磁場-アシストイオンプレーティングアークソースとその放電特性が分析されます

- Aug 05, 2019-

磁場-アシストイオンプレーティングアークソースとその放電特性が分析されます

 

構造、動作原理、アークスポットの移動、およびいくつかの磁場制御アークイオンプレーティングソースの放電特性が分析されます。 異なる磁場支援制御アーク源のターゲット構造と磁場構成を比較します。 磁場で制御されるアークイオンメッキアーク源の開発が期待されている

 

ツールと金型の加工品質と寿命を改善することは、人々が常に探求している課題です。 アークイオンメッキ技術は、金型材料の表面改質技術の一種であり、他のコーティング方法では利用できない、高いイオン化率、低温堆積、良好な膜品質、高速堆積速度などの利点があります。 しかし、アーク放電によって引き起こされる大きな粒子の存在は、ダイコーティング技術のさらなる応用を制限し、それはアークイオンめっき技術の開発の主要なトピックになっています。

 

イオンプレーティングアークソースはアークプラズマ放電のソースであり、イオンプレーティング技術の重要なコンポーネントです。 アークイオンメッキで使用されるアークソースは冷陰極アークソースであり、このアークソースのアークの動作は、陰極表面の多くの高速で明るく輝いている陰極スポットによって制御されます。 アークイオンメッキ技術の開発と完成のプロセスでは、アーク放電の安定性、カソードターゲットの有効利用、大きな粒子の除去、膜質の改善などを決定するため、アークカソードスポットの動きの効果的な制御が非常に重要です。重要な問題。 国内外では、研究の焦点は主に磁場制御のアーク源設計にあります。真空アークの物理的特性により、適用される電磁界はアークスポットの動きを制御する効果的な方法です。 現在、すべての磁場設計は、ターゲット表面上の特定の磁場構成の形成を考慮し、鋭角の規則を使用してアークスポットの移動経路を制限し、横断成分を使用してアークスポットの移動速度を改善します。

 

理想的な磁場設計は、次のように具体化されます。一方で、磁場の横成分の面積と強度を可能な限り拡大します。 一方、アークスポットの動きを最大限に制御および制限します。 ツールメッキフィルムの期間が長いため、フィルムの性能には高い要件があり、イオンメッキアークソースの産業用途には、次の特性が必要です。 (2)アークスポットの動きの制約は合理的で、アークを実行しないでください。 (3)高いターゲット材料利用率。 (4)絶妙なアークスポット、小さな放電電力密度、小さな粒子。 (5)プラズマ密度とイオン化率が高く、ワークピースに輸送されるプラズマフラックスが十分である。

 

アークイオンメッキのフィールド補助ソースのコーティングに使用される現在人気のあるいくつかのツールを考慮して、この論文では、異なる補助磁界制御アークソースターゲット構造、磁界構成、および生成メカニズムの比較分析で、異なる構成について説明しましたアークスポット運動の磁場、放電の影響、および得られるコーティングプロセスの利点と欠点などを考慮して、電気アークイオンメッキアーク源の開発の磁場を制御します。

 

 

1. 円形の小さなアークソース

ツールメッキで最初に使用されるイオンメッキアークソースは、ロシアから導入された典型的な小さなアークソースであり、シンプルな構造、便利な設置、任意の場所での異なるコンポーネントとのターゲットの組み合わせ、多層コーティングの準備が容易なという利点があります等々。 アークソースのターゲットは、一般に直径約60〜160 mm、厚さ20〜40 mmです。 他の陰極アーク源と比較して、サイズははるかに小さいため、一般に小さなアーク源と呼ばれます。 通常、小さなアーク源は、電磁式または空気式の機械式アーク点火モードを採用しています。 作業時には、アークニードルが引き戻されてアーク点火のためにカソードターゲット材料に接触し、アーク点火をトリガーした後アーク点火ニードル回路が遮断され、アーク放電がアーク電源によって維持されます。

 

通常、アークソースの制御磁場は、ターゲットの後ろに配置された永久磁石から発生します。 磁石の形状は、円筒形、円形、または円筒形にすることができます。 ターゲット表面の永久磁石によって生成された磁場を使用すると、アークスポットの動きを抑制し、放電の安定性を改善し、アークの発生を回避できます。 小さなアーク源の安定した放電を維持するために、ターゲットの磁場強度は通常1〜5 mTです。 永久磁石の前進により、ターゲットの前の電磁界の強度が増加し、電子に半径方向の駆動力と円周方向の力が発生するため、アークスポットは表面で円周方向に、円の中心から半径方向外向きに回転します。磁場強度を増加させると、図5に示すように、アークスポットの動きの速度と半径を増加させることができる。 1(a)。 ただし、従来の小さなアークソースターゲットの後ろに取り付けられた永久磁石は、通常、冷却水に浸されます。これは、長時間浸した後に簡単に消磁され、磁石を絶えず交換する必要があります。 さらに、磁場強度の調整は容易ではないため、ターゲットの磁場強度は、ターゲットの後ろで永久磁石を前後に動かすことによってのみ調整できます。

 

現在、多くの企業が主に以下を含むアークソースを改善しています:間接水冷チャンネルの採用、水冷チャンネルの外側に永久磁石を配置、縮小を回避し、複合磁場の設計に資するより大きな磁場設計スペースを提供図1(c)に示すように、電磁界結合永久磁場のフィールド、およびイオンメッキアークソースの開発を促進します。たとえば、balchasは、間接的に水冷される直径160 mmのターゲットを使用します。 ターゲットの背面には、さまざまな磁気回路設計が用意されており、アークスポット放電の制御と改善のためのさまざまなマッチング磁場構成があります。 多くの国内企業が徐々に直径約150 mmの大アークを開発しました。これは一般に間接水冷構造を採用し、磁場構造もさまざまなモードであり、コーティングの均一性、大きな粒子の精製のためのソリューションを提供します厚膜フィルム層の堆積。

 

6462-2

イチジク。 1改善された小さなアークソース構造とアークスポット放電

 

2. 結論

ツールめっきで使用される現在の一般的な磁場アシストイオンメッキアークソースを考慮して、異なる磁場アシスト制御アークソースのカソードおよび磁場構成を分析および比較し、アークスポットの動き、放電、およびコーティングプロセスへの影響を分析しました分析されました。

 

(1) 円形の小さなアークソースには、単純な構造、便利なインストール、任意の場所で異なるコンポーネントとターゲット材料の組み合わせ、および簡単なマルチコンポーネントコーティングの準備という利点があります。 従来の円形の小さなアークソースの制御磁場は、一般にターゲットの後ろに配置された永久磁石から発生します。 現在、円弧光源の開発では、間接水冷チャネルと大径(150 mm)のターゲット構造を採用しており、磁場構成はマルチモードであり、均一なコーティング、微細な大きな粒子、および大型の堆積のためのソリューションを提供しています厚膜層。

(2) 長方形平面の大きなアークソースと回転円筒アークソースは、コーティングの均一性を改善し、アークスポットの放電電力を減らし、大きな粒子を減らすことができます。コーティング。 しかし、その欠点は、ターゲットが単一であり、複数のコーティングを準備するのが困難であると同時に、ターゲットの利用率が低く、磁場設計に特定のスキルがあり、不合理な構造がアーク走行、放電不安定性などの問題を引き起こしやすいことです、長期のツールコーティングを助長しません。

(3) 機械的回転マグネトロンアークソースは、ターゲット表面に調整可能な速度でさまざまな回転磁場を形成できますが、複雑な機械的制御メカニズムを追加する必要があります。 電磁回転磁気制御アークソースは、横磁場強度と回転周波数の包括的な効果を利用して、冷陰極ターゲット材料上のターゲット表面全体に分布する強力な分散アーク状態を実現します。これにより、全体の均一な加熱が促進されます。ターゲット表面と電流密度の大幅な減少。

(4) マルチモード交互結合磁場支援アークイオンプレーティングアークソースは、ターゲットのエッジを指す軸対称発散磁場と鋭角を形成するフォーカシングガイド磁場を使用することにより、ダイナミックアーチカップリング磁場を形成できますターゲットの中心。アークスポットの動きを制御し、アークスポットの放電状態を改善し、粒子の放出を減らします。 集束磁場の誘導下でのプラズマの安定した透過は、プラズマの粒子衝突確率、イオン化率、およびイオン密度を高めることができます。

(5) 電磁回転磁気制御アークソースとマルチモード交互結合フィールド支援アークイオンメッキアークソースは、2つの新しいタイプの動的磁場制御アークメッキアークソースです。