자기장 보조 이온 도금 아크 소스 및 그 방전 특성 분석

자기장 보조 이온 도금 아크 소스 및 그 방전 특성 분석

여러 자기장 제어 아크 이온 도금 소스의 구조, 작동 원리, 아크 스팟의 이동 및 방전 특성이 분석됩니다. 상이한 자기장 보조 제어 아크 소스의 목표 구조 및 자기장 구성이 비교된다. 자기장에 의해 제어되는 아크 이온 도금 아크 소스의 개발이 예상된다 .

공구와 금형의 가공 품질과 서비스 수명을 향상시키는 것은 사람들이 항상 탐구하는 주제입니다. 아크 이온 도금 기술은 다른 코팅 방법으로는 이용할 수없는 높은 이온화 속도, 저온 증착, 우수한 필름 품질 및 빠른 증착 속도 등의 이점을 갖는 다이 재료의 일종의 표면 개질 기술이다. 그러나, 아크 방전에 의해 야기되는 큰 입자의 존재는 다이 코팅 기술의 추가 적용을 제한하는데, 이는 아크 이온 도금 기술 개발의 주요 주제가되었다.

이온 도금 아크 소스는 아크 플라즈마 방전의 소스이며 이온 도금 기술의 핵심 요소입니다. 아크 이온 도금에 사용되는 아크 소스는 콜드 캐소드 아크 소스이며,이 아크 소스에서의 아크의 거동은 캐소드 표면의 많은 빠르게 움직이는 매우 밝은 캐소드 지점에 의해 제어됩니다. 아크 이온 도금 기술을 개발하고 완성하는 과정에서 아크 캐소드 스팟 이동의 효과적인 제어는 아크 방전의 안정성, 캐소드 타겟의 효과적인 활용, 큰 입자 제거, 필름 품질 개선 및 기타 여러 가지를 결정하기 때문에 매우 중요합니다. 주요 문제. 국내외에서 연구 분야는 주로 자기장 제어의 아크 소스 설계에 초점을두고 있으며, 진공 아크의 물리적 특성으로 인해 적용된 전자기장은 아크 스팟의 움직임을 제어하는 효과적인 방법입니다. 현재 모든 자기장 설계는 대상 표면에 특정 자기장 구성을 고려하고, 예각 규칙을 사용하여 아크 스팟의 이동 경로를 제한하고, 가로 성분을 사용하여 아크 스팟의 이동 속도를 향상시킵니다.

이상적인 자기장 설계는 다음과 같이 구현된다 : 한편으로, 자기장의 가로 성분의 영역 및 강도를 가능한 한 확대하고; 한편, 아크 스팟의 움직임을 최대한 제어하고 제한하십시오. 공구 도금 필름의 긴 지속 시간으로 인해, 필름의 성능은 높은 것을 요구하며, 이온 도금 아크 소스의 산업적 적용은 다음과 같은 특성을 가져야한다 : (1) 종종 방전이 아닌 안정적인 방전; (2) 아크 스팟 이동 제약이 합리적이며 아크를 실행하지 마십시오. (3) 높은 목표 물질 이용률; (4) 절묘한 아크 스폿, 작은 방전 전력 밀도, 작은 입자; (5) 플라즈마 밀도 및 이온화 속도가 높고, 워크 피스로 이송되는 플라즈마 플럭스가 충분하다.

아크 이온 도금의 필드 보조 소스 코팅에 사용되는 현재 인기있는 여러 도구를 고려하여, 본 논문에서는 다른 보조 자기장 제어 아크 소스 타겟 구조, 자기장 구성 및 생성 메커니즘의 비교 분석, 다른 구성에 대해 논의 아크 스폿 이동의 자기장, 방전 효과 및 생성 된 코팅 공정의 장단점 등을 이용하여 전기 아크 이온 도금 아크 소스의 개발 자기장을 제어한다.

1. 원형 작은 아크 소스

공구 도금에 처음으로 사용되는 이온 도금 아크 소스는 러시아에서 도입 된 전형적인 작은 아크 소스이며, 간단한 구조, 편리한 설치, 어떤 위치에서든 다른 구성 요소와의 대상 조합, 다층 코팅 준비를 실현하기 쉬운 이점이 있습니다 등등. 아크 소스의 대상은 일반적으로 직경이 약 60 ~ 160mm이고 두께가 20 ~ 40mm입니다. 다른 음극 아크 소스와 비교하여 크기가 훨씬 작으므로 일반적으로 소형 아크 소스라고합니다. 작은 아크 소스는 일반적으로 전자기 또는 공압식 기계적 아크 점화 모드를 채택합니다. 작업시, 아크 니들을 당겨서 아크 점화를위한 캐소드 타겟 물질과 접촉하고, 아크 점화를 트리거 한 후에 아크 점화 니들 회로를 차단하고, 아크 방전은 아크 전원에 의해 유지된다.

아크 소스의 제어 자기장은 일반적으로 타겟 뒤에 위치한 영구 자석에서 비롯됩니다. 자석은 원통형, 원형 또는 링-원통 형상 일 수있다. 대상 표면에 영구 자석에 의해 생성 된 자기장을 사용하면 아크 스팟 이동을 억제하고 방전 안정성을 개선하며 아크 작동을 피할 수 있습니다. 목표 자기장 세기는 일반적으로 작은 아크 소스의 꾸준한 방전을 유지하기 위해 1 ~ 5mT입니다. 영구 자석의 전진에 의해, 타겟 앞의 전자기장의 세기가 증가하여 전자에 반경 방향 구동력과 원주 방향의 힘을 발생시켜 아크 스팟이 원주 중심에서 원주 방향으로 원주 방향으로 회전합니다. 자기장 세기를 증가시키는 것은도 1에 도시 된 바와 같이 아크 스팟 이동의 속도 및 반경을 증가시킬 수있다. 1 (a). 그러나 기존의 소형 아크 소스 타겟 뒤에 설치된 영구 자석은 일반적으로 냉각수에 담 가져 오래 담그면 쉽게 자석을 제거 할 수 있으며 자석을 지속적으로 교체해야합니다. 더욱이, 자기장 세기는 조정하기 쉽지 않기 때문에, 타겟의 자기장 세기는 영구 자석을 타겟 뒤에서 앞뒤로 움직여야 만 조정할 수있다.

현재 많은 회사들이 간접 수냉식 채널 채택, 수냉 채널 외부에 영구 자석 배치, 축소를 피하고 더 큰 자기장 디자인 공간을 제공하여 복합 자기 설계에 도움이되는 아크 소스를 개선했습니다. 그림 1 (c)와 같이 전자 기적으로 결합 된 영구 자기장과 이온 도금 아크 소스의 발전을 촉진한다. 예를 들어, 발카는 직경 160mm의 타겟을 간접적으로 수냉식으로 사용한다. 타겟의 뒷면은 다양한 자기 회로 설계를 제공하며 아크 스폿 방전의 제어 및 개선을위한 다양한 매칭 자기장 구성이 있습니다. 국내의 많은 회사들이 직경이 약 150mm 인 대 아크를 점진적으로 개발했으며, 일반적으로 간접적 인 수냉 구조를 채택하고 자기장 구조는 다양한 모드로 균일 성을 코팅하고 큰 입자를 정제하기위한 더 많은 솔루션을 제공합니다. 및 큰 두께의 필름 층의 증착.

무화과. 1 개선 된 소형 아크 소스 구조 및 아크 스팟 방전

2. 결론

툴 도금에 사용되는 현재 널리 사용되는 자기장 보조 이온 도금 아크 소스를 고려하여, 다른 자기장 보조 제어 아크 소스의 캐소드 및 자기장 구성을 분석 및 비교하고 아크 스팟 이동, 방전 및 코팅 공정에 대한 영향 또한 분석했다.

(1) 원형 소형 아크 소스는 간단한 구조, 편리한 설치, 어떤 위치에서 다른 구성 요소와 대상 재료 조합 및 쉬운 다중 구성 요소 코팅 준비의 장점을 가지고 있습니다. 기존의 원형 소 아크 소스의 제어 자기장은 일반적으로 타겟 뒤에 배치 된 영구 자석에서 비롯됩니다. 현재 원형 아크 소스의 개발은 간접적 인 수냉식 채널과 대구경 (150mm)의 목표 구조를 채택하고, 자기장 구성은 다중 모드이므로 균일 한 코팅, 미세 입자 및 대형 증착을위한 더 많은 솔루션을 제공합니다. 두께 필름 층.

(2) 직사각형 평면 대형 아크 소스 및 회전 원통형 아크 소스는 코팅의 균일 성을 향상시키고 아크 스폿의 방전 전력을 감소 시키며 큰 입자를 줄임으로써 미세한 층뿐만 아니라 도구의 기초를 준비하고 장식 할 수 있습니다 코팅. 그러나 단점은 단일 타겟으로 여러 코팅을 준비하기가 어렵고 동시에 타겟 활용률이 낮고 자기장 설계에 특정 기술이 있으며 불합리한 구조로 인해 아크 실행, 방전 불안정성 및 기타 문제가 발생하기 쉽다는 것입니다 장기 공구 코팅에 도움이되지 않습니다.

(3) 기계적 회전 마그네트론 아크 소스는 대상 표면에서 속도를 조절할 수있는 다양한 회전 자기장을 형성 할 수 있지만 복잡한 기계적 제어 메커니즘을 추가해야합니다. 전자기 회전 자기 제어 아크 소스는 횡 자기장 강도 및 회전 주파수의 포괄적 인 효과를 이용하여 냉 음극 타겟 재료에 대한 타겟 표면 전체에 분포 된 강한 분산 아크 상태를 실현하며, 이는 전체의 균일 한 가열에 도움이됩니다. 목표 표면과 전류 밀도의 현저한 감소.

(4) 다중 모드 교대 결합 자기장 보조 아크 이온 도금 아크 소스는 타겟의 가장자리를 가리키는 축 대칭 발산 자기장 및 예각을 형성하는 포커싱 안내 자기장을 사용하여 동적 아치 결합 자기장을 형성 할 수있다. 아크 스팟의 이동을 제어하고 아크 스팟의 방출 상태를 개선하며 입자 방출을 감소시키기 위해 타겟의 중심. 집중된 자기장의 안내하에 플라즈마의 안정적인 전송은 플라즈마의 입자 충돌 확률, 이온화 속도 및 이온 밀도를 향상시킬 수있다.

(5) 전자기 회전 자기 제어 아크 소스 및 다중 모드 교대 커플 링 필드 보조 아크 이온 도금 아크 소스는 동적 자기장 제어 아크 도금 아크 소스의 두 가지 새로운 유형입니다.