[發明專利]低碳鋼表面高結合強度TIN陶瓷膜的制備方法

無效

• 申請號: 201110397829.6
• 申請日: 2011-12-05
• 公開（公告）號: CN102433536A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 趙暉
• 申請（專利權）人: 沈陽理工大學
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/02;C23C14/06
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標代理有限公司 21209
• 代理人: 李樞

技術領域

本發明屬于表面處理技術領域，涉及到低碳鋼金屬表面制備TIN陶瓷膜的技術，特別涉及到低碳鋼表面高結合強度TIN陶瓷膜的制備方法。

背景技術

隨著表面技術的飛速發展，新的涂層技術層出不窮。工藝的改進，結構的調整，現代檢測手段的不斷引入使涂層性能不斷提高。以TiN為代表的硬質單層膜，由于明顯改善材料表面的力學性能和摩擦性能，而廣泛應用在機械、冶金、電子等領域

脈沖電子束技術起源于20世紀60年代。直到20世紀80年代，低能強流脈沖電子束才開始在材料表面改性方面獲得重視和使用。該技術能夠實現較高的能量沉積(0~50J/cm²)使材料表層在時間（ns~10²μs）和空間（0μm~10²μm）高度壓縮的情況下，形成10³K數量級的溫度場、10⁸~10⁹K/s的退火速率和10²~10³MPa的應力場，誘發一系列非平衡態的劇烈的物理化學變化，從而提高金屬材料表層的硬度、耐磨耐蝕性能，甚至疲勞性能，實現材料表面性能的強化和優化。但由于設備的原因，目前只有俄羅斯，德國，美國，日本等的個別科研單位在這方面進行了一些探索性工作。

將脈沖電子束技術與多弧離子鍍技術結合到一起，目前還沒有相關的報道。

發明內容

?本發明的目的之一是提供一種低碳鋼表面高結合強度TIN陶瓷膜的制備方法。

采用高能電子束對離子鍍處理前的表面進行高能束流進行表面清洗的方法。

采用的技術方案是

低碳鋼表面高結合強度TIN陶瓷膜的制備方法，包括下工藝步驟：

（1）打磨碳鋼部件表面，除去表面的大尺寸缺陷；

（2）將經過步驟（1）處理的低碳鋼部件表面清洗，除去油污、雜質；

（3）將經過步驟（2）處理的部件放到真空室中進行高能脈沖電子束處理，高能脈沖電子束處理主要是對低碳鋼表面進行深度清洗；

（4）采用多弧離子鍍設備對通過步驟（3）處理的碳鋼部件表面進行離子鍍處理，使其表層鍍上一層TIN陶瓷膜。

為了進一步提高涂層的硬度、耐磨性和結合強度等綜合性能，上述步驟（3）中高能脈沖電子束處理參數為：電流密度100~150A，脈沖電壓12~15kV，脈沖頻率2~10Hz，脈沖次數2~10次；

為了進一步提高涂層的硬度、耐磨性和結合強度等綜合性能，上述步驟（4）中多弧離子鍍參數為：金屬蒸發源，鈦合金靶蒸發并電離；電弧電流為40~80A；負偏壓-90~-120V；氣體離子源加速電壓10~15?kV、電流強度5~10mA；工作壓強為0.2Pa；沉積時間10~60min。

?

上述步驟（1）中所述打磨，砂紙粒度應在600目以內；

上述步驟（2）中所述表面油污及灰塵的清除，可采用酒精、丙酮等有機溶劑，或熱堿等其他溶液或方式，清洗10分鐘以上。

具體地說：高能束流復合方法制備TIN陶瓷膜技術，其包括：

（1）采用粒度600目以內砂紙打磨鈦合金部件表面，除去表面的大尺寸缺陷，保證處理表面的精度；

（2）采用酒精、丙酮等有機溶劑，或熱堿等其他溶液或方式，清洗經過步驟（1）處理的鈦合金部件表面10分鐘以上，除去油污、雜質等；

（3）采用高能脈沖電子束處理，處理參數為：電流密度100~150A，脈沖電壓12~15kV，脈沖頻率2~10Hz，脈沖次數2~10次，將經過步驟（2）處理的部件表面進行表面清洗處理，制備清潔、平整的低碳鋼表面；

（4）采用多弧離子鍍對通過步驟（3）處理的低碳鋼部件表面進行離子鍍處理，工藝參數為電弧電流為40~80A；負偏壓-90~-120V；氣體離子源加速電壓10~15?kV、電流強度5~10mA；工作壓強為0.2Pa；沉積時間10~60min。

本發明所具有的效果：

本發明方法一操作，制備的TIN陶瓷膜，既具有與金屬基體的高結合強度，又具有高硬度、高耐磨性、高耐蝕性的特點。

另外，高能脈沖電子束處理不僅起到表面清潔的作用，還起到表層金屬活化的作用，這樣，TIN涂層與金屬基體的結合強度更高，有望解決傳統TIN涂層過早剝落的問題。

具體實施方式

實施例1

低碳鋼表面高結合強度TIN陶瓷膜的制備方法，具體包括以下步驟：