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，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；选择合理的弧源结构，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。     

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。     

单极性脉冲负偏压电源的灭弧设计

在磁控溅射和多弧离子镀膜中,加于工件上的单极性脉冲负偏压电源很容易出现拉弧打火现象,这将严重影响镀膜质量,甚至损坏镀膜工件。本文根据单极性脉冲负偏压电源特性和负载特性推导出电弧判断依据,设计了一种灭弧方案,实践证明该方案能迅速对整个镀膜过程中的拉弧现象进行自动侦测,并在电弧产生时迅速关断电源输出脉冲电压,进而有效的抑制拉弧能量。当灭弧保护后,电源自动恢复正常运行,保证镀膜继续进行,提高了产品的成品率和生产效率。     

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...     

纵向磁场对直流真空电弧等离子体发展进程的影响研究

从微观角度出发,数值模拟直流真空电弧燃弧初期电弧的发展进程,研究纵向磁场对电弧等离子体参数输运特性的影响。建立电弧等离子体流体-化学混合模型,仿真研究纵向磁场作用下的电弧运动特性。数值模拟电弧等离子体中粒子输运特性,以得到电弧等离子体参数随磁场变化规律。仿真结果表明:纵向磁场分布对直流真空电弧放电初期粒子的数密度与温度等参数的作用,直接影响电弧的发生与发展。研究并分析了直流真空电弧燃弧初期的过程。     

电弧离子镀的旋转横向磁场弧源设计

电弧离子镀工艺中电弧蒸发产生的大颗粒污染严重影响了所沉积涂层的性能.为了从源头上解决大颗粒难题,本文提出了一种新的旋转横向磁场的设计思路,通过频率和强度可调且覆盖整个靶面的旋转横向磁场控制弧斑的运动.通过有限元模拟磁场的分布,对旋转横向磁场控制的电弧离子镀弧源进行了优化设计.并根据方案制作了旋转磁场发生装置及其电源,使该弧源的旋转磁场具有多模式可调频调幅的功能,用以改善弧斑的放电形式,提高靶材刻蚀均匀性和靶材利用率,减少靶材大颗粒的发射,用以制备高质量的薄膜以及功能薄膜,以拓展电弧离子镀的应用范围.     

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。     

电弧源喷射微粒及膜沉积率与弧电流关系

利用冷阴极电弧源镀膜时,源喷射微粒其直径从亚微米至十几微米,随弧流增加,微粒密度、膜沉积率及大直径微粒均上升。本文给出了上述试验结果及按直径分布微粒密度图。给出了阴极工作表面平均温度计算公式,计算了灼坑(CRATER)半径与弧流关系,为合理选择源工作参数,进行源设计提供了依据。     

电弧离子镀电弧源深入研究

本文作者通过多年对电弧离子镀膜设备的设计、研发、试验和使用的理论实践,引述了电弧放电中的锁箍现象在设计中的应用要点;电弧源等离子体运动中的加功理论与设计,并引申出了"静电势阱"这一概念;提出了稳定电弧源的工作机理与方法;磁过滤电弧的应用;阳极层型离子源与电子束源在工具等离子镀膜中应用的比较;轴对称磁场在电弧源磁约束中的重要性及其使用等。     

Macroparticle Acceleration in a Carbon Arc

Consideration is given to the mechanisms of acceleration of carbon macroparticles forming a cathode coating in a carbon arc under the conditions of fullerene formation. Based on experimental data and theoretical estimates, the macroparticle velocity is determined. It is shown that on collision of particles with the cathode surface the conditions are realized in the zone of contact where graphite fusion can occur.     

Vacuum Arc Discharge on Integrally Cold Cathode

Initial researches of the existence of a cathode spot on the working surface were conducted in vacuum arc plasma sources of the coaxial design. The moving of the cathode spots on the limited sizes working surface does not give full picture of the development of the arc discharge. This article describes the vacuum arc plasma source of extended design generating the directed belt plasma stream and operating in pulse mode. The researches carried out give additional information about development of the cathode spots of the vacuum arc discharge. It is found that the speed of the cathode spots' motion depends on the cathode temperature.     

高纤维素焊条电弧吹力的优化

为对高纤维素型焊条的电弧吹力进行优化,采用均匀设计方法进行了药皮配方设计,用焊缝熔深反映电弧吹力的大小,建立了熔深与药皮组分之间的数学模型,并分析了各组分对电弧吹力的影响规律,通过计算得出性能优良的焊条配方。     

Transport of vacuum arc plasma through an off-plane double bend filtering duct

A new magnetic macroparticle filter design consisting of an off-plane double-bend (OPDB) filter is described. The transport of the vacuum arc plasma through this OPDB filter is investigated using Langmuir and deposition probes. Films of amorphous hard carbon have been deposited using a 90° single bend and the OPDB filter and the macroparticle contents of the films are compared. The experimental results were found to be in good agreement with the simulations results based on an improved drift approximation model. The results demonstrate that OPDB filter has a relatively better transmission efficiency than the 90° single bend filter, lower macroparticle counts and is suitable for preparation of diamond-like carbon coatings with high quality.     

变极性等离子弧穿孔熔池受力及焊缝成形稳定性

通过YB005-01型压力变送器测定相同参数条件下正极性等离子电弧力大于反极性等离子电弧力,并建立了铝合金VPPA焊接穿孔熔池受力模型,分析了在不对称正、反极性等离子电弧力的作用下,穿孔溶池稳定性及其焊缝成形机理.同时进一步分析铝合金VPPA力学特性,掌握了焊接电流和离子气流量等重要焊接参数对其影响.经穿孔焊工艺实验,...     

Fast deposition of metallurgical coatings and production of surface alloys using a pulsed high current vacuum arc

A preliminary investigation was conducted on the metallurgical treatments produced on a planar workpiece connected as an anode in a pulsed 1 kA vacuum arc. Generally a combination of deposition and heating effects could be produced. Very high deposition rates (approximately 25 μm s^-1) are calculated on the basis of the ion flow, and even higher rates (exceeding 100 μm s^-1) are observed if part of the macroparticle flow is incorporated into the coating. The concurrent heating of the workpiece can, depending on the arcing conditions, promote interdiffusion of the coating and substrate materials forming a metallurgical bond, can melt the substrate surface in the presence of the plasma flow forming surface alloys and can induce martensite formation near the surface of steel workpieces.     

Field Application of Automated Power Arc Spraying System on Steel Bridge Deck

The effective corrosion protection coating and high productive coating equipment for steel bridge deck has been a challenge for bridge engineers for many years. An automated power arc spraying system was first designed and field applied to coating the deck of Wuhan Junshan Yangtze River Bridge in high efficiency. This steel bridge is a continuous orthotropic deck box girder cable-stayed bridge with 962 m in length and 38.8 m in width, whose width is the No. 1 in China. The whole orthotropic deck with over 35,000 m2surface area was arc-sprayed a protective coating of zinc on site, followed by a sealant and SMA paving material. The side face and bottom of box girders were arc-sprayed with aluminum in factory.Field application indicated that the newly designed automated power arc spraying system with fan nozzle and separate primary & secondary atomizing air had some advantages over the conventional arc spraying system, such as automated operation,big arc spray current, high spraying rate, big breadth of each coat, even and small atomized particles, high density and low porosity of sprayed coating, and high adhesive strength to the substrate.Working procedure of surface preparation and automated arc spraying on bridge deck were introduced, and the quality of sprayed coating is controlled strictly. Field tests proved that the application of this automated power arc spraying system is successful and suitable for coating the steel bridge deck.     

高速电弧喷涂技术在防腐工程领域的研究现状

高速电弧喷涂技术是在传统电弧喷涂技术基础上发展起来的一项新技术,也是再制造工程的关键技术之一.介绍了高速电弧喷涂技术的基本原理及其在防腐工程中应用的潜力,防腐涂层材料的发展概况,常见的高速电弧喷涂层在腐蚀环境中的防护机理,并展望了高速电弧喷涂技术的发展趋势.     

粗丝CO_2气体保护焊熔滴过渡与潜弧机理的研究

本文详细分析了粗丝CO_2气体保护潜弧焊熔滴过渡的特点和潜弧机理。潜弧状态可以分为三种类型:半潜弧(熔滴主要以较大的颗粒形式过渡)、临界潜弧(熔滴主要以较小颗粒的射滴形式过渡)和深潜弧(熔滴以细小射滴与射流混和形式过渡)。大电流、低电压、粗焊丝、反极性和氧化性气氛是形成潜弧过程的必要条件,其中电流是最重要的条件。潜弧后弧柱气氛改变,焊丝端部的弧根由集中形态扩展为覆盖整个端部形态,使得熔滴尺寸变得细小,熔滴过渡形式发生变化。采用临界潜弧区域的焊接规范参数施焊,飞溅小,工艺过程稳定,焊缝成形优良。     

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)。