一種等離子全方位真空鍍膜電源及其鍍膜方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種等離子全方位真空鍍膜電源，該電源包括連接輸入電源的電路，所述電路包括濾波器、整流電路、濾波電路、直流逆變電路、高頻升壓變壓器、二次整流電路、二次濾波電路、IGBT斬波、等離子負(fù)載以及阻抗，本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)所述等離子全方位真空鍍膜電源的鍍膜方法，本發(fā)明具有較高的峰值電流，最高可達(dá)到1000A，高的峰值電流可以提高等離子體的離化率，制備出的涂層更加致密、結(jié)合力更好，具有降低成本，提高效率，降低次品率的優(yōu)點。
【專利說明】一種等離子全方位真空鍍膜電源及其鍍膜方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于等離子體表面工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種等離子全方位真空鍍膜電源，以及用電源鍍膜的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]等離子體表面工程技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來的技術(shù)，它對當(dāng)代制造業(yè)發(fā)展起著重要的作用，尤其是在高端制造業(yè)領(lǐng)域。等離子全方位離子鍍膜技術(shù)是等離子表面工程技術(shù)的一種，它具有諸多優(yōu)勢，如:在工件不需要旋轉(zhuǎn)的情況下對三維工件表面實現(xiàn)全方位鍍膜，甚至可以對管道內(nèi)壁進(jìn)行鍍膜；制備的類金剛石涂層具有較高的硬度，一般為金剛石的20%?30%，且具有極低的摩擦系數(shù)，一般在干摩擦條件下0.05?0.1，另外，涂層還具有耐腐蝕性的特點；技術(shù)嫁接容易。為了應(yīng)用于結(jié)合力要求高的領(lǐng)域，通常可以在PIID鍍膜之前使用物理氣相沉積技術(shù)進(jìn)行金屬打底，也可以使用技術(shù)進(jìn)行等離子體注入后再進(jìn)行沉積，或者使用等離子體滲氮來提高結(jié)合力；鍍膜成本較低。該技術(shù)屬于化學(xué)氣相沉積的一種，耗費的主要是氣體和電能，由于在低溫下沉積，所以用電量較少，通常單次鍍膜消耗100KW.h左右，而氣體的費用幾乎可以忽略不計。對于批量化鍍膜，夾具的設(shè)計與制作費用是主要的成本。
[0003]等離子體鍍膜電源是使技術(shù)能夠順利進(jìn)行的關(guān)鍵性設(shè)備之一，輸出的波形一般有偏壓直流和偏壓脈沖兩種，由于鍍膜過程是工件表面釋放電子到達(dá)真空壁形成循環(huán)，工件表面為陰極，真空壁為陽極，電源輸出為單向負(fù)偏壓。不同的技術(shù)對于電源的要求不同，對于PIID技術(shù)而言，電壓較高，一般為幾千伏，峰值電流達(dá)到幾百甚至上千安培，高的峰值電流有助于提高等離子體內(nèi)部的離化率，使涂層的質(zhì)量顯著提高，等離子全方位復(fù)合鍍膜技術(shù)制備類金剛石膜過程中，鍍膜電源同樣極其重要，電源要具備性能參數(shù)基本滿足鍍膜要求、所制備的涂層均一性好、智能化程度高、自我保護(hù)能力強、壽命長等特點，對于PIID技術(shù)配套的電源，目前產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用上仍有一些問題需要攻克，主要在以下幾個方面需要改進(jìn):第一、電源具有較高的輸出功率，大的峰值電流；第二、當(dāng)工件表面出現(xiàn)微打火時，電源需要迅速判斷并斷開主回路，或者通過限流裝置保護(hù)工件不受損傷，而后還要自動閉合主回路使鍍膜繼續(xù)進(jìn)行；第三、電源可以釋放工件表面積累的電荷，從而可以制備厚膜，滿足特殊環(huán)境的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種用于產(chǎn)業(yè)化的等離子全方位真空鍍膜電源及用其電源鍍膜的方法，主要解決產(chǎn)業(yè)化過程中電源輸出參數(shù)不匹配、鍍膜質(zhì)量不佳、電源容易受到?jīng)_擊等問題，使電源能夠更好的為產(chǎn)業(yè)化服務(wù)。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種等離子全方位真空鍍膜電源，該電源包括連接輸入電源的電路，所述電路包括濾波器、整流電路、濾波電路、直流逆變電路、高頻升壓變壓器、二次整流電路、二次濾波電路、IGBT斬波、等離子負(fù)載以及阻抗，
[0007]所述輸入電源的三相火線通過開關(guān)組接入整流電路，輸入電源與開關(guān)組之間三相火線的節(jié)點分別接入濾波器；
[0008]所述整流電路由三組并聯(lián)的二極管構(gòu)成，每組二極管為兩個串聯(lián)的單體二極管，三相火線通過開關(guān)組分別接入兩個串聯(lián)的單體二極管之間的節(jié)點；
[0009]所述濾波電路由兩個串聯(lián)的放電電容構(gòu)成，濾波電路與整流電路并聯(lián)，在整流電路與濾波電路之間安裝有并聯(lián)的限流電阻和限流電阻開關(guān)；
[0010]所述直流逆變電路由兩組并聯(lián)的IGBT構(gòu)成，每組IGBT為兩個串聯(lián)的單體IGBT，直流逆變電路與濾波電路并聯(lián)；
[0011]所述二次整流電路由兩組并聯(lián)的二極管構(gòu)成，每組二極管為兩個串聯(lián)的單體二極管；
[0012]所述高頻升壓變壓器連接直流逆變電路與二次整流電路，其兩支腳分別接入直流逆變電路的兩個串聯(lián)的單體IGBT之間節(jié)點，其另外兩支腳分別接入二次整流電路的兩個串聯(lián)的單體二極管之間節(jié)點；
[0013]所述二次濾波電路由電感線圈與兩個并聯(lián)的電容器串聯(lián)構(gòu)成，二次整流電路與二次濾波電路并聯(lián)，二次濾波電路通過IGBT斬波與等離子負(fù)載相連，在IGBT斬波與等離子負(fù)載之間還設(shè)置有阻抗。
[0014]所述阻抗是由一個中空銅線圈在支架上繞制的電感，配以鐵氧體磁芯來增加電感量，阻抗設(shè)有電感抽頭、接線端A、接線端B。
[0015]所述中空銅線圈是由兩根銅管對稱設(shè)置，兩根銅管外側(cè)均安裝有絕緣層，內(nèi)側(cè)裝有去離子冷卻水，所述銅管的直徑為4?8毫米，銅管壁厚為I毫米。
[0016]將輸入電源通過濾波器、整流電路、濾波電路、直流逆變電路、高頻升壓變壓器、二次整流電路、二次濾波電路、IGBT斬波的方式獲得脈沖電壓，采用恒壓模式輸出。
[0017]所述電源設(shè)計高的電流峰值，通常為800?1000A。
[0018]本發(fā)明還提供一種實現(xiàn)所述等離子全方位真空鍍膜電源的鍍膜方法，該鍍膜方法具體步驟為:
[0019]真空室充氣，開啟電源，電源將市電380V交流轉(zhuǎn)化為O?6KV方波脈沖輸出；
[0020]向真空鍍膜室內(nèi)充入Ar氣，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使鍍膜室內(nèi)的氣壓保持在I?3Pa ;
[0021]打開鍍膜電源冷卻水循環(huán)，打開鍍膜電源“啟動”開關(guān)，閉合開關(guān)組，電流經(jīng)整流電路、限流電阻、濾波電路后對放電電容進(jìn)行充電，15秒后，限流電阻開關(guān)閉合，設(shè)定清洗參數(shù):電壓為4KV，頻率500?4000Hz，脈寬5?20微秒，清洗時間I?3小時，按下“開始”按鈕，等離子體清洗開始；
[0022]等離子滲氮，等離子清洗完畢后，關(guān)閉Ar充氣閥，打開N2充氣閥，依然保持氣壓穩(wěn)定在l_3Pa，按下電源“修改參數(shù)”按鈕，設(shè)定滲氮參數(shù):電壓為4KV，頻率2000?4000Hz，脈寬5?25微秒，滲氮時間30分鐘，按下“開始”按鈕，等離子體滲氮開始；
[0023]過渡層鍍膜，等離子滲氮結(jié)束后，關(guān)閉氮氣充氣閥，向真空鍍膜室內(nèi)充入過渡層氣體，所述過渡層氣體選自含硅的易于揮發(fā)的液態(tài)物質(zhì)、TiCl4+H2+Ar;按下電源“修改參數(shù)”按鈕，設(shè)定過渡層鍍膜參數(shù):鍍膜氣壓為1.5?3Pa，電壓為6KV，頻率500?4000Hz，脈寬5?20微秒，鍍膜時間30分鐘，按下“開始”按鈕，過渡層鍍膜開始，此時工件表面顏色逐漸開始變化；
[0024]類金剛石鍍膜，閉過渡層氣源輸入閥門，開啟乙炔進(jìn)氣閥，按下電源“修改參數(shù)”按鈕，設(shè)定過渡層鍍膜參數(shù):保持真空鍍膜室內(nèi)的氣壓為1.5?3Pa，所述工件上施加4.1KV脈沖電壓，頻率500?2000Hz，脈寬5?20微秒，鍍膜持續(xù)I?4小時，按下“開始”按鈕，類金剛石鍍膜開始；
[0025]關(guān)閉電源，按下電源“修改參數(shù)”按鈕，將電壓設(shè)定為O后，按下“開始”按鈕，脈沖停止，等離子體熄滅。
[0026]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明等離子全方位真空鍍膜電源相對于現(xiàn)有的電源而言，具有$父尚的峰值電流，最尚可達(dá)到1000A，尚的峰值電流可以提尚等尚子體的尚化率，制備出的涂層更加致密、結(jié)合力更好。另外，大的峰值電流可以使鍍膜時裝載工件的量增加，降低單位成本，提高效率。本發(fā)明等離子全方位真空鍍膜電源具備打火保護(hù)的功能，這樣可以在鍍膜過程中最大限度降低次品率，且可以保證打火后鍍膜的順利進(jìn)行。本發(fā)明等離子全方位真空鍍膜電源具備工件表面釋放電荷的功能，可以制備厚的涂層，可達(dá)10?20 μπι。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0028]圖1為本發(fā)明等離子全方位真空鍍膜電源制造流程圖；
[0029]圖2為本發(fā)明控制等離子全方位真空鍍膜電源的電路示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明等離子全方位真空鍍膜電源水負(fù)載調(diào)試電壓電流波形圖；
[0031]圖4為本發(fā)明等離子全方位真空鍍膜電源等離子負(fù)載調(diào)試電壓電流波形圖；
[0032]圖5是本發(fā)明等離子全方位真空鍍膜電源輸出端阻抗設(shè)計原理圖；
[0033]圖6是本發(fā)明輸出端阻抗繞組銅線剖面圖；
[0034]其中:1、濾波器；2、整流電路；3、濾波電路；4、直流逆變電路；5、高頻升壓變壓器；6、二次整流電路；7、二次濾波電路；8、IGBT斬波；9、等離子負(fù)載；10、開關(guān)組；11、限流電阻開關(guān)；12、限流電阻；13、鐵氧體磁芯；14、接線端A ; 15、抽頭；16、接線端B ; 17、中空銅線圈；18、支架；19、去離子冷卻水；20、絕緣層；21、銅管；22、阻抗；23、信號控制與反饋系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0035]如圖1至6所示，一種等離子全方位真空鍍膜電源，包括控制等離子全方位真空鍍膜電源的電路，所述控制等離子全方位真空鍍膜電源的電路還包括濾波器1、整流電路2、濾波電路3、直流逆變電路4、高頻升壓變壓器5、二次整流電路6、二次濾波電路7、IGBT斬波8、等離子負(fù)載9，所述輸入電源經(jīng)濾波器1、與整流電路2相連，整流電路2與濾波電路3相連、濾波電路3與直流逆變電路4相連、直流逆變電路4與高頻升壓變壓器5相連，高頻升壓變壓器5與二次整流電路6相連，二次整流電路6與二次濾波電路7相連，二次濾波電路7通過IGBT斬波8與等離子負(fù)載9相連，所述在整流電路2與濾波電路3之間還安裝有限流電阻12和限流電阻開關(guān)11，限流電阻12和限流電阻開關(guān)13并聯(lián)，所述在電源的輸出端還設(shè)置有阻抗22，所述阻抗22是由一個中空銅線圈17在支架18上繞制的電感，配以鐵氧體磁芯13來增加電感量，電感量可以通過銅線圈的匝數(shù)和磁芯的伸出長短來控制，一般為300?800mH，另外，由于電感抽頭15和接線端A14、接線端B16之間的線圈匝數(shù)不同，抽頭15用以調(diào)節(jié)電感量阻抗的位置需要和電源陰極相連，從電子流入端開始限流，所述中空銅線圈17是由兩根銅管21對稱設(shè)置，在兩根銅管外側(cè)均安裝有絕緣層20，在兩根銅管21內(nèi)側(cè)裝有去離子冷卻水19，所述阻抗與水泵的距離大于8米，銅管21的直徑為四至八毫米，所述銅管21壁厚為一毫米。
[0036]具體的，輸入電源的三相火線A、B、C通過開關(guān)組10接入整流電路2，輸入電源與開關(guān)組10之間三相火線的節(jié)點分別接入濾波器I ;整流電路2由三組并聯(lián)的二極管構(gòu)成，每組二極管為兩個串聯(lián)的單體二極管，三相火線通過開關(guān)組10分別接入兩個串聯(lián)的單體二極管之間的節(jié)點；濾波電路3由兩個串聯(lián)的放電電容構(gòu)成，濾波電路3與整流電路2并聯(lián)，在整流電路2與濾波電路3之間安裝有并聯(lián)的限流電阻12和限流電阻開關(guān)11 ;直流逆變電路4由兩組并聯(lián)的IGBT構(gòu)成，每組IGBT為兩個串聯(lián)的單體IGBT，直流逆變電路4與濾波電路3并聯(lián)；二次整流電路6由兩組并聯(lián)的二極管構(gòu)成，每組二極管為兩個串聯(lián)的單體二極管；高頻升壓變壓器5連接直流逆變電路4與二次整流電路6，其兩支腳分別接入直流逆變電路4的兩個串聯(lián)的單體IGBT之間節(jié)點，其另外兩支腳分別接入二次整流電路6的兩個串聯(lián)的單體二極管之間節(jié)點；二次濾波電路7由電感線圈與兩個并聯(lián)的電容器串聯(lián)構(gòu)成，二次整流電路6與二次濾波電路7并聯(lián)，二次濾波電路7通過IGBT斬波8與等離子負(fù)載9相連，在IGBT斬波8與等離子負(fù)載9之間還設(shè)置有阻抗22，信號控制與反饋系統(tǒng)23與IGBT斬波8連接，與等離子負(fù)載9并聯(lián)。
[0037]一種用等離子全方位真空鍍膜電源鍍膜的方法，所述第一步，真空室充氣，開啟電源，電源將市電380V交流轉(zhuǎn)化為O?6KV方波脈沖輸出，輸出形式為單向負(fù)偏壓，等離子清洗；向真空鍍膜室內(nèi)充入Ar氣，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使鍍膜室內(nèi)的氣壓保持在2Pa左右，此時，打開鍍膜電源冷卻水循環(huán)，同時打開鍍膜電源“啟動”開關(guān)，此時開關(guān)組10閉合，電流經(jīng)整流電路2、限流電阻12、濾波電路3后對放電電容進(jìn)行充電，十五秒后，限流電阻開關(guān)11閉合，設(shè)定清洗參數(shù):電壓為4KV，頻率500?4000Hz，脈寬5?20微秒，清洗時間I?3小時，按下“開始”按鈕，等離子體清洗開始；第二步，等離子滲氮，等離子清洗完畢后，關(guān)閉Ar充氣閥，打開N2充氣閥，依然保持氣壓穩(wěn)定在I?3Pa(優(yōu)選為2Pa)，按下電源“修改參數(shù)”按鈕，設(shè)定滲氮參數(shù):電壓為4KV，頻率2000?4000Hz，脈寬5?25微秒，滲氮時間30分鐘，按下“開始”按鈕，等離子體滲氮開始；第三步，過渡層鍍膜，等離子滲氮結(jié)束后，關(guān)閉氮氣充氣閥，向真空鍍膜室內(nèi)充入過渡層氣體，所述過渡層氣體選自含硅的易于揮發(fā)的液態(tài)物質(zhì)、TiCl4+H2+Ar ;按下電源“修改參數(shù)”按鈕，設(shè)定過渡層鍍膜參數(shù):鍍膜氣壓為1.5?3Pa，電壓為6KV，頻率500?4000Hz，脈寬5?20微秒，鍍膜時間30分鐘，按下“開始”按鈕，過渡層鍍膜開始，此時工件表面顏色逐漸開始變化；第四步，類金剛石鍍膜，關(guān)閉過渡層氣源輸入閥門，開啟乙炔進(jìn)氣閥，按下電源“修改參數(shù)”按鈕，設(shè)定過渡層鍍膜參數(shù):保持真空鍍膜室內(nèi)的氣壓為1.5?3Pa，所述工件上施加4.1KV脈沖電壓，頻率500?2000Hz，脈寬5?20微秒，鍍膜持續(xù)I?4小時。按下“開始”按鈕，類金剛石鍍膜開始，此時工件表面顏色逐漸穩(wěn)定在灰黑色，從而在工件表面沉積碳?xì)浔∧ぃ搭惤饎偸?DLC涂層，第五步，關(guān)閉電源，按下電源“修改參數(shù)”按鈕，將電壓設(shè)定為O后，按下“開始”按鈕，脈沖停止，等離子體熄滅。這樣做的目的是為了防止電源在工作過程中突然中斷而造成沖擊。按下“停止”按鈕，開關(guān)組10、限流電阻開關(guān)11斷開，關(guān)閉電源，停止冷卻水循環(huán)。停止相關(guān)真空設(shè)備相關(guān)操作后，鍍膜完畢，所述用等離子全方位真空鍍膜電源鍍膜的方法，將輸入電源通過濾波器1、整流電路2、濾波電路3、直流逆變電路4、高頻升壓變壓器5、二次整流電路6、二次濾波電路7、IGBT斬波8的方式獲得脈沖電壓，采用恒壓模式輸出，所述電源設(shè)計高的電流峰值，通常為800?1000A。
[0038]如圖1所示，利用等離子全方位鍍膜電源鍍膜的方法包括:制定電源基本參數(shù)區(qū)間、設(shè)計電源主體電路方案、繪制電路圖及購買安裝、水負(fù)載調(diào)試、等離子體負(fù)載調(diào)試、設(shè)計輸出阻抗并調(diào)整打火保護(hù)參數(shù)、優(yōu)化電源并確定最終產(chǎn)品。
[0039]如圖2所示，利用等離子全方位鍍膜電源鍍膜的方法主要通過控制等離子全方位鍍膜電源的電路將市電(380V)交流信號穩(wěn)定的以直流脈沖的形式加載到工件表面。為了避免脈沖的不一致以及電壓的衰減，項目采用整體處理，而不是分壓處理的方式進(jìn)行，這樣可以使輸出更加穩(wěn)定，同時對電源的要求也更高。電源安裝完畢后要進(jìn)行水負(fù)載調(diào)試和等離子體負(fù)載調(diào)試過程，水負(fù)載調(diào)試主要測試電源電壓電流輸出波形、功率輸出等基本情況，并檢測電路設(shè)計的合理性和穩(wěn)定性。其電壓電流輸出波形如圖3所示，上半部分為電壓波形，下半部分為電流波形，電壓為3KV左右(IV = 200V)，電流為25A左右(IV = 5A)?？梢?，在水負(fù)載情況下，電壓和電流波形均接近于方波，這是因為水負(fù)載只是相當(dāng)于一個純電阻形式，電流與電壓之間保持同步。
[0040]如圖4為電源在等離子體負(fù)載下調(diào)試的電壓電流波形圖，其中，上半部分為電壓波形，下半部分為電流波形，電壓輸出波形接近方波，脈寬接近20微秒。電流波形類似“山峰”形式，但放電時間很長(接近75微秒)，這是因為等離子體放電是連續(xù)碰撞式放電，一個脈沖內(nèi)電壓加載瞬間即產(chǎn)生放電電流，隨著時間的延長電流逐漸增大，電壓消失的瞬間電流達(dá)到最大，而后電壓消失的幾百微秒里，電流不是馬上消失，而是隨著碰撞次數(shù)逐漸減少，電流逐漸衰減。
[0041]圖4可以看出，電壓為2.7KV左右(IV= 1KV)，電流為75A左右(1V = 5A)。結(jié)合水負(fù)載波形可以看出，在電壓接近的情況下，等離子體負(fù)載的電流急劇升高，對電源沖擊較大。峰值電流的大小直接與兩個因素相關(guān)，即電壓和裝爐量。電源峰值電流設(shè)計過小，意味著較低的電壓就會使電源達(dá)到極限；裝爐量較大阻抗較低的情況下，峰值電流也容易達(dá)到極限，因此，合理設(shè)計峰值電流非常重要。但是，峰值電流的設(shè)計也不是越大越好，IGBT是可以控制峰值電流的元器件，它也是電源成本最高的元器件之一，因此，不切合實際的設(shè)計只為使電源成本翻番，造成利用率低下。在峰值電流設(shè)計上還要考慮到打火保護(hù)的問題，以設(shè)計500A峰值電流為例，工件表面打火的電流如果超過400A就會使其表面較大損傷，這時需要設(shè)定一個保護(hù)值((400A)，當(dāng)電流達(dá)到保護(hù)值時，高于保護(hù)值的電流部分被直接切掉。此外在電源的陰極輸出端與真空室高壓引線之間通常會串聯(lián)一個阻抗，其實就是一個可以調(diào)節(jié)電感量的可變電感。它的作用即可以抑制打火產(chǎn)生的巨大電流，保護(hù)工件，也可以增加輸入到真空室內(nèi)的功率，在沒有輸出阻抗的情況下，會出現(xiàn)當(dāng)電壓稍稍增加一些的情況下，峰值電流急劇上升，尤其當(dāng)裝爐量較大的情況下表現(xiàn)明顯。這就意味著，峰值電流很可能很快達(dá)到電源的極限值，有效功率不能滿足工件的鍍膜要求。在這種情況下，電源輸出端和真空室端之間的接線上加一個阻抗顯得尤為重要，該阻抗通常安裝在電源輸出端的(?)接線端。如圖5所示，該阻抗其實是一個中空銅線圈17在支架18上繞制的電感，配以鐵氧體磁芯13來增加電感量，電感量可以通過銅線圈的匝數(shù)和磁芯的伸出長短來控制，一般為300?800mH，另外，由于電感抽頭15和接線端A 14、接線端B 16之間的線圈匝數(shù)不同，抽頭15也可以調(diào)節(jié)電感量，有時會根據(jù)需要做若干個抽頭。阻抗的位置需要和電源陰極相連，從電子流入端開始限流，這樣才能保證阻抗作用在脈沖的前端，達(dá)到限流效果。由于阻抗在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量，傳統(tǒng)的風(fēng)冷不能滿足要求，因此，阻抗需要采用中空銅管饒制，內(nèi)部通有高純?nèi)ルx子冷卻水，為了保證安全，水泵離阻抗之間的距離不少于8m，圖6為輸出端阻抗中空銅線的剖面圖，其中，銅管21直徑為4?8_，壁厚1_，銅線外為絕緣層20，內(nèi)通有冷卻用的去離子水19，另外當(dāng)工件表面偶爾出現(xiàn)一兩次的打火，即實際峰值電流在短暫的幾個脈沖內(nèi)超過峰值電流設(shè)定值，但小于設(shè)備的峰值電流極限值，IGBT自動切掉超過設(shè)定值的部分，減少工件表面的損傷；當(dāng)一兩次的工件表面打火激發(fā)持續(xù)打火時，實際峰值電流仍處于設(shè)定值和極限值之間，驅(qū)動信號會使IGBT短暫切斷電路I?2ms，而后打火消失，鍍膜持續(xù)進(jìn)行；當(dāng)實際峰值電流超過電源極限值時，設(shè)備主回路直接斷開，設(shè)備開始報警。使用真空鍍膜鍍絕緣體涂層時，工件在鍍膜后期的鍍膜速率會慢慢下降，這是因為附著在工件表面的正電離子沒有及時獲得電子，使工件表面排斥外來的正電離子。本發(fā)明采用在負(fù)偏壓的每個脈沖的末端增加若干微小的(+)脈沖，如圖3電壓波形所示，這樣可以排斥掉工件表面的正電離子，并可以中和工件表面殘余的電子，使下一步的沉積繼續(xù)進(jìn)行，這樣可以制備超硬厚膜，可以達(dá)到10?20 μ mo
【權(quán)利要求】
1.一種等離子全方位真空鍍膜電源，該電源包括連接輸入電源的電路，所述電路包括濾波器(I)、整流電路(2)、濾波電路(3)、直流逆變電路(4)、高頻升壓變壓器(5)、二次整流電路(6)、二次濾波電路(7)、IGBT斬波(8)、等離子負(fù)載(9)以及阻抗(22)，其特征在于: 所述輸入電源的三相火線通過開關(guān)組(10)接入整流電路(2)，輸入電源與開關(guān)組(10)之間三相火線的節(jié)點分別接入濾波器(I); 所述整流電路(2)由三組并聯(lián)的二極管構(gòu)成，每組二極管為兩個串聯(lián)的單體二極管，三相火線通過開關(guān)組(10)分別接入兩個串聯(lián)的單體二極管之間的節(jié)點； 所述濾波電路⑶由兩個串聯(lián)的放電電容構(gòu)成，濾波電路⑶與整流電路⑵并聯(lián)，在整流電路⑵與濾波電路⑶之間安裝有并聯(lián)的限流電阻(12)和限流電阻開關(guān)(11); 所述直流逆變電路(4)由兩組并聯(lián)的IGBT構(gòu)成，每組IGBT為兩個串聯(lián)的單體IGBT，直流逆變電路⑷與濾波電路⑶并聯(lián)； 所述二次整流電路(6)由兩組并聯(lián)的二極管構(gòu)成，每組二極管為兩個串聯(lián)的單體二極管； 所述高頻升壓變壓器(5)連接直流逆變電路(4)與二次整流電路￠)，其兩支腳分別接入直流逆變電路(4)的兩個串聯(lián)的單體IGBT之間節(jié)點，其另外兩支腳分別接入二次整流電路(6)的兩個串聯(lián)的單體二極管之間節(jié)點； 所述二次濾波電路(X)由電感線圈與兩個并聯(lián)的電容器串聯(lián)構(gòu)成，二次整流電路(6)與二次濾波電路(7)并聯(lián)，二次濾波電路(7)通過IGBT斬波⑶與等離子負(fù)載(9)相連，在IGBT斬波(8)與等離子負(fù)載(9)之間還設(shè)置有阻抗(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種等離子全方位真空鍍膜電源，其特征在于，所述阻抗(22)是由一個中空銅線圈(17)在支架(18)上繞制的電感，配以鐵氧體磁芯(13)來增加電感量，阻抗(22)設(shè)有電感抽頭(15)、接線端A(14)、接線端B(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種等離子全方位真空鍍膜電源，其特征在于，所述中空銅線圈(17)是由兩根銅管(21)對稱設(shè)置，兩根銅管(21)外側(cè)均安裝有絕緣層(20)，內(nèi)側(cè)裝有去離子冷卻水(19)，所述銅管(21)的直徑為4?8毫米，銅管(21)壁厚為I毫米。
4.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1?3任意一項所述等離子全方位真空鍍膜電源的鍍膜方法，其特征在于，該鍍膜方法具體步驟為: 真空室充氣，開啟電源，電源將市電380V交流轉(zhuǎn)化為O?6KV方波脈沖輸出； 向真空鍍膜室內(nèi)充入Ar氣，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使鍍膜室內(nèi)的氣壓保持在I?3Pa ; 打開鍍膜電源冷卻水循環(huán)，打開鍍膜電源“啟動”開關(guān)，閉合開關(guān)組，電流經(jīng)整流電路、限流電阻、濾波電路后對放電電容進(jìn)行充電，15秒后，限流電阻開關(guān)閉合，設(shè)定清洗參數(shù):電壓為4KV，頻率500?4000Hz，脈寬5?20微秒，清洗時間I?3小時，按下“開始”按鈕，等離子體清洗開始； 等離子滲氮，等離子清洗完畢后，關(guān)閉Ar充氣閥，打開N2充氣閥，依然保持氣壓穩(wěn)定在I?3Pa，按下電源“修改參數(shù)”按鈕，設(shè)定滲氮參數(shù):電壓為4KV，頻率2000?4000Hz，脈寬5?25微秒，滲氮時間30分鐘，按下“開始”按鈕，等離子體滲氮開始； 過渡層鍍膜，等離子滲氮結(jié)束后，關(guān)閉氮氣充氣閥，向真空鍍膜室內(nèi)充入過渡層氣體，所述過渡層氣體選自含硅的易于揮發(fā)的液態(tài)物質(zhì)、TiCl4+H2+Ar ; 按下電源“修改參數(shù)”按鈕，設(shè)定過渡層鍍膜參數(shù):鍍膜氣壓為1.5?3Pa，電壓為6KV，頻率500?4000Hz，脈寬5?20微秒，鍍膜時間30分鐘，按下“開始”按鈕，過渡層鍍膜開始，此時工件表面顏色逐漸開始變化； 類金剛石鍍膜，閉過渡層氣源輸入閥門，開啟乙炔進(jìn)氣閥，按下電源“修改參數(shù)”按鈕，設(shè)定過渡層鍍膜參數(shù):保持真空鍍膜室內(nèi)的氣壓為1.5?3Pa，所述工件上施加4.1KV脈沖電壓，頻率500?2000Hz，脈寬5?20微秒，鍍膜持續(xù)I?4小時，按下“開始”按鈕，類金剛石鍍膜開始； 關(guān)閉電源，按下電源“修改參數(shù)”按鈕，將電壓設(shè)定為O后，按下“開始”按鈕，脈沖停止，等離子體熄滅。
【文檔編號】H02M5/458GK104506048SQ201510019589
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月15日
【發(fā)明者】李燦民, 陶滿 申請人:合肥永信等離子技術(shù)有限公司