專(zhuān)利名稱(chēng)：化學(xué)氣相沉積法涂層系統(tǒng)及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種給模具或刀片涂層的系統(tǒng)及工藝，具體地涉及一種采用化學(xué)氣相沉積法對(duì)模具或刀片或金屬零件的表面均勻涂層的系統(tǒng)及工藝。
背景技術(shù)：
在機(jī)加工企業(yè)，大量使用鋼質(zhì)模具，硬質(zhì)合金模具，硬質(zhì)合金刀片及金屬零部件，現(xiàn)有產(chǎn)品，大都是直接采用鋼材或合金加工 后，即使用，由于表面無(wú)涂層，其耐磨損性能差，使用壽命短，給企業(yè)造成生產(chǎn)成本提高，也有對(duì)鋼質(zhì)模具，硬質(zhì)合金模具，硬質(zhì)合金刀片及金屬零部件等表面進(jìn)行涂層的，但大都采用的是物理法，涂層不均勻，附著力低，因此同樣影響使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明創(chuàng)造提供一種采用化學(xué)氣相沉積原理的涂層系統(tǒng)及工藝，采用本發(fā)明創(chuàng)造，基體涂層均勻度高，涂層具有較高的附著力，提高了產(chǎn)品的耐磨損性和耐缺損性。本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案是化學(xué)氣相沉積法涂層系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、氣體混合室、加熱爐、反應(yīng)爐和尾氣吸收塔組成。氣體混合室上設(shè)有若干氣體入口。反應(yīng)爐置于加熱爐內(nèi)。反應(yīng)爐內(nèi)設(shè)有支撐筒，支撐筒的上端連接排氣帽，支撐筒內(nèi)從上向下依次分為沉積區(qū)、氣體分配區(qū)和預(yù)熱區(qū)；沉積區(qū)內(nèi)設(shè)有若干托盤(pán)，托盤(pán)上設(shè)有若干通氣孔I ;氣體分配區(qū)內(nèi)設(shè)有擋板，擋板上端安裝至少三層隔板，隔板上設(shè)有若干通氣孔II ;預(yù)熱區(qū)內(nèi)安裝若干層預(yù)熱板，進(jìn)氣管的出氣端與氣體分配區(qū)相通，支撐筒在預(yù)熱區(qū)部位的下端設(shè)有尾氣入口 I，預(yù)熱區(qū)的下端設(shè)有尾氣出口 I。氣體混合室的出氣口經(jīng)管路與進(jìn)氣管的進(jìn)氣端連接。尾氣吸收塔上端設(shè)有尾氣出口 II，尾氣出口 II通過(guò)管路與引風(fēng)機(jī)連接，尾氣吸收塔下端分別設(shè)有尾氣入口 II和吸收液出口，點(diǎn)火裝置安裝在尾氣入口 II的下端，在尾氣吸收塔內(nèi)尾氣入口 II的上端安裝傘形擋板，尾氣吸收塔內(nèi)上下兩端安裝噴淋裝置。尾氣出口 I經(jīng)管路與點(diǎn)火裝置連接。上述的化學(xué)氣相沉積法涂層系統(tǒng)加熱爐分成若干段加熱區(qū)，每段加熱區(qū)由接線柱、加熱裝置和熱電偶組成；加熱爐內(nèi)從內(nèi)到外依次設(shè)有絕緣隔離層、保溫層I和保溫層II。一種化學(xué)氣相沉積法涂層工藝，采用上述的化學(xué)氣相沉積法涂層系統(tǒng)進(jìn)行涂層，步驟如下
1)將需要涂層的基體置于托盤(pán)內(nèi)，然后將托盤(pán)依次碼于支撐筒內(nèi)的沉積區(qū)；
2)控制系統(tǒng)控制不同的反應(yīng)氣體分別通過(guò)氣體入口引入氣體混合室內(nèi)；3)混合后的反應(yīng)氣體經(jīng)管路和進(jìn)氣管進(jìn)入反應(yīng)爐內(nèi)，經(jīng)預(yù)熱區(qū)預(yù)熱，擋板和隔板的分散，進(jìn)入沉積區(qū)；
4)控制系統(tǒng)控制加熱爐升溫，控制沉積區(qū)的反應(yīng)溫度在700 2000°C之間，于常壓下對(duì)基體涂層；
5)產(chǎn)生的尾氣經(jīng)排氣帽、尾氣入口I，預(yù)熱板和尾氣出口 I進(jìn)入點(diǎn)火裝置，點(diǎn)燃后的尾氣進(jìn)入尾氣吸收塔內(nèi)，中和液經(jīng)噴淋裝置噴淋，吸收中和尾氣，凈化后的尾氣經(jīng)尾氣出口 II排出，吸收液經(jīng)吸收液出口收集，集中處理。上述的化學(xué)氣相沉積法涂層工藝所述的反應(yīng)氣體是含有構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或者液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣。本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果是化學(xué)氣相沉積法(CVD)是將各種混合氣體充入高溫的 反應(yīng)管內(nèi)，以化學(xué)方式，使基體表面生成超硬顆粒物質(zhì)的技術(shù)工程。是從氣體狀態(tài)，不經(jīng)過(guò)液體，直接過(guò)渡為固體狀態(tài)的生長(zhǎng)方式，形成幾微米到十幾微米厚度的膜。①由于在氣體分配區(qū)采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使混合氣體在上升過(guò)程中，經(jīng)擋板和隔板的兩次分散，不僅降低了流速，而且使混合氣體以更加均勻分布的狀態(tài)進(jìn)入沉積區(qū)，進(jìn)而對(duì)托盤(pán)內(nèi)的基體進(jìn)行均勻的涂層。②本發(fā)明創(chuàng)造采用化學(xué)氣相沉積法的原理，采用常壓熱CVD法，對(duì)基體表面進(jìn)行TiC，TiCN，TiN的CVD涂層。由氣態(tài)直接在基體表面涂層，涂層均勻度高。涂層與基材的結(jié)合非常緊密。以基體為硬質(zhì)合金為例，附著力可達(dá)100N以上，提高了產(chǎn)品的耐磨性和耐腐蝕性，降低了高溫時(shí)化學(xué)粘著磨損，從而延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命，為企業(yè)節(jié)約了生產(chǎn)成本。③本發(fā)明涂層速度快，氣體流速慢，對(duì)復(fù)雜形態(tài)和大部件的涂層也很均勻。由于蒸鍍速度快，能獲得較厚的涂層，而且由于是氣體氣氛下進(jìn)行的反應(yīng)，可以涂覆有微小空隙的部件，并獲均勻的涂層，同時(shí)還可以通過(guò)控制注入氣體種類(lèi)來(lái)形成不同的涂層，從而實(shí)現(xiàn)多層蒸鍍。本發(fā)明創(chuàng)造適用于對(duì)硬質(zhì)合金刀片、拉絲模、噴嘴、模具、金屬成型模具和擠壓模具表面的涂層。即可以對(duì)基體表面涂單層，也可以根據(jù)需要涂多層。④反應(yīng)主要在沉積區(qū)進(jìn)行，反應(yīng)溫度經(jīng)常達(dá)到700 2000°C，由于本發(fā)明創(chuàng)造對(duì)加熱爐采用分段式加熱，可以根據(jù)不同區(qū)域的溫度，控制不同分段的溫度，使沉積區(qū)的溫度高，而對(duì)于氣體分配區(qū)和預(yù)熱區(qū)的溫度可以降低加熱爐相對(duì)應(yīng)分段的溫度，節(jié)約了能源。⑤充分利用尾氣的余熱。反應(yīng)后的尾氣經(jīng)排氣帽、由反應(yīng)爐和支撐筒之間的空隙形成的尾氣通道、尾氣入口 I導(dǎo)入預(yù)熱區(qū)，進(jìn)一步預(yù)熱混合氣體，充分利用了能源，進(jìn)一步節(jié)約了能源。⑥本發(fā)明反應(yīng)爐內(nèi)采用常壓下進(jìn)行cvd涂層，其特點(diǎn)如下發(fā)生氣體泄漏時(shí)，反應(yīng)器中的器材不氧化。泄漏時(shí)應(yīng)對(duì)氫氣和氧氣混合氣不需要防爆裝置。系統(tǒng)不需要排氣泵，設(shè)備維修費(fèi)低，一次設(shè)備投資少，安全性能好。⑦在尾氣吸收塔內(nèi)設(shè)置噴淋裝置，由噴淋裝置噴淋堿性中和液，吸收中和尾氣，凈化了尾氣，同時(shí)，吸收液集中收集處理，因此減少了對(duì)大氣造成的破壞，保護(hù)了環(huán)境。


圖I是本發(fā)明創(chuàng)造化學(xué)氣相沉積法涂層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式(一)化學(xué)氣相沉積法涂層系統(tǒng)
如圖I所示，化學(xué)氣相沉積法涂層系統(tǒng)由控制系統(tǒng)(I)、氣體混合室(2)、加熱爐(4)、反應(yīng)爐(5 )和尾氣吸收塔(16 )組成。氣體混合室(2)上設(shè)有若干氣體入口(3)。反應(yīng)爐(5)置于加熱爐(4)內(nèi)。反應(yīng)爐(5)內(nèi)設(shè)有支撐筒(7)，支撐筒(7)的上端連接排氣帽(6)，支撐筒(7)內(nèi)從上向下依次分為沉積區(qū)、氣體分配區(qū)和預(yù)熱區(qū)；沉積區(qū)內(nèi)設(shè)有若干托盤(pán)(8)，托盤(pán)(8)上設(shè)有若干通氣孔I ;氣體分配區(qū)內(nèi)設(shè)有擋板(10)，擋板(10)上端安裝至少三層隔板(9)，隔板(9)上設(shè)有若干通氣孔II，從最下層隔板向最上層隔板，不同層隔板上的通氣孔II的孔徑依次增加。即最下層隔板上的通氣孔II的孔徑最小，向上依次增加，最上層隔板上的通氣孔II的孔徑最大；預(yù)熱區(qū)內(nèi)安裝若干層預(yù)熱板(13)，進(jìn)氣管(11)的出氣端與氣體分配區(qū)相 通，支撐筒(7)在預(yù)熱區(qū)部位的下端設(shè)有尾氣入口 I (12)，預(yù)熱區(qū)的下端設(shè)有尾氣出口 I
(14)。氣體混合室(2)的出氣口經(jīng)管路與進(jìn)氣管(11)的進(jìn)氣端連接。尾氣吸收塔(16)上端設(shè)有尾氣出口 II (15)，尾氣出口 II (15)通過(guò)管路與引風(fēng)機(jī)連接，尾氣吸收塔(16)下端分別設(shè)有尾氣入口II (19)和吸收液出口(21)，點(diǎn)火裝置
(20)安裝在尾氣入口 II (19)的下端，在尾氣吸收塔(16)內(nèi)尾氣入口 II (19)的上端安裝傘形擋板(18)，尾氣吸收塔(16)內(nèi)上下兩端安裝噴淋裝置(17)。尾氣出口 I (14)經(jīng)管路與點(diǎn)火裝置(20)連接。上述的化學(xué)氣相沉積法涂層系統(tǒng)加熱爐(4)分成若干段加熱區(qū)，每段加熱區(qū)由接線柱(41)、加熱裝置(43)和熱電偶(42)組成；加熱爐(4)內(nèi)從內(nèi)到外依次設(shè)有絕緣隔離層(44)、保溫層I (45)和保溫層II (46)。(二)化學(xué)氣相沉積法涂層工藝
以在基體上涂TiC層為例，采用上述的化學(xué)氣相沉積法涂層系統(tǒng)進(jìn)行涂層，步驟如下
1)將需要涂層的基體置于托盤(pán)(8)內(nèi)，然后將托盤(pán)依次碼于支撐筒(7)內(nèi)的沉積
區(qū)；
2)控制系統(tǒng)(I)控制氣態(tài)的TiCl4和CH4 (即反應(yīng)氣體)分別通過(guò)氣體入口(3)引入氣體混合室(2)內(nèi)；
3)混合后的反應(yīng)氣體經(jīng)管路和進(jìn)氣管(11)進(jìn)入反應(yīng)爐(5)內(nèi)，經(jīng)預(yù)熱區(qū)預(yù)熱，擋板和隔板的分散，進(jìn)入沉積區(qū)；
4)控制系統(tǒng)(I)控制加熱爐(4)升溫，控制沉積區(qū)的反應(yīng)溫度在700 2000°C之間，于常壓下對(duì)基體涂層?；旌虾骉iCl4和CH4氣體向基體表面擴(kuò)散,吸附于基體的表面，在基體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在基體表面留下不揮發(fā)的固體反應(yīng)產(chǎn)物——即TiC薄膜；
5)在基體表面產(chǎn)生的氣相副產(chǎn)物，即HCl氣體脫離基體表面，經(jīng)排氣帽(6)、由反應(yīng)爐和支撐筒之間的空隙形成的尾氣通道、尾氣入口 I (12)，預(yù)熱板(13)和尾氣出口 I (14)進(jìn)入點(diǎn)火裝置(20)，點(diǎn)燃后的尾氣進(jìn)入尾氣吸收塔(16)內(nèi)，中和液經(jīng)噴淋裝置(17)噴淋，吸收中和尾氣，凈化后的尾氣經(jīng)尾氣出口 II (15)排出，吸收液經(jīng)吸收液出口(21)收集，集中處理。本實(shí)施例是以涂TiC層為例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明，在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)基體具體需要的涂層物質(zhì)，來(lái)選擇反應(yīng)氣體。即在步驟2)中根據(jù)涂層物質(zhì)選擇反應(yīng)氣體。反應(yīng)氣體為含有構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或者液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣。
權(quán)利要求
1.化學(xué)氣相沉積法涂層系統(tǒng)，其特征在于由控制系統(tǒng)(I)、氣體混合室(2)、加熱爐(4)、反應(yīng)爐(5)和尾氣吸收塔(16)組成； 氣體混合室(2)上設(shè)有若干氣體入口(3)； 反應(yīng)爐(5)置于加熱爐(4)內(nèi)； 反應(yīng)爐(5)內(nèi)設(shè)有支撐筒(7)，支撐筒(7)的上端連接排氣帽(6)，支撐筒(7)內(nèi)從上向下依次分為沉積區(qū)、氣體分配區(qū)和預(yù)熱區(qū)；沉積區(qū)內(nèi)設(shè)有若干托盤(pán)(8)，托盤(pán)(8)上設(shè)有若干通氣孔I ;氣體分配區(qū)內(nèi)設(shè)有擋板(10)，擋板(10)上端安裝至少三層隔板(9)，隔板(9)上設(shè)有若干通氣孔II ;預(yù)熱區(qū)內(nèi)安裝若干層預(yù)熱板(13)，進(jìn)氣管(11)的出氣端與氣體分配區(qū)相通，支撐筒(7)在預(yù)熱區(qū)部位的下端設(shè)有尾氣入口 I (12)，預(yù)熱區(qū)的下端設(shè)有尾氣出口 I (14)； 氣體混合室(2)的出氣口經(jīng)管路與進(jìn)氣管(11)的進(jìn)氣端連接； 尾氣吸收塔(16)上端設(shè)有尾氣出口 II (15)，尾氣出口 II (15)通過(guò)管路與引風(fēng)機(jī)(22)連接，尾氣吸收塔(16 )下端分別設(shè)有尾氣入口 II (19 )和吸收液出口( 21)，點(diǎn)火裝置(20 )安裝在尾氣入口 II (19)的下端，在尾氣吸收塔(16)內(nèi)尾氣入口 II (19)的上端安裝傘形擋板(18)，尾氣吸收塔(16)內(nèi)上下兩端安裝噴淋裝置(17)； 尾氣出口 I (14)經(jīng)管路與點(diǎn)火裝置(20)連接。
2.按照權(quán)利要求I所述的化學(xué)氣相沉積法涂層系統(tǒng)，其特征在于加熱爐(4)分成若干段 加熱區(qū)，每段加熱區(qū)由接線柱(41)、加熱裝置(43)和熱電偶(42)組成；加熱爐(4)內(nèi)從內(nèi)到外依次設(shè)有絕緣隔離層(44)、保溫層I (45)和保溫層II (46)。
3.一種化學(xué)氣相沉積法涂層工藝，其特征在于采用權(quán)利要求I或2所述的化學(xué)氣相沉積法涂層系統(tǒng)進(jìn)行涂層，步驟如下 將需要涂層的基體置于托盤(pán)(8)內(nèi)，然后將托盤(pán)依次碼于支撐筒(7)內(nèi)的沉積區(qū)； 控制系統(tǒng)(I)控制不同的反應(yīng)氣體分別通過(guò)氣體入口(3)引入氣體混合室(2)內(nèi)； 混合后的反應(yīng)氣體經(jīng)管路和進(jìn)氣管(11)進(jìn)入反應(yīng)爐(5)內(nèi)，經(jīng)預(yù)熱區(qū)預(yù)熱，擋板和隔板的分散，進(jìn)入沉積區(qū)； 控制系統(tǒng)(I)控制加熱爐(4)升溫，控制沉積區(qū)的反應(yīng)溫度在700 2000°C之間，于常壓下對(duì)基體涂層； 產(chǎn)生的尾氣經(jīng)排氣帽(6)、尾氣入口 I (12)，預(yù)熱板(13)和尾氣出口 I (14)進(jìn)入點(diǎn)火裝置(20)，點(diǎn)燃后的尾氣進(jìn)入尾氣吸收塔(16)內(nèi)，中和液經(jīng)噴淋裝置(17)噴淋，吸收中和尾氣，凈化后的尾氣經(jīng)尾氣出口 II (15)排出，吸收液經(jīng)吸收液出口(21)收集，集中處理。
4.按照權(quán)利要求3所述的化學(xué)氣相沉積法涂層工藝，其特征在于所述的反應(yīng)氣體是含有構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反應(yīng)劑或者液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及化學(xué)氣相沉積法涂層系統(tǒng)及工藝。采用的技術(shù)方案是涂層工藝如下將基體置于托盤(pán)內(nèi)，然后將托盤(pán)碼于支撐筒內(nèi)的沉積區(qū)；控制系統(tǒng)控制不同的反應(yīng)氣體分別經(jīng)氣體入口引入氣體混合室；混合后的反應(yīng)氣體經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入反應(yīng)爐內(nèi)，經(jīng)預(yù)熱區(qū)預(yù)熱，擋板和隔板的分散，進(jìn)入沉積區(qū)；控制系統(tǒng)控制加熱爐升溫，控制沉積區(qū)反應(yīng)溫度為900～2000℃，于常壓下對(duì)基體涂層；產(chǎn)生的尾氣經(jīng)排氣帽、尾氣入口Ⅰ，預(yù)熱板和尾氣出口Ⅰ進(jìn)入點(diǎn)火裝置，中和液經(jīng)噴淋裝置噴淋，吸收中和尾氣，凈化后的尾氣經(jīng)尾氣出口Ⅱ排出，吸收液經(jīng)吸收液出口收集，集中處理。采用本發(fā)明，基體涂層具有較高的均勻度和附著力，提高了產(chǎn)品的耐磨損性和耐缺損性，保護(hù)了環(huán)境。
文檔編號(hào)C23C16/44GK102953045SQ201110246169
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者樸萬(wàn)成, 黃宇哲, 李成哲, 金哲男, 金上萬(wàn), 李權(quán)星, 王宏剛 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)金研機(jī)床工具有限公司