CN115341170A - 一种自动互为阴阳极电弧源清洗装置及镀膜机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动互为阴阳极电弧源清洗装置及镀膜机，涉及镀膜技术领域，所述自动互为阴阳极电弧源清洗装置包括自动切换输出电极电极性的电弧电源和两个阴极电弧源，所述自动切换输出电极电极性的电弧电源的两个输出电极分别连接两个所述阴极电弧源，所述自动切换输出电极电极性的电弧电源的负极和正极自动相互切换，两个所述阴极电弧源的功能在阴极功能和阳极功能之间自动转换，相继不断地产生电子流将氩气电离，利用氩离子轰击清洗工件，还能够自动清洗弧源靶面；所述镀膜机包括单室机、连续生产线镀膜机，镀膜机机体内在不同位置设置有所述自动互为阴阳极电弧源清洗装置，清洗工件过程自动进行，操作便捷可靠，清洗效率高效。

Description

一种自动互为阴阳极电弧源清洗装置及镀膜机

技术领域

本发明涉及镀膜技术领域，具体涉及一种自动互为阴阳极电弧源清洗装置及镀膜机。

背景技术

真空离子镀膜技术中为提高薄膜和基材的结合力，镀膜前必须进行“离子清洗”。“离子清洗”的发展历程有几个阶段：

①利用辉光放电产生的氩离子轰击清洗工件，或用阳极层离子源清洗工件，阳极层离子源也是辉光放电离子源。辉光放电中等离子体密度低，在直径1000mm的镀膜机中工件的偏流在2A～7A范围；

②利用阴极电弧源中的“钛离子”清洗工件：阴极电弧弧光放电产生高密度的弧光放电等离子体中有大量的电子和大量的离子。相当长一段时间阴极电弧源选用钛靶材，电弧源接电弧电源的负极，镀膜室壁接正极，引燃弧光放电后利用其中高密度的“钛离子”轰击清洗工件，清洗时工件加800V～1000V偏压加速钛离子，称“主弧轰击”。钛离子的能量高，清洗效果好，但是钛离子能量太大，对工件表面进行过度轰击刻蚀造成损伤或使工件过热，膜层组织中还含有大的熔滴颗粒成为刀具涂层的破损源，降低工模具寿命；降低装饰件表面的亮度使之“发朦”，影响装饰效果。

③利用阴极电弧源产生的高密度的弧光等离子体中的电子流将氩气电离，用高密度的氩离子流轰击清洗工件：这项技术，SULZER-METAPLAS公司、BALZERS公司、PLATIT公司已经在阴极电弧离子镀膜机中使用，称为电弧增强辉光放电清洗技术。该技术虽然仍是利用阴极电弧源产生的弧光等离子体能量，但已经不是利用高能量的钛离子清洗工件，而是用弧光放电获得的高密度的氩离子清洗工件。氩离子的质量比钛离子的质量轻，对工件表面的轰击刻蚀损伤小。氩离子流密度大，工件偏压加200V偏压电流就可以达到10A以上，可以将工件清洗干净，工件表面质量好、亮度高。

现行的电弧离子镀膜源中的圆形平面小弧源(小弧源)、矩形平面大弧源(大弧源)、柱状弧源都可以作为获得高密度的氩离子清洗工件的清洗源。

这种清洗技术要求配置电弧源和专用水冷阳极。阳极的作用是吸引弧光等离子体中的电子流，电子流在向阳极移动的过程中将氩气电离获得高密度的氩离子，用氩离子清洗工件。清洗工件后阳极表面在后续的镀膜过程中会被镀上一层导电性差的膜层，降低阳极的导电性，成为污染层，因此必须定期(甚至每一炉)清理阳极，增加了很多麻烦，影响生产效率。

阴极电弧源通常在电弧离子镀膜中做蒸发源使用，从靶材上蒸发出膜层原子，这些膜层原子在进行镀膜的时候到达工件上成为薄膜，所以电弧源在镀膜阶段是镀膜源。而在这种新的清洗技术中，作用是维持弧光放电连续不断地发射弧光电子流向阳极运动，电子在向阳极运动的过程中将氩气电离，用氩离子清洗工件。在清洗过程中阴极电弧源会连续蒸发出靶材的膜层粒子会影响工件膜层的纯度，必须遮挡住，所以阴极电弧源前面必须设置“挡板”。

④在王福贞的专利(申请号：201720302520.7)中，提出了用两个互为阴阳极的柱弧源做弧光放电氩离子清洗源。其优点是：当一个柱弧源作为阳极时可以吸引弧光等离子体中的电子流将镀膜室内的氩气电离，用高密度的氩离子清洗工件，当这个柱弧源转换为阴极时，可以将原来做阳极使用时靶管表面上的污染物蒸发掉，将弧源靶面清洗干净。两个柱弧源互为阴阳极，不断转换的两个电弧源的阴极和阳极功能，既可以清洗工件又可以清洗弧源靶面，长时间连续清洗工件也不会对工件产生污染。

两个柱弧源互为阴阳极需要匹配不断切换电弧电源输出电极性的电弧电源，在没有这种自动进切换电极性的电弧电源时，只能在清洗一段时间以后关闭电弧电源，用人工切换两个电弧电源的电极性，然后再启动电弧电源继续清洗工件，操作极为繁琐。因此亟待发明一种能够实现两个阴极电弧源自动转换互为阴阳极清洗工件的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动互为阴阳极电弧源清洗装置及镀膜机，以解决现有技术中存在的上述技术问题；本发明提供的诸多技术方案所能产生的诸多技术效果；详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种自动互为阴阳极电弧源清洗装置，包括自动切换输出电极电极性的电弧电源和阴极电弧源，其中：所述自动切换输出电极电极性的电弧电源的两个输出电极分别连接两个所述阴极电弧源，所述自动切换输出电极电极性的电弧电源的负极和正极能自动相互切换，以使两个所述阴极电弧源在阴极功能和阳极功能之间自动相互转换。

所述自动切换输出电极电极性的电弧电源其转换器有两种转换技术，一种是通过单片微控制器或PLC连接上位机并辅以接触器及继电器自动切换；另一种是通过MCU控制IGBT自动进行切换。所述转换器可以控制自动切换两个输出电极的正、负电极性的切换速度和控制切换的时间间隔。

当某个阴极电弧源的与所述自动切换输出电极电极性的电弧电源的电极为正极时，这个阴极电弧源成为阳极吸引电子，电子在向阳极阴极电弧源运动的过程中将镀膜室内的氩气电离，用高密度的氩离子清洗工件，当与这个阴极电弧源连接的所述自动切换输出电极电极性的电弧电源的电极切换为负极时，该阴极电弧源转换成阴极，将原来做阳极使用时靶管表面上沉积的污染物蒸发掉，将弧源靶面清洗干净。与两个阴极电弧源连接的所述自动切换输出电极电极性的电弧电源的电极性不断切换为正极和负极后，两个阴极电弧源不断转换为具有阴极和阳极功能，既可以清洗工件又可以清洗弧源靶面，长时间连续清洗工件也不会对工件产生污染。

优选地，两个所述阴极电弧源设置为柱状弧源、圆形平面小弧源或者矩形平面大弧源；两个所述阴极电弧源的前面均设置有挡板。

优选地，所述阴极电弧源之间设置有工件转架，用于安装待清洗工件；所述自动互为阴阳极电弧源清洗装置包括工件偏压电源，所述工件偏压电源与所述工件转架相连。

本发明提供一种配置了所述自动互为阴阳极电弧源清洗装置的镀膜机，包括镀膜机机体，所述镀膜机机体上设置有所述自动互为阴阳极电弧源清洗装置。

优选地，所述镀膜机机体为单室镀膜机机体，所述单室镀膜机机体上设置有镀膜室，其中：所述镀膜室连接设置有真空***；所述镀膜室内设置提供膜层粒子的镀膜源有多个平面磁控溅射靶、柱状磁控溅射靶、圆形平面小弧源、柱状弧源或者矩形平面大弧源。

优选地，所述镀膜室内设置的两个所述阴极电弧源在所述镀膜室的侧壁排列。

优选地，所述镀膜室内设置的两个所述阴极电弧源在所述镀膜室的顶部和底部相对排列。

优选地，所述镀膜机机体为连续生产线镀膜机机体，所述连续生产线镀膜机机体上设置有清洗室，所述清洗室的两侧均设置有与所述自动切换输出电极电极性的电弧电源连接的两个所述阴极电弧源。

优选地，所述清洗室内设置的与所述自动切换输出电极电极性的电弧电源连接的两个所述阴极电弧源在所述清洗室的两侧对向排列。

优选地，所述清洗室内设置的与所述自动切换输出电极电极性的电弧电源连接的两个所述阴极电弧源在所述清洗室的两侧并列排列。

本发明提供的一种自动互为阴阳极电弧源清洗装置及镀膜机至少具有以下有益效果：

所述自动互为阴阳极电弧源清洗装置包括自动切换输出电极电极性的电弧电源和与之连接的两个阴极电弧源。

所述待清洗工件放置在两个所述阴极电弧源之间，工件转架与工件偏压电源相连。

所述阴极电弧源前面设置挡板。

在以上所述配置下，用自动切换输出电极电极性的电弧电源引燃弧光放电以后，由于电弧电源电极性的自动切换，从而使两个阴极电弧源自动转换互为阴阳极，具有不断吸引电子的阳极功能，还具有不断蒸发掉弧源靶面污染物的阴极功能。既能自动清洗工件，又能自动清洗弧源靶面，相比较现有装置，勿需人工清理专设阳极上的污染层，也勿需人工切换两个阴极电弧源的电极性，使利用弧光放电氩离子流清洗工件的操作更加便捷、可靠。

在本发明所提供的镀膜机，无论是单室镀膜机还是连续生产线镀膜机中均设置有所述自动互为阴阳极电弧源清洗装置，都可以实现既自动清洗工件又自动清洗弧源靶面，清洗工件过程简便易行，清洗效果显著，生产效率高效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是互为阴阳极阴极电弧源相对安放在镀膜室两侧的单室镀膜机结构示意图；

图2互为阴阳极阴极电弧源相对安放在镀膜室顶部和底部的单室镀膜机结构示意图；

图3是本发明互为阴阳极阴极电弧源在镀膜室两侧相对安放的连续生产线镀膜机结构示意图；

图4是本发明互为阴阳极阴极电弧源在镀膜室同侧并列安放的连续生产线镀膜机结构示意图；

图5是本发明自动切换输出电极电极性的电弧电源中转换器的一种；

图6是本发明自动切换输出电极电极性的电弧电源中转换器的另一种。

附图标记

1、真空***；2、磁控溅射靶；3、挡板；4、阴极电弧源；5、工件转架；6、镀膜室；7、自动切换输出电极电极性的电弧电源；8、工件偏压电源；9、磁控溅射电源；10、清洗室；11、电源；12、继电器；13、继电器输出端端口；14、继电器线圈；15、控制端口；16、控制器；17、接触器线圈；18、接触器；19、连接线束。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

本发明提供了一种自动互为阴阳极电弧源清洗装置，参考图1-图4所示，所述自动互为阴阳极电弧源清洗装置包括自动切换输出电极电极性的电弧电源7和两个阴极电弧源4。

自动切换输出电极电极性的电弧电源7的两个输出电极分别连接两个阴极电弧源4，在实际使用的过程中，自动切换输出电极电极性的电弧电源7的负极和正极能自动相互切换，能使两个阴极电弧源4在阴极功能和阳极功能之间自动相互转换。

作为可选地实施方式，两个阴极电弧源4的前面设置有挡板3。

作为可选地实施方式，两个阴极电弧源4设置为柱状弧源、圆形平面小弧源或者矩形平面大弧源。

作为可选地实施方式，两个阴极电弧源4之间设置有工件转架5，用于安装待清洗工件。

所述自动互为阴阳极电弧源清洗装置包括工件偏压电源8，工件偏压电源8与工件转架5相连。

如图5和图6所示，为自动切换输出电极电极性的电弧电源7其“转换器电路图”的可选实施方式，图5和图6分别为转换器的两个不同实施方式的控制电路示意图。

图5为自动切换输出电极电极性的电弧电源7转换器的第一种控制电路。

电源11通过对应连接线束19连接控制器16，电源11的输出电极通过对应连接线束19连接接触器18，控制器16的两个控制端口15分别连接继电器线圈14和接触器线圈17。

电源11的输出电压为DC50-400V，输出电流为0-600A，其输出电流不局限于直流，还包含直流脉冲、直流叠加单脉冲、直流叠加双脉冲等方式。

继电器12其继电器输出端端口13用作转换引弧输出端口、磁场控制端口等功能。

控制器16设置为PLC、触摸屏或者MCU，其内置程序控制，可指定输出阴阳极、引弧输出等参数，并可控制转换时间和间隔时间。同时支持在线编程、数据实时更改并执行、数据保存调用等功能。

如图5所示，接触器18可以采用直流接触器，也可采用交流接触器，在控制器16的控制下，用作正负极的切换，当接触器线圈17和继电器线圈14通过给定电压，接触器18和继电器12触点翻转，从而实现正负极以及相关控制信号输出的转换。

图6为自动切换输出电极电极性的电弧电源7转换器的第二种控制电路。

接触器18采用大功率IGBT组成桥式电路，控制器16采用MCU，通过MCU控制IGBT导通顺序，来控制切换正负极、转换引弧输出端口等功能。当IGBT的Q1和Q4导通时，输出端口A为正，输出端口B为负，当IGBT的Q2和Q3导通时，输出端口A为负，输出端口B为正，同时继电器线圈14通过给定电压，实现正负极以及相关控制信号输出转换。

采用以上两种电路均可以实现切换电弧电源输出电极的电极性，可以控制切换速度和两次切换的时间间隔。

下文各具体实施例所采用的自动切换输出电极电极性的电弧电源7均为此结构。所采用的控制电路均为图5和图6分别为转换器的两个不同实施方式的控制电路图。

实施例2

本发明提供的一种单室镀膜机实例，如图1所示，包含此实施例的A-A半剖剖面图和顶视图。

所述镀膜机包括镀膜机机体，所述镀膜机机体上设置有所述自动互为阴阳极电弧源清洗装置。

所述镀膜机机体为单室镀膜机，所述单室镀膜机机体上设置有镀膜室6。

镀膜室6连接设置有真空***1。

镀膜室6内设置提供膜层粒子的镀膜源有多个平面磁控溅射靶、柱状磁控溅射靶、圆形平面小弧源、柱状弧源或者矩形平面大弧源。

镀膜室6内设置的两个阴极电弧源4在镀膜室6的侧壁排列。

镀膜室6周边安装柱状靶磁控溅射靶2为镀膜源，在镀膜室6的侧边配置两个互为阴阳极的柱状弧源做为清洗源的镀膜机。

在镀膜前在两个柱状弧源前面安装好挡板3，然后抽真空，真空度需达到5×10-3Pa本底真空度后通入氩气，真空度调至2×10-2Pa～5×10-1Pa，开启工件偏压电源8。启动自动切换输出电极电极性的电弧电源7，两个柱状弧源之间产生弧光放电，由于自动切换输出电极电极性的电弧电源7不断切换输出电极的电极性，两个柱状弧源不断转换为阴阳极，从两个柱状弧源相继不断发射出的电子流将氩气电离，氩离子向工件加速轰击清洗工件。工件偏压100V～300V，清洗10分钟到30分钟。在此期间可以调节两个柱状弧源电极性切换的时间间隔和切换速度，镀膜室6内可以连续不断地发生高密度的电子流将氩气电离，用氩离子轰击清洗工件，同时连续不断的清洗靶管表面。

清洗工件后关闭自动切换输出电极电极性的电弧电源7，按常规方式用磁控溅射靶2进行镀膜。达到预定膜层厚度以后关闭磁控溅射电源9、工件偏压电源8，关闭气源。待工件冷却至120℃以下时取出工件。

也可以在清洗工件后不关闭自动切换输出电极电极性的电弧电源7，同时开启柱状磁控溅射靶2，柱状磁控溅射靶2和柱状弧源一起镀膜。两个柱状弧源既可以提高膜层的厚度，弧光电子流又可以产生辅助沉积作用，提供高磁控溅射镀膜的沉积速率和金属离化率。

实施例3

本发明提供的另一种单室镀膜机，如图2所示，包含此实施例的A-A半剖剖面图和顶视图。

所述镀膜机包括镀膜机机体，所述镀膜机机体上设置有所述自动互为阴阳极电弧源清洗装置。

所述镀膜机机体为单室镀膜机，所述单室镀膜机机体上设置有镀膜室6。

镀膜室6连接设置有真空***1；

镀膜室6内设置提供膜层粒子的镀膜源有多个平面磁控溅射靶、柱状磁控溅射靶、圆形平面小弧源、柱状弧源或者矩形平面大弧源。

镀膜室6内设置的两个阴极电弧源4在镀膜室6的顶部和底部相对排列。

镀膜室6周边安装磁控溅射靶2为镀膜源的单室镀膜机中，在镀膜室6的上部顶板和下底部安装两个小弧源作为互为阴阳极的氩离子清洗源的镀膜机，用两个互为阴阳极的小弧源清洗工件。

在镀膜前的工件清洗前在镀膜室6上下安装的小弧源前面安装好挡板3，然后抽真空，真空度需达到5×10-3Pa本底真空度后通入氩气，真空度调至2×10-2Pa～5×10-1Pa，开启工件偏压电源8。启动自动切换输出电极电极性的电弧电源7，两个小弧源之间产生弧光放电，由于不断转换为阴阳极，从两个小源相继不断发射出的电子流将氩气电离，氩离子向工件加速轰击清洗工件。清洗10分钟到30分钟。在此期间可以调节两个小弧源电极性转换的时间间隔和切换速度，使镀膜室6内连续不断地发生高密度的电子流将氩气电离，用氩离子轰击清洗工件，同时连续不断低清洗靶管表面。

清洗工件后关闭自动切换输出电极电极性的电弧电源7，按常规方式用旋靶管型磁控溅射靶2进行镀膜。达到预定膜层厚度以后关闭磁控溅射电源9、工件偏压电源8，关闭气源。待工件冷却至120℃以下时取出工件。

也可以在清洗工件后不关闭自动切换输出电极电极性的电弧电源7，同时开启磁控溅射靶2和两个小弧源一起参与镀膜。两个小弧源既可以提高膜层的厚度，弧光电子流又可以产生辅助沉积作用，提供高沉积速率和金属离化率。

实施例4

本发明提供了一种镀膜机，如图3和图4所示，所述镀膜机包括镀膜机机体，所述镀膜机机体上设置有所述自动互为阴阳极电弧源清洗装置。

所述镀膜机机体为连续生产线镀膜机机体，所述连续生产线镀膜机机体上设置有清洗室10，清洗室10的两侧均设置有与自动切换输出电极电极性的电弧电源7连接的两个阴极电弧源4。

作为可选地实施方式，如图3所示，清洗室10内设置的与自动切换输出电极电极性的电弧电源7连接的两个阴极电弧源4在清洗室10的两侧对向排列。

作为可选地实施方式，如图4所示，清洗室10内设置的与自动切换输出电极电极性的电弧电源7连接的两个阴极电弧源4在清洗室10的两侧并列排列。

图3为在连续生产线中的工件是钢板类型的工件时，在清洗室10侧壁并列排布两个柱状弧源。

清洗时启动侧面并列排布的两个柱状弧源所连接的自动切换输出电极电极性的电弧电源7，两个柱状弧源产生弧光放电，自动转换为阴阳极，连续发射弧光电子流，将氩气电离，用高密度的氩离子轰击清洗工件，同时清洗靶管表面。

图4为在连续生产线中的工件架之间有空隙时，在清洗室10壁上对向排布两个柱状弧源。

清洗时启动对向排布的柱状弧源所连接的自动切换输出电极电极性的电弧电源7，两个对向排布的两个柱状弧源产生弧光放电，自动转换为阴阳极，位于清洗室10两侧壁的柱状弧源连续向工件对面的柱状弧源发射电子流，将工件周边的氩气电离，用高密度的氩离子轰击清洗工件，同时清洗靶管表面。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，在本申请的描述中，“多个”、“若干”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种自动互为阴阳极电弧源清洗装置，其特征在于，包括自动切换输出电极电极性的电弧电源和两个阴极电弧源，其中：

所述自动切换输出电极电极性的电弧电源的两个输出电极分别连接两个所述阴极电弧源，所述自动切换输出电极电极性的电弧电源的负极和正极能自动相互切换，以使两个所述阴极电弧源在阴极功能和阳极功能之间自动相互转换。

2.根据权利要求1所述的自动互为阴阳极电弧源清洗装置，其特征在于，两个所述阴极电弧源设置为柱状弧源、圆形平面小弧源或者矩形平面大弧源；

两个所述阴极电弧源的前面均设置有挡板。

3.根据权利要求1或2所述的自动互为阴阳极电弧源清洗装置，其特征在于，所述阴极电弧源之间设置有工件转架，用于安装待清洗工件；

所述自动互为阴阳极电弧源清洗装置包括工件偏压电源，所述工件偏压电源与所述工件转架相连。

4.一种镀膜机，其特征在于，包括镀膜机机体，所述镀膜机机体上设置有权利要求1-3中任一项所述的自动互为阴阳极电弧源清洗装置。

5.根据权利要求4所述的镀膜机，其特征在于，所述镀膜机机体为单室镀膜机机体，所述单室镀膜机机体上设置有镀膜室，其中：

所述镀膜室连接设置有真空***；

所述镀膜室内设置提供膜层粒子的镀膜源有多个平面磁控溅射靶、柱状磁控溅射靶、圆形平面小弧源、柱状弧源或者矩形平面大弧源。

6.根据权利要求5所述的镀膜机，其特征在于，所述镀膜室内设置的两个所述阴极电弧源在所述镀膜室的侧壁排列。

7.根据权利要求5所述的镀膜机，其特征在于，所述镀膜室内设置的两个所述阴极电弧源在所述镀膜室的顶部和底部相对排列。

8.根据权利要求4所述的镀膜机，其特征在于，所述镀膜机机体为连续生产线镀膜机机体，所述连续生产线镀膜机机体上设置有清洗室，所述清洗室的两侧均设置有与所述自动切换输出电极电极性的电弧电源连接的两个所述阴极电弧源。

9.根据权利要求8所述的镀膜机，其特征在于，所述清洗室内设置的与所述自动切换输出电极电极性的电弧电源连接的两个所述阴极电弧源在所述清洗室的两侧对向排列。

10.根据权利要求8所述的镀膜机，其特征在于，所述清洗室内设置的与所述自动切换输出电极电极性的电弧电源连接的两个所述阴极电弧源在所述清洗室的两侧并列排列。

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