beschichtungsprozess wurden ebenfalls analysiert.

(1) Eine kreisförmige Lichtbogenquelle mit kleinem Lichtbogen hat die Vorteile einer einfachen Struktur, einer bequemen Installation, einer Kombination von Targetmaterial mit verschiedenen Komponenten an jedem Ort und einer einfachen Mehrkomponenten-Beschichtungsvorbereitung. Das Steuermagnetfeld einer herkömmlichen kreisförmigen Lichtbogenquelle kommt im Allgemeinen von dem Permanentmagneten, der hinter dem Ziel angeordnet ist. Gegenwärtig wird bei der Entwicklung von Kreisbogenquellen eine indirekte Wasserkühlungskanal- und Zielstruktur mit großem Durchmesser (150 mm) verwendet. Die Magnetfeldkonfiguration ist multimodal und bietet mehr Lösungen für eine gleichmäßige Beschichtung, feine große Partikel und die Abscheidung großer Partikel Dicke Filmschicht.

(2) Eine Lichtbogenquelle mit großer rechteckiger Ebene und eine Lichtbogenquelle mit rotierendem Zylinder können die Gleichmäßigkeit der Beschichtung verbessern, die Entladungskraft des Lichtbogenflecks verringern und große Partikel reduzieren, die zur Herstellung einer feinen Filmschicht sowie der Basis von Werkzeugen und Dekorationsgegenständen verwendet werden können Beschichtungen. Ihre Nachteile sind jedoch, dass das Target einfach ist, es schwierig ist, eine Mehrfachbeschichtung herzustellen, gleichzeitig die Targetausnutzungsrate gering ist, das Magnetfelddesign bestimmte Fähigkeiten aufweist, eine unvernünftige Struktur leicht einen Lichtbogenlauf, eine Entladungsinstabilität und andere Probleme verursacht , nicht förderlich für eine dauerhafte Werkzeugbeschichtung.

(3) Die mechanische rotierende Magnetron-Lichtbogenquelle kann eine Vielzahl von rotierenden Magnetfeldern mit einstellbarer Geschwindigkeit auf der Zieloberfläche erzeugen, muss jedoch einen komplizierten mechanischen Steuermechanismus hinzufügen. Die elektromagnetisch rotierende magnetisch gesteuerte Lichtbogenquelle nutzt den umfassenden Effekt der transversalen Magnetfeldstärke und der Rotationsfrequenz, um den über die Targetoberfläche auf dem Kaltkathodentargetmaterial verteilten starken dispersiven Lichtbogenzustand zu realisieren, der zu einer gleichmäßigen Erwärmung des Ganzen beiträgt Zieloberfläche und die signifikante Abnahme der Stromdichte.

(4) Die Multi-Mode-Wechselkopplungsmagnetfeld-unterstützte Lichtbogen-Ionenplattierungs-Lichtbogenquelle kann ein dynamisches Bogenkopplungsmagnetfeld bilden, indem das achsensymmetrische divergierende Magnetfeld auf die Kante des Ziels zeigt und das fokussierende Leitmagnetfeld einen spitzen Winkel zu bildet Das Zentrum des Ziels, um die Bewegung der Lichtbogenpunkte zu steuern, verbessert den Entladungszustand der Lichtbogenpunkte und verringert die Partikelemission. Die stabile Plasmaübertragung unter Führung eines fokussierten Magnetfelds kann die Teilchenkollisionswahrscheinlichkeit, die Ionisationsrate und die Ionendichte des Plasmas verbessern.

(5) Eine elektromagnetisch rotierende magnetisch gesteuerte Lichtbogenquelle und eine Lichtbogenquelle mit Multi-Mode-Wechselkopplungsfeldunterstützter Lichtbogenbeschichtung sind zwei neue Arten von Lichtbogenquellen mit dynamischer magnetfeldgesteuerter Lichtbogenbeschichtung.