多模式旋转磁场对电弧离子镀弧斑放电的影响分析

电弧离子镀工艺中,弧斑的放电形式、运动速率、运动方式的控制对于减少以至消除大颗粒的发射至关重要。本文采用自主研发的机械式旋转磁控弧源,围绕三种不同模式的旋转磁场下弧斑的放电行为及规律进行了研究,并从弧斑放电的物理机制出发,分析讨论了不同模式的旋转磁场对阴极斑点运动的影响机理。研究结果表明,多模式旋转磁场可以有效提高弧斑的运动速度、扩大放电面积、降低放电功率密度、减少大颗粒的发射,同时还能够大幅度提高靶材的利用率,拓展电弧离子镀的应用。     

旋转横向磁场对电弧离子镀弧斑运动的影响

研究了旋转横向磁场对电弧离子镀弧斑运动的影响规律,采用有限元分析软件FEMM对旋转横向磁场的分布进行了模拟,考察了不同频率(80~210 Hz)及电磁线圈励磁电流对弧斑运动的影响。从电弧斑点放电的物理机制出发,探讨了不同频率和磁场线圈电流对电弧离子镀弧斑运动的影响机制。结果表明,随着旋转横向磁场强度和频率的提高,使弧斑逐渐从聚集的斑点态(或者弱分散的团絮态)转变为大面积分布在靶面较强的分散弧斑絮线,最后转变为完全分布在整个靶面的强分散弧斑线,弧斑分裂强烈,产生的弧光等离子体更加均匀细腻。随着瞬态弧斑线在靶面分布面积的增加,弧压增加,弧电流密度急剧下降,靶材利用率达到85%以上。旋转横向磁场的应用,带来了弧斑大面积稳定放电、等离子离化率、密度及靶材利用率大幅度提高的多重效应。     

电弧离子镀弧源的研制进展

电弧离子镀作为一种经典的PVD技术已经在涂层领域得到了长足的发展,但沉积过程中产生的宏观大颗粒问题限制了其在纳米功能涂层中的应用.弧源作为电弧离子镀膜设备的核心部件,是宏观大颗粒产生的源头,直接决定镀膜系统的成膜质量.阐述了三类不同靶材形式传统弧源的特点,分析总结了近年来新型弧源研究和应用现状,综述了新型弧源在控弧磁场...     

应用于工具镀膜的磁场辅助离子镀弧源及其放电特性分析

针对几种应用于工具镀膜的磁场控制的电弧离子镀弧源,分析了其结构、工作原理以及弧斑运动、放电特性;比较了不同磁场辅助受控弧源的靶结构及磁场位形,并讨论了对弧斑运动、放电及镀膜工艺的影响;对磁场控制的电弧离子镀弧源的发展进行了展望。     

过滤电弧抑制薄膜中颗粒机理的实验分析

讨论利用直线型过滤电弧制备TiAlN薄膜中,过滤磁场作用于弧斑、靶中毒现象,电子和离子的回流和叠加偏压等因素影响作用的大小进行了实验分析.结果表明,磁场对弧斑分裂和弧斑运动速度的综合作用最为显著是由于直线型过滤电弧形成的瓶颈磁场造成的电子和离子的回流,以及直流叠加脉冲偏压形成的放电空间的等离子体磁撞,分解和离化的所起的共同作用的结果.这对于控制电弧离子镀沉积薄膜中的颗粒尺寸和颗粒密度,指定合理的工艺参数有一定的指导作用.     

新型双弯曲磁过滤阴极真空电弧沉积系统的磁场模拟计算

本文用ANSYS软件对新型的45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧沉积系统中的磁场分布进行了模拟计算,并结合等离子体传输和电弧源弧斑运行稳定性进行了分析。在建立的数学模型基础上,分别研究了磁过滤弯管磁场空间分布对拟定的不同出射方向上的111个碳离子束的传输行为影响,和外加永久磁体对电弧源附近磁场空间分布的影响。结果表明,在优化的磁过滤弯管磁场空间分布情况下,111个碳离子束流可全部通过磁过滤弯管,并高效传输到基材表面。当电弧靶源后部的外加永久磁体磁化方向与弯管上的磁化方向相反,且磁矫顽力大于600 kA/m时,阴极靶弧源附近的磁力线空间分布更利于控制阴极弧斑长时间运行稳定性,这对延长弧斑寿命、提高等离子体的沉积效率、提高靶材表面刻蚀均匀性和获得高性能的ta-C薄膜生长具有重要理论意义。     

多模式交变耦合磁场辅助电弧离子镀弧源设计

采用有限元模拟对多模式交变耦合磁场进行了优化设计,介绍了多波形电磁线圈控制电源的原理,并对按此原理制作的电源进行了测试,分析讨论了不同波形励磁电流条件下磁场对于弧斑运动的影响,提出了一种多模式交变耦合磁场辅助电弧离子镀弧源设计原理及方案。研究表明:轴对称发散磁场有推动弧斑向外扩展的趋势,轴对称拱形磁场将弧斑约束在固定的轨道,反极性聚焦导引磁场有约束弧斑在靶材中心的趋势,多模式反极性动态聚焦导引磁场与轴对称发散磁场或者拱形磁场叠加,可形成动态的拱形耦合磁场,动态的控制弧斑运动,改善弧斑放电状态,减少颗粒发射;在聚焦磁场引导下,等离子体稳定的传输,同时可以增强等离子体的粒子碰撞机率,提高离化率和离子密度。反极性动态聚焦导引磁场线圈由多波形电磁线圈控制电源驱动,可输出频率、幅值单独可调的直流及直流偏置的三角波、矩形波、馒头波、正弦波及其他形式的交变电流,实现对弧斑的多种模式控制。     

电磁场对电弧离子镀沉积AlTiN涂层的影响

主要研究电磁场对电弧离子镀沉积AlTiN涂层的影响。通过改变电磁场的电压,研究阴极弧斑在不同电磁场下的运动现象以及AlTiN涂层的微观结构和力学性能。结果表明阴极弧斑的运动受磁场电压的影响。增加磁场电压,弧斑更多的在电弧靶中心区域聚集。AlTiN涂层的大颗粒分布、沉积速率、微观结构和硬度相应地受电磁场电压的影响。文章对相关机理进行了研究。     

探讨电弧离子镀中“大颗粒”净化方法

传统电弧离子镀存在着大颗粒污染、沉积温度相对较高和易引发微弧击穿效应等诸多不足,制约其在精细薄膜、低温沉积和功能薄膜等方面的应用。本文简要介绍了电弧离子镀中大颗粒的形成机理,旨在探讨用磁场控制、脉冲电弧、磁过滤及脉冲偏压等方法来减少大微粒污染及其作用机理。     

真空阴极电弧离子源磁场分析与设计

真空阴极电弧离子源是多弧离子镀膜设备的核心部件,直接影响镀膜系统的整体性能。真空阴极电弧离子源在工作时,大液滴发射是阻碍电弧离子镀技术广泛深入应用的瓶颈问题。合理设计并利用磁场可以很好地控制弧斑运动,大幅度地减少液滴、减小液滴尺寸、提高膜层质量和使用寿命。对真空阴极电弧离子源的附加磁场进行了理论分析和仿真计算,为附加磁场的优化设计提供了重要的指导依据。     

真空电弧沉积技术中的弧源设计

讨论了真空电弧沉积中弧源设计的有关问题 ,如电弧运行模式、电弧极性、点火方式、电弧的约束方式以及宏观粒子抑制方式等。分析表明 ,合理选择电弧运行模式和电弧极性 ,以满足涂料粒子蒸发与离化的要求 ;选择合适的弧源结构 ,加强对电弧的约束与烧蚀的控制 ,或用过滤弧源 ,以抑制宏观粒子对涂层的污染 ,是成功设计弧源的关键     

真空阴极弧离子镀阴极斑点的移动研究

建立了真空阴极弧离子镀圆形平面靶侧面引弧时 ,阴极斑点的受力模型 ,分析了影响电弧运动的因素 ,改进了圆形平面靶侧面形状 ,大大提高了石墨靶阴极斑点从侧面到靶平面的过渡速度     

Industrial Arc Instrumentation

Hitherto the instrumentation of moving arcs has been neglected and photographic methods have mainly been used to determine arc velocities. Furthermore, previous arc research has been confined, in the main, to high-speed arcs (greater than 10 ft/s) in circuit breaking and similar applications. This paper considers, for the first time, the slowly moving arc (about 1 ft/min) associated with such industrial processes as welding, profile cutting, zone refining, etc. New arc instrumentation methods have been developed for these arc velocities. They use analog and digital techniques. These new methods are simple, yet sufficiently accurate for sophisticated industrial applications. Typical results are given.     

Multifunction Plasma Arc Equipment

ＭｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎＰｌａｓｍａＡｒｃＥｑｕｉｐｍｅｎｔＬｉＪｉｎｇｌｏｎｇ，ＴｉａｎＬｉ，ＬｉｎＱｉａｎｓｈｅｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ...     

脉冲电弧蒸发源的研究

本文介绍西安工业学院研制的脉冲电弧蒸发源的原渐变膜的性能指标.     

Effect of Gravity on Arc Shape in GTA Welding-for Low Electric Arc Current

Gas tungsten arc (GTA) welding was performed both in a microgravity environment and in a terrestrial environment,and the arc shapes in both environments were compared. A microgravity condition was obtained using the free fallsystem at the Japan Microgravi     

超音速电弧与普通电弧喷涂FeCrNiB涂层的耐磨损性能

为了提高电弧喷涂涂层的结合强度及耐磨损性能,采用超音速电弧喷涂技术和普通电弧喷涂技术在Q235钢表面分别制备了Fe17Cr5NiB涂层,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损试验机等手段对比分析了2种涂层的微观结构及性能。结果表明:超音速电弧涂层具有更加致密的结构,其平均孔隙率为0.95%,远低于普通电弧涂层;超音速电弧涂层与基体呈紧密结合,其结合强度为60 MPa,而普通电弧涂层与基体之间呈明显的分层状态,其结合强度仅为28 MPa;超音速电弧涂层具有良好的非晶态结构及致密性,使其具有远高于普通电弧涂层的硬度以及耐磨损性能,显微硬度高出普通电弧涂层32.27%,耐磨损性能是普通电弧涂层的2倍以上(是基体的14倍以上)。     

TIG焊弧光传感弧长控制的研究

通过对ＴＩＧ焊接光辉光强σ弧长之间关系的研究，建立了微机控制的弧长调节系统。实现结果表明，该系统的控制精度为±０．１ｍｍ而且该系统具有自动适应工件表面的变化而无需发迹硬件结构的特点。     

电子式真空阴极弧离子镀引弧器的研制

研制了电子式真空阴极弧离子镀引弧器 ,分析了其工作原理及工作时序 ,给出了它的关键部分的电路 ,介绍了它的离子镀引弧器的性能及特点。