渗氮镀膜一体化设备及方法和应用

本发明属于金属表面处理，具体涉及一种渗氮镀膜一体化设备及方法和应用。

背景技术：

1、随着工业技术的不断发展，对工件的表面强度、耐腐蚀性，耐磨性提出了更高的要求，因此对于单一的金属表面强化处理方式已经越来越难满足现代工业的发展需求，因此对工件表面进行复合处理已经成为了大势所趋。现阶段常用的金属表面强化方式有离子渗氮、离子镀膜等，而芬兰科学家korhonen在1983年就已经提出可以综合渗氮和镀膜两种方式优势的pn-pvd复合技术。经过渗氮处理的金属工件表面会形成化合物层和扩散层，提高了工件的表面硬度，经过渗氮的工件基体具有更高的承载能力，可以给再进行镀膜处理提供了良好的基体条件，大大提高膜基结合力。两种金属表面改性技术优势的结合对工业水平的进步具有重要意义。

2、对金属表面进行复合处理后的性能要比单一的工艺处理好得多，现有的方法是将工件先在渗氮设备内进行渗氮处理，然后取出工件，再放入镀膜设备内进行镀膜，虽然采用两种设备可以完成工件的渗氮镀膜工作，但是工件在两种设备间的转移，一方面操作繁琐，浪费时间，同时也有可能对工件的表面造成污染，另一方面，两种设备的工艺条件不同，两种工艺的转换处理的中间过程将耗费大量时间和成本。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种渗氮镀膜一体化设备及方法和应用。该渗氮镀膜一体化设备将工件的渗氮和镀膜在同一设备中进行，实现了工件的渗氮镀膜一体化，避免了工件在两种设备之间的转移造成的工件污染，且从渗氮至镀膜的工艺参数调节方便，从而节约能源成本和时间成本，提高了生产效率。

2、在本发明的一个方面，本发明提出了一种渗氮镀膜一体化设备。根据本发明的实施例，包括：

3、渗氮镀膜一体化设备本体，所述渗氮镀膜一体化设备本体的内侧壁上绝缘连接靶材；

4、挡板，所述挡板可旋转地环绕所述渗氮镀膜一体化设备本体的内壁设置，所述挡板与所述渗氮镀膜一体化设备本体的内壁间隔，所述挡板与所述渗氮镀膜一体化设备本体的底部绝缘连接，所述挡板上设有第一开口，所述第一开口可旋转至所述靶材对应位置；

5、阴极筒体，所述阴极筒体包括第一阴极筒体和第二阴极筒体，所述第一阴极筒体间隔环绕所述挡板的内壁设置，所述第二阴极筒体间隔环绕所述第一阴极筒体的内壁设置，所述第一阴极筒体和所述第二阴极筒体均与所述渗氮镀膜一体化设备本体的底部绝缘连接，所述第一阴极筒体和所述第二阴极筒体上均具有多个通孔，所述第一阴极筒体和所述第二阴极筒体上分别设有第二开口和第三开口，所述第二开口和所述第三开口与所述靶材对应设置；

6、工件架，所述工件架位于所述第二阴极筒体内且与所述第二阴极筒体的内壁间隔。

7、根据本发明上述实施例的渗氮镀膜一体化设备，包括渗氮镀膜一体化设备本体、挡板、阴极筒体和工件架，当工件进行渗氮时，将工件置于工件架上，渗氮镀膜一体化设备本体的内侧壁上绝缘连接靶材，挡板可旋转地环绕渗氮镀膜一体化设备本体的内壁设置，挡板与渗氮镀膜一体化设备本体的内壁间隔，挡板与渗氮镀膜一体化设备本体的底部绝缘连接，挡板上设有第一开口，第一开口可旋转至靶材对应位置，此时为了避免渗氮电离的离子对靶材的影响，旋转挡板，使第一开口的位置与靶材错位，即靶材被挡板遮挡保护，从而避免了渗氮过程中气体离子对靶材的影响，阴极筒体包括第一阴极筒体和第二阴极筒体，第一阴极筒体间隔环绕挡板的内壁设置，第二阴极筒体间隔环绕第一阴极筒体的内壁设置，第一阴极筒体和第二阴极筒体均与渗氮镀膜一体化设备本体的底部绝缘连接，第一阴极筒体和第二阴极筒体上均具有多个通孔，工件架位于第二阴极筒体内且与第二阴极筒体的内壁间隔，此时给工件架施加偏压，使工件架和工件处于阴极状态，同时对阴极筒体施加偏压，使阴极筒体也处于阴极状态，向渗氮镀膜一体化设备内通入氨气，此时气体被电离后产生的离子会在电场的作用下，一部分轰击阴极筒体，一部分会轰击工件表面，轰击工件表面溅射出的金属原子会与活性气体原子结合后沉积在工件表面，气体原子会继续向工件内部扩散，形成氮强化层。

8、当渗氮完成后，停止通入氨气，关闭工件架和阴极筒体偏压电源，当工件完成渗氮需要镀膜时，旋转挡板，使挡板的第一开口与靶材的位置对应，第一阴极筒体和第二阴极筒体上分别设有第二开口和第三开口，第二开口和第三开口与靶材对应设置，从而使靶材和工件之间无阻挡，调节渗氮镀膜一体化设备本体内的温度、压力等工艺参数，使工艺参数满足镀膜要求，对工件架施加偏压，使工件架和工件处于阴极状态，对靶材施加偏压，使靶材处于阴极状态，通过靶材与阳极之间的弧光放电，使靶材蒸发，从而形成等离子并沉积在工件表面。由此，该渗氮镀膜一体化设备将工件的渗氮和镀膜在同一设备中进行，实现了工件的渗氮镀膜一体化，避免了工件在两种设备之间的转移造成的工件污染，且从渗氮至镀膜的工艺参数调节方便，从而节约能源成本和时间成本，提高了生产效率。

9、另外，根据本发明上述实施例的渗氮镀膜一体化设备还可以具有如下技术特征：

10、在本发明的一些实施例中，所述第二阴极筒体内设有阳极柱，所述阳极柱绝缘设在所述渗氮镀膜一体化设备本体的底部，所述阳极柱靠近所述工件架。由此，有利于提高工件表面镀膜质量。

11、在本发明的一些实施例中，所述渗氮镀膜一体化设备本体的底壁上设有绝缘台，所述挡板、所述阴极筒体、所述工件架和所述阳极柱设在所述绝缘台上。

12、在本发明的一些实施例中，所述绝缘台上设有转台，所述工件架设在所述转台上。由此，工件的渗氮镀膜更加均匀。

13、在本发明的一些实施例中，所述渗氮镀膜一体化设备本体内设有热电偶。由此，可以对渗氮镀膜一体化设备本体内的温度进行调节。

14、本发明的第二个方面，本发明提出了一种采用上述设备制备渗氮镀膜工件的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

15、(1)将工件放置在工件架上，旋转挡板使第一开口与靶材错位，再对所述工件进行空心阴极渗氮处理，以便得到表层渗氮工件；

16、(2)旋转挡板使第一开口与靶材位置对应，调节设备工艺气体、温度和工件偏压大小，对靶材和所述表层渗氮工件进行清洗；

17、(3)对清洗后的所述表层渗氮工件继续镀膜处理，以便得到渗氮镀膜工件。

18、由此，采用该方法可以在上述的渗氮镀膜一体化设备中对工件进行渗氮和镀膜处理，从而节约能源和时间成本，且避免了工件转移时带来的污染。

19、另外，根据本发明上述实施例的制备渗氮镀膜工件的方法还可以具有如下技术特征：

20、在本发明的一些实施例中，步骤(2)具体包括：(2-1)向渗氮镀膜一体化设备本体内通入氩气，抽真空至气压为0pa-9×10-3pa；(2-2)将挡板的第一开口与靶材位置对应，改变所述渗氮镀膜一体化设备本体内的温度为480℃-500℃，向渗氮镀膜一体化设备本体内通入氩气和氨气，抽真空使气压为3×10-2pa-5×100pa，调节工件偏压为600v-700v，对靶材和表层渗氮工件进行清洗；(2-3)调节所述渗氮镀膜一体化设备本体内的温度为400℃-450℃，停止通入氨气，调节偏压为400v-500v，开启靶材弧源电源，设置电流为70a-100a，通过靶材溅射对工件进行清洗；(2-4)调节工件偏压为100v-300v，调节占空比为50％-70％，向所述渗氮镀膜一体化设备本体内通入氩气和氮气，使气压为5×10-1pa-1×101pa。由此，工件完成渗氮处理后至镀膜处理前进行较好的过渡，提高了工件渗氮镀膜的质量。

21、在本发明的一些实施例中，步骤(2-2)中，所述氩气和所述氨气的体积比为(6:4～9:1)。

22、在本发明的一些实施例中，步骤(2-4)中，所述氩气和所述氮气的体积比为(0:10～3:7)。

23、本发明的第三个方面，本发明提出了一种工件。根据本发明的实施例，该工件采用上述设备或采用上述方法进行渗氮镀膜处理得到。由此，该工件具有优异的强度和耐腐蚀性。

24、本发明的第四个方面，本发明提出了一种机械设备。根据本发明的实施例，该机械设备包括上述工件。由此，该机械设备具有较长的使用寿命和较高的安全性能。

25、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。