纺织钢领真空电弧离子镀设备的研究

摘要

离子镀膜设备具有成膜速度快、所制膜层与基体结合力强和膜层更致密等优点，因此在真空镀膜设备中应用最为广泛。本文旨在运用电弧离子镀技术来实现钢领的低温镀膜，并使所镀制膜层更加均匀、致密。
　　衡量镀膜工艺优劣的重要标准是膜层的均匀性，一是要求膜层致密，二是要求大滴液数量减少。设计出一种带可调磁场、屏蔽罩和特殊水冷机构的蒸发源，能有效提高膜层质量。同时，加装弯管磁过滤器，使离子在电磁场中改变运动轨迹，有效地过滤掉了大滴液。并通过实验研究，确定了设计参数，设计的蒸发源不仅实现了低温镀膜，也使镀膜层质量明显提高。
　　为了确保钢领在镀制过程中，基体的温度不超过GCr15钢淬火后的回火最高温度——200℃，通过对各个发热源产热量及真空室热源分布等的计算分析，采用水直接喷淋蒸发源与水套直冷真空室的结构，实现了正常连续镀膜工艺过程，镀件基体温度均匀控制的新低——170℃，确保了钢领低温电弧离子镀膜工艺的实施。
　　依据真空设备设计准则和镀制钢领工艺要求，借助于Ansys分析软件，采用图算法对关键部件真空室进行了数值计算分析，确定出了真空室主体的所用材料与关键的结构形式及参数，完成了复杂结构的中大型圆形真空室的设计，配置了合理的真空系统，估算了抽气的时间与效率。同时，采用齿轮传动实现了镀件既能自转，又能公转，保证了工件镀膜的均匀性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 选题的目的和意义

1．2 电弧离子镀膜技术概述

1．2．1 电弧离子镀膜技术的工艺原理

1．2．2 电弧离子镀膜技术的工艺特点

1．3 电弧离子镀膜技术在国内外的发展现状

1．3．1 国外的研究发展现状

1．3．2 国内的研究发展现状

1．3．3 低温镀膜的发展现状

1．3．4 设备技术发展方向

1．4 课题研究的内容

2 真空电弧离子镀膜设备基本组成

2．1 影响电弧离子镀膜的主要工艺参数

2．2 电弧离子镀膜设备的基本组成

2．2．1 蒸发源装置的功能结构

2．2．2 冷却系统的功能结构

2．2．3 工件架的功能结构

2．2．4 真空系统

2．2．5 负偏压系统

2．2．6 加热升温与测温系统

2．3 小结

3 蒸发源的设计

3．1 电弧蒸发源工作原理介绍

3．2 蒸发源稳定性研究

3．2．1 影响因素

3．2．2 分析与讨论

3．3 电弧离子镀膜蒸发源的设计要求

3．4 蒸发源的结构设计

3．4．1 蒸发源及组件材料的选取

3．4．2 蒸发源靶材设计

3．4．3 引弧机构的设计

3．4．4 可调磁场的设计

3．4．5 屏蔽罩的设计

3．4．6 蒸发源水冷设计

3．4．7 蒸发源数量及位置的确定

3．5 磁过滤器设计

3．5．1 大颗粒的抑制方法

3．5．2 磁过滤器的加装

3．6 总结

4 纺织钢领电弧离子镀冷却系统的研究

4．1 镀膜过程所产生热量的计算

4．1．1 蒸发源热量计算

4．1．2 真空室产生热量计算

4．2 冷却水系统设计

4．2．1 水冷系统基本参数的确定

4．2．2 真空室水冷设计

4．3 热平衡分析

4．3．1 冷却系统所带走热量计算

4．3．2 冷却水系统的校核

4．3．3 真空室温度场分析模拟

4．4 总结

5 真空室整体设计

5．1 真空室腔体设计

5．1．1 真空容器结构设计要求

5．1．2 腔体材料的选择

5．1．3 真空室结构设计

5．2 真空室有限元分析

5．2．1 分析对象

5．2．2 三维模型的建立

5．2．3 真空室应力应变分析

5．3 真空系统设计

5．3．1 真空系统设计主要参数

5．3．2 主真空泵选型

5．3．3 抽气时间计算

5．4 工件架设计

5．4．1 工件架传动设计

5．4．2 齿轮传动的设计

5．4．3 工件架驱动电机选择

5．5 小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得的发明专利

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