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在科学研究和生产实践中,以管状工件内表面作为工作面的情形有很多。在管内壁沉积薄膜可以显著改善工件的性能,但是,在长度较长、内径较小的管内壁制备薄膜是比较困难的。本文在前人研究的基础上提出了一种改进的镀膜方法,即磁场辅助直流溅射镀膜方法。该方法利用直流励磁线圈提供磁场,控制放电范围,且线圈可以沿着管轴向移动,从而实现在整个管状工件内表面沉积薄膜。本文采用数值模拟和实验分析相结合的方法开展研究。首先对溅射区域内的磁场分布进行了模拟和测量,以此确定最佳的励磁线圈长度。其中模拟部分采用COMSOL软件,发现模拟结果与实际测量值的趋势基本一致,磁感应强度在管内较大范围内(管长的3/4)分布比较均匀。综合分析各种因素,特别是考虑到控制放电范围,励磁线圈长度不宜太长。其次理论计算溅射区域内电场分布,发现电场为对数场分布,电子在电磁场内的运动轨迹为螺旋线。再次结合电子在电磁场内的运动轨迹和磁控辉光放电的特征长度,确定本实验装置用到的待镀管最小内径应大于6mm。最后利用XOOPIC软件模拟了磁感应强度、阴极电压和工作压力对放电区域内等离子体电势分布和带电粒子密度分布的影响,发现磁场对带电粒子约束作用十分明显,减弱磁场强度或减小工作压力都可以提高靶材的放电电压。本课题中,设计制造了管状工件内表面磁场辅助直流溅射镀膜系统,经调试后设备运行良好。磁感应强度0-0.035T连续可调,在电源放电功率2W至75W,电流7mA至180mA,放电电压300V至450V范围内,可以稳定放电。本文利用研制的磁场辅助直流溅射镀膜系统,开展了在内径φ28mm长160mm的不锈钢管内表面沉积Cu薄膜的实验研究,并利用等离子体发射光谱(OES)技术对工艺过程进行了诊断。实验发现当阴极靶材负偏压高于400V,工作压力小于2Pa,磁感应强度小于200G时,Cu324.7nm谱线明显；当工作压力较高或磁感应强度较大时,靶材负偏压低于400V,Cu324.7nm谱线不明显。该镀膜系统最佳的工作参数为,工作压力1.5Pa,磁感应强度150G,放电电压430V,电源功率30W,靶材功率密度10W/cm2。