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专利摘要

旋翼轴承内圈内壁高功率磁控溅射薄膜沉积装置及方法，涉及物理气相沉积领域。本发明的目的是为了解决现有物理气相沉积方法难以在回火温度以下为GCr15轴承钢旋翼轴承内圈内壁表面沉积结合力强且均匀薄膜的问题。本申请以旋翼轴承内圈为真空室，在氩气环境下，采用两个与轴承内圈同轴的一号柱形磁控溅射靶和二号柱形磁控溅射靶，利用高功率脉冲磁控溅射方法，溅射出高离化率金属离子，分别将两种金属沉积在旋翼轴承内圈内壁，为旋翼轴承内圈内壁镀打底膜和镀面膜，通过移动一号柱形磁控溅射靶和二号柱形磁控溅射靶电极形成均匀的镀膜效果。它用于为旋翼轴承内圈镀金属薄膜。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202110721580.3
申请日期:
2021-06-28
专利申请人:
哈尔滨工业大学
分类号:
C23C14/35 ; C23C14/54 ; C23C14/56 ; C23C14/02 ; C23C14/16
发明/设计人:
马欣新
权利要求: 1.旋翼轴承内圈内壁高功率磁控溅射薄膜沉积装置，其特征在于，所述装置包括框架(5)、上部真空密封绝缘件(2)、上部法兰筒(3)、一号真空波纹管(8)、下部真空密封绝缘件(15)、下部法兰筒(4)、二号真空波纹管(9)、二号柱形磁控溅射靶(6)、一号柱形磁控溅射靶(7)、一号滑台(10)、二号滑台(11)、三号滑台(12)、横板(16)、高功率脉冲电源、涡轮分子泵机组、真空排气系统和供气管路系统；二号真空波纹管(9)、下部法兰筒(4)、下部真空密封绝缘件(15)、旋翼轴承内圈(1)、上部真空密封绝缘件(2)、上部法兰筒(3)和一号真空波纹管(8)从下至上依次同轴设置在框架(5)内板上且形成空腔；二号柱形磁控溅射靶(6)一端与一号真空波纹管(8)的上端连接并进行电气隔离，二号柱形磁控溅射靶(6)的靶材端伸入所述空腔内，一号柱形磁控溅射靶(7)一端与二号真空波纹管(9)的下端连接并进行电气隔离，一号柱形磁控溅射靶(7)的靶材端伸入所述空腔内，所述上部法兰筒(3)侧壁上开有进气接口，与供气管路系统相连，供气管路系统提供氩气，下部法兰筒(4)侧壁上开有排气接口，与涡轮分子泵系统相连，涡轮分子泵机组用于将所述空腔内抽成真空，真空排气系统用于排掉空腔内的真空；高功率脉冲电源用于提供脉冲电压，使氩气在所述真空中放电，产生氩离子分别轰击旋翼轴承内圈(1)、一号柱形磁控溅射靶(7)和二号柱形磁控溅射靶(6)的内壁，达到清洗旋翼轴承内圈(1)、一号柱形磁控溅射靶(7)和二号柱形磁控溅射靶(6)表面的目的，还用于提供脉冲电压使一号柱形磁控溅射靶(7)和二号柱形磁控溅射靶(6)分别溅射出高离化率金属离子，依次为旋翼轴承内圈(1)镀打底膜和镀面膜；一号滑台(10)、二号滑台(11)和三号滑台(12)均设置在框架(5)内壁上；一号滑台(10)的滑块(10-1)与一号真空波纹管(8)上端连接，三号滑台(12)的滑块(12-1)与二号真空波纹管(9)下端连接，横板(16)上开有圆形通孔，横板(16)套在上部法兰筒(3)上，且横板(16)能够沿上部法兰筒(3)的轴向上下移动，二号滑台(11)的滑块(11-1)固定连接横板(16)，在滑块(11-1)向上移动时通过横板(16)托起上部法兰筒(3)的上法兰(3-1)向上压缩一号真空波纹管(8)，在滑块(11-1)向下移动时，横板(16)托着上部法兰筒(3)、一号真空波纹管(8)和上部真空密封绝缘件(2)向下移动，当上部真空密封绝缘件(2)落到旋翼轴承内圈(1)上口时，滑块(11-1)再次向下移动，横板(16)与上部法兰筒(3)的上法兰(3-1)分离，上部法兰筒(3)、一号真空波纹管(8)和上部真空密封绝缘件(2)依靠自重向下运动，上部真空密封绝缘件(2)压紧在旋翼轴承内圈(1)上口处。2.根据权利要求1所述的旋翼轴承内圈内壁高功率磁控溅射薄膜沉积装置，其特征在于，上部真空密封绝缘件(2)和下部真空密封绝缘件(15)均包括真空密封件、一号真空密封圈、二号真空密封圈、三号真空密封圈和绝缘体，上部真空密封绝缘件(2)和下部真空密封绝缘件(15)对称设置在旋翼轴承内圈(1)的两个端口上；旋翼轴承内圈(1)端口与真空密封件一端之间设置一号真空密封圈，真空密封件另一端上设置绝缘体，绝缘体一端与真空密封件之间有二号真空密封圈密封，绝缘体另一端与上部法兰筒(3)下端或下部法兰筒(4)上端连接，连接处设有三号真空密封圈，绝缘体用于进行电气隔离。3.根据权利要求2所述的旋翼轴承内圈内壁高功率磁控溅射薄膜沉积装置，其特征在于，2个真空密封件上各开有一个槽口，槽口均为喇叭口，且2个喇叭口分别朝向旋翼轴承内圈(1)的两个端口，喇叭口用于引导旋翼轴承内圈(1)两个端口进入喇叭口内，喇叭口的锥角为20-40°，每个喇叭口与旋翼轴承内圈(1)之间设置一号真空密封圈，一号真空密封圈与旋翼轴承内圈(1)端部平面接触，压紧后实现真空密封。4.根据权利要求1所述的旋翼轴承内圈内壁高功率磁控溅射薄膜沉积装置，其特征在于，所述装置还包括控制系统，控制系统用于分别控制一号滑台(10)、二号滑台(11)和三号滑台(12)工作。5.根据权利要求1所述的旋翼轴承内圈内壁高功率磁控溅射薄膜沉积装置，其特征在于，所述装置还包括2个热电偶(13)、4个风扇(14)和温度控制器，2个热电偶(13)分别位于旋翼轴承内圈(1)上端外侧和下端外侧，并与旋翼轴承内圈外壁接触，4个风扇(14)设置在框架(5)两个内壁上，4个风扇(14)的出风口均朝向旋翼轴承内圈(1)外圆周面；2个热电偶(13)分别用于监测旋翼轴承内圈(1)上部温度和下部温度；温度控制器，用于接收旋翼轴承内圈(1)上部温度和下部温度，当旋翼轴承内圈(1)上部温度和下部温度中有一个温度超过预定温度时，向4个风扇(14)发出控制信号；4个风扇(14)，用于接收所述控制信号进行工作，为旋翼轴承内圈(1)制冷。6.根据权利要求1所述的旋翼轴承内圈内壁高功率磁控溅射薄膜沉积装置，其特征在于，所述装置还包括电气控制切换电源，电气控制切换电源用于为清洗旋翼轴承内圈(1)、清洗一号柱形磁控溅射靶(7)、清洗二号柱形磁控溅射靶(6)、为旋翼轴承内圈(1)镀打底膜和为旋翼轴承内圈(1)镀面膜进行高功率脉冲电源的切换。7.根据权利要求1所述的旋翼轴承内圈内壁高功率磁控溅射薄膜沉积装置，其特征在于，所述装置还包括旋翼轴承内圈拆装部分，旋翼轴承内圈拆装部分采用ISO-K真空法兰接口形式密封；旋翼轴承内圈拆装部分采用互成90°的4个C型双边卡钳将上部真空密封绝缘件(2)、下部真空密封绝缘件(15)和旋翼轴承内圈(1)紧固在一起，实现旋翼轴承内圈的快速装卸。8.旋翼轴承内圈内壁高功率磁控溅射薄膜沉积方法，所述方法是基于权利要求1所述的旋翼轴承内圈内壁高功率磁控溅射薄膜沉积装置实现的，其特征在于，所述方法包括以下内容：步骤1、将旋翼轴承内圈(1)安装在上部法兰筒(3)和下部法兰筒(4)之间；步骤2、采用涡轮分子泵机组将由一号真空波纹管(8)、二号真空波纹管(9)、下部法兰筒(4)、旋翼轴承内圈(1)和上部法兰筒(3)组成的空腔抽真空，形成真空腔，当真空腔内达到背底真空度时，向真空腔中充入氩气；步骤3、启动三号滑台(12)，通过三号滑台(12)的滑块(12-1)带动一号柱形磁控溅射靶(7)上移至旋翼轴承内圈(1)内部，将高功率脉冲电源负极与旋翼轴承内圈(1)相连，高功率脉冲电源正极与一号柱形磁控溅射靶(7)相连，此时采用高功率脉冲电源提供脉冲电压，使氩气放电，产生氩离子轰击旋翼轴承内圈(1)内壁，达到清洗旋翼轴承内圈(1)内壁的目的；再通过三号滑台(12)的滑块(12-1)带动一号柱形磁控溅射靶(7)下移至下部法兰筒(4)内部，将高功率脉冲电源负极与一号柱形磁控溅射靶(7)相连，高功率脉冲电源正极与框架(5)相连，此时再次采用高功率脉冲电源提供脉冲电压，使氩气放电，产生氩离子轰击一号柱形磁控溅射靶(7)表面，达到清洗一号柱形磁控溅射靶(7)表面的目的；步骤4、通过一号滑台(10)的滑块(10-1)带动二号柱形磁控溅射靶(6)下移至上部法兰筒(3)内部，将高功率脉冲电源负极与二号柱形磁控溅射靶(6)相连，高功率脉冲电源正极与框架(5)相连，此时采用高功率脉冲电源提供脉冲电压，使氩气放电，产生氩离子轰击二号柱形磁控溅射靶(6)表面，达到清洗二号柱形磁控溅射靶(6)表面的目的；步骤5、通过三号滑台(12)的滑块(12-1)带动一号柱形磁控溅射靶(7)上移至旋翼轴承内圈(1)内部，将高功率脉冲电源负极与一号柱形磁控溅射靶(7)相连，高功率脉冲电源正极与框架(5)相连，旋翼轴承内圈(1)与偏压电源负极相连，偏压电源正极与框架(5)相连，施加偏压，高功率脉冲电源产生的脉冲电压使氩气放电，产生氩离子轰击一号柱形磁控溅射靶(7)，使一号柱形磁控溅射靶(7)溅射出高离化率金属离子，沉积在旋翼轴承内圈(1)内壁，利用控制系统控制三号滑台(12)的滑块(12-1)带动一号柱形磁控溅射靶(7)上下移动，为旋翼轴承内圈(1)内壁均匀地镀打底膜；步骤6、通过三号滑台(12)的滑块(12-1)控制一号柱形磁控溅射靶(7)下移至下部法兰筒(4)内部，通过一号滑台(10)的滑块(10-1)带动二号柱形磁控溅射靶(6)下移至旋翼轴承内圈(1)内部，将高功率脉冲电源负极与二号柱形磁控溅射靶(6)相连，高功率脉冲电源正极与框架(5)相连，旋翼轴承内圈(1)与偏压电源负极相连，偏压电源正极与框架(5)相连，施加偏压，高功率脉冲电源产生的脉冲电压使氩气放电，产生氩离子轰击二号柱形磁控溅射靶(6)，使二号柱形磁控溅射靶(6)溅射出高离化率金属离子，沉积在旋翼轴承内圈(1)内壁，利用控制系统控制一号滑台(10)的滑块(10-1)带动二号柱形磁控溅射靶(6)上下移动，为旋翼轴承内圈(1)内壁均匀地镀面膜。9.根据权利要求8所述的旋翼轴承内圈内壁高功率磁控溅射薄膜沉积方法，其特征在于，所述方法还包括步骤7，步骤7、关闭高压脉冲电源、偏压电源和供气管路系统，采用真空排气系统对真空腔进行排气，将一号滑台(10)移至最上端，三号滑台(12)移至最下端，当真空腔内气压与外部气压一致时，松开4个C型双边卡钳，控制二号滑台(11)向上移动托起上部法兰筒(3)，将旋翼轴承内圈(1)取出。10.根据权利要求8所述的旋翼轴承内圈内壁高功率磁控溅射薄膜沉积方法，其特征在于，步骤一中，将旋翼轴承内圈(1)安装在上部法兰筒(3)和下部法兰筒(4)之间，具体过程为：将一号滑台(10)的滑块(10-1)移至最上端，通过一号滑台(10)的滑块(10-1)将一号真空波纹管(8)拉伸开，三号滑台(12)的滑块(12-1)移至最下端，三号滑台(12)的滑块(12-1)将二号真空波纹管(9)拉伸开，控制二号滑台(11)的滑块(11-1)向上移动，使横板(16)托起上部法兰筒(3)的上法兰(3-1)向上移动压缩一号真空波纹管(8)，将经过清洗的旋翼轴承内圈(1)安装在下部真空密封绝缘件(15)上，控制二号滑台(11)的滑块(11-1)下移，横板(16)托着上法兰(3-1)向下移动，上法兰(3-1)、上部法兰筒(3)和上部真空密封绝缘件(2)的重量压在横板(16)上，跟随横板(16)一起向下移动，当上部真空密封绝缘件(2)落到旋翼轴承内圈(1)上口时，滑块(11-1)再次向下移动，横板(16)与上部法兰筒(3)的上法兰(3-1)分离，上部真空密封绝缘件(2)依靠自重向下运动压紧在旋翼轴承内圈(1)上口处，用4个C型双边卡钳将上部真空密封绝缘件(2)、下部真空密封绝缘件(15)和旋翼轴承内圈(1)紧固在一起。