[發明專利]真空電弧離子鍍制備鎳鉻復合鍍層的設備及方法

有效

• 申請號: 200810011714.7
• 申請日: 2008-06-06
• 公開（公告）號: CN101294270A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 張世偉;徐成海;張志軍
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C23C14/24
• 分類號: C23C14/24;C23C14/16;C23C14/54;C23C14/58
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明涉及真空鍍膜技術領域，特別涉及一種真空電弧離子鍍代替水電鍍在銅基底上制備鎳鉻復合鍍層設備及方法。?

背景技術

在銅基底上鍍制防腐耐磨鎳鉻復合鍍層方法在工業產品中有大量應用，其典型產品如水暖器材元件。高檔水暖件的生產工藝是：銅鑄造成型，表面拋光，先鍍鎳，再鍍鉻。鎳鉻鍍層的功能作用是提高產品的耐腐蝕性、表面耐磨性和表面光亮度。表面膜層質量的優劣直接決定著產品的檔次、價格和使用壽命。長期以來，我國的水暖元件表面鍍膜工藝一直采用水電鍍技術。發展已經十分成熟。產品的耐腐蝕、耐磨損性能都能夠滿足實際生活使用的需求和行業的技術檢驗標準。?

但是，電鍍技術具有無法消除的致命缺點，那就是電鍍產品鍍層中殘留的有害物質成分和電鍍工藝環節中大量廢液排放所帶來的嚴重環境污染。尤其是表層電鍍鉻工序中在產品表面殘留的高價鉻成分和排放的含鉻電鍍殘液，不能在自然界環境中自然降解，它在生物和人體內積聚，能夠造成長期性的危害，是一種毒性極強的致癌物質，也是嚴重的腐蝕介質。水暖件電鍍工藝已經并仍然在嚴重地污染著人類的自然生態環境，迫切需要改進或替代。?

以無“三廢”排放的真空鍍膜方法代替水電鍍工藝，是解決上述問題的良好途徑之一。但是傳統普通真空鍍膜設備與工藝方法存在如下問題：(1)模仿水電鍍工藝在銅基底上直接依次鍍制純鎳膜和純鉻膜，很容易因鎳膜層和鉻膜層之間應力過大而導致膜層結合不牢甚至脫落；(2)采用固定成分靶材作為中間過渡層，例如可以采用含鎳、鉻各50％的靶材來沉積中間過渡層。但這種膜系結構只是將原來一個成分界面上的差異分攤到二個界面上了，從而減小了每一個界面的差異程度，卻并沒有消除界面的存在，反而增加了一個成分界面；(3)采用固定成分中間過渡層，要求鍍膜機備有中間成分靶材的靶弧源，增加了設備的復雜程度，鍍膜過程中三種靶弧源又是分別獨立工作，使沉積速率低，工作時間長。?

發明內容

針對現有電鍍技術及真空鍍膜技術存在的問題，本發明提供一種真空電弧離子鍍代替水電鍍在銅基底上制備鎳鉻復合鍍層的設備及方法。?

本發明真空電弧離子鍍膜設備包括鍍膜真空室、真空系統、氣動系統、供氣系統、水冷系統、加熱系統、傳動系統、電氣系統、控制與監測系統等輔助配套系統。?

真空電弧離子鍍膜設備的鍍膜真空室為立式圓筒形或正多邊形。在真空室壁周圍，均勻地布置了電弧靶源，每個靶源前面都設置有可控機械擋板，該可控機械擋板為可控的聯動式擋板機構或分立式擋板機構，真空室中部設置帶有自轉與公轉的行星式工件架。?

在鍍膜真空室壁周圍設置的靶源包括鎳靶源和鉻靶源兩種電弧離子鍍靶源，鎳靶源的數量等于或略多于鉻靶源的數量，鎳靶源和鉻靶源間隔交替排列。當采用小圓平面電弧靶源，則兩種靶源沿鍍膜真空室筒壁周圍方向分別成螺旋線上升的形式排列；當采用矩形或柱面電弧靶源，則應該沿真空室筒壁周圍均勻豎直排布。兩種靶源的排布處于工件架外側的被鍍工件都能夠同時得到鎳和鉻的膜材沉積。?

所述工件架為承載被鍍工件的懸掛式或托載式工件架，該工件架布置在真空室的中部，采用行星式傳動機構驅動，具有自轉和公轉運動，以保證所有被鍍工件都能夠得到均勻的膜層沉積。?

在每個電弧靶源前面，設置可控的聯動式擋板機構或分立式擋板機構。其作用是防止一種靶源在停止工作階段被另一種工作中的靶源污染；以及防止電弧靶源在起弧階段噴射出的大液滴影響被鍍工件的膜層質量，特別要求每一種靶源在啟動引弧時都關閉擋板，直至形成穩定放電后再打開擋板，對被鍍工件鍍膜。如果采用分立式擋板機構，是在每一個電弧靶源前都獨立設置一個擋板，具體用法是：在鍍制鎳膜層時，將鎳靶前的擋板打開，保持鉻靶擋板關閉；在鍍制鉻膜層時，鉻靶擋板打開，保持鎳靶擋板關閉；在鍍制鎳—鉻梯度過渡膜層時，兩種靶源的擋板都打開。?

本發明真空電弧離子鍍代替電鍍在銅基底上制備鎳鉻復合鍍層方法所采用的技術方案是：在本發明提供的上述真空電弧離子鍍膜設備內，全部采用真空電弧離子鍍膜方法，在銅制元件基底上，依次沉積由純鎳膜層、鎳鉻梯度過渡膜層和純鉻膜層組成的鎳鉻復合鍍層，一次裝爐開機完成全部鍍膜過程。?

鍍膜作業的工藝過程分成前處理、鍍膜作業和后處理三個階段。?