管狀工件內表面磁場輔助直流濺射鍍膜方法的研究.pdf

1、在科學研究和生產實踐中，以管狀工件內表面作為工作面的情形有很多。在管內壁沉積薄膜可以顯著改善工件的性能，但是，在長度較長、內徑較小的管內壁制備薄膜是比較困難的。本文在前人研究的基礎上提出了一種改進的鍍膜方法，即磁場輔助直流濺射鍍膜方法。該方法利用直流勵磁線圈提供磁場，控制放電范圍，且線圈可以沿著管軸向移動，從而實現(xiàn)在整個管狀工件內表面沉積薄膜。
　　本文采用數(shù)值模擬和實驗分析相結合的方法開展研究。首先對濺射區(qū)域內的磁場分布進行了模

2、擬和測量，以此確定最佳的勵磁線圈長度。其中模擬部分采用COMSOL軟件，發(fā)現(xiàn)模擬結果與實際測量值的趨勢基本一致，磁感應強度在管內較大范圍內(管長的3/4)分布比較均勻。綜合分析各種因素，特別是考慮到控制放電范圍，勵磁線圈長度不宜太長。其次理論計算濺射區(qū)域內電場分布，發(fā)現(xiàn)電場為對數(shù)場分布，電子在電磁場內的運動軌跡為螺旋線。再次結合電子在電磁場內的運動軌跡和磁控輝光放電的特征長度，確定本實驗裝置用到的待鍍管最小內徑應大于6mm。最后利用XO

3、OPIC軟件模擬了磁感應強度、陰極電壓和工作壓力對放電區(qū)域內等離子體電勢分布和帶電粒子密度分布的影響，發(fā)現(xiàn)磁場對帶電粒子約束作用十分明顯，減弱磁場強度或減小工作壓力都可以提高靶材的放電電壓。
　　本課題中，設計制造了管狀工件內表面磁場輔助直流濺射鍍膜系統(tǒng)，經調試后設備運行良好。磁感應強度0-0.035T連續(xù)可調，在電源放電功率2W至75W，電流7mA至180mA，放電電壓300V至450V范圍內，可以穩(wěn)定放電。
　　本文利用

4、研制的磁場輔助直流濺射鍍膜系統(tǒng)，開展了在內徑φ28mm長160mm的不銹鋼管內表面沉積Cu薄膜的實驗研究，并利用等離子體發(fā)射光譜(OES)技術對工藝過程進行了診斷。實驗發(fā)現(xiàn)當陰極靶材負偏壓高于400V，工作壓力小于2Pa，磁感應強度小于200G時，Cu324.7nm譜線明顯;當工作壓力較高或磁感應強度較大時，靶材負偏壓低于400V， Cu324.7nm譜線不明顯。
　　該鍍膜系統(tǒng)最佳的工作參數(shù)為，工作壓力1.5Pa，磁感應強度15