[發(fā)明專利]一種提高氮化鈦鍍層與鋼基體結(jié)合力的方法

無效

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• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN102505066A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設計）人: 張可敏;鄒建新
• 申請（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C23C14/02;C23C14/06
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 季申清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料加工領(lǐng)域，具體涉及一種提高氮化鈦鍍層與鋼基體結(jié)合力的方法。

背景技術(shù)

利用強流脈沖電子束進行材料表面改性是近十幾年發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，其特點是瞬時能量高、作用時間短、改性層深，因此已經(jīng)被用于材料的表面強化、表面清洗及表面合金化等方面，具有廣闊的應用前景。脈沖束流的瞬態(tài)能量沉積過程可以引發(fā)材料表層的快速熔凝及蒸發(fā)、熱擊波、能量膨脹、增強擴散等效應，這些效應可以使材料表面獲得常規(guī)熱處理方法無法達到的結(jié)構(gòu)和性能。大量研究表明，經(jīng)過脈沖電子束轟擊過的金屬樣品表面均發(fā)現(xiàn)存在特殊的火山坑狀形貌，這一現(xiàn)象引起了人們廣泛的興趣。脈沖電子束轟擊會在材料表面形成火山坑形貌，使表面粗糙度增加，這種形貌對材料表面性能改善通常是不利的，但也有實驗表明火山坑噴發(fā)可使材料表面凈化除去夾雜物，從而改善材料表面的耐腐蝕性能。通過數(shù)值模擬計算得出，脈沖電子束轟擊金屬表面時，熔化首先發(fā)生在次表由次表層液體噴發(fā)而形成火山坑。

氮化鈦是用于一種高強度的金屬陶瓷材料，作為優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料可用于工模具表面涂覆，噴汽推進器、以及火箭等。另外，氮化鈦與其他材料的摩擦系數(shù)較低，可作為高溫潤滑劑，例如將其用于軸承和密封環(huán)可顯示出優(yōu)異的效果。此外，氮化鈦還具有較高的導電性，可用于電器中的點觸頭、薄膜電阻等材料。特別引人注目的是，氮化鈦涂層具有非常美麗的金黃色，可作為代金裝飾材料，具有很好的仿金效果、裝飾價值，并具有防腐、延長工藝品的壽命的功效。氮化鈦薄膜的顏色還可以隨意調(diào)整，隨氮含量的降低，薄膜將呈現(xiàn)金黃、古銅、粉紅等顏色，非常美觀。目前，由于含氮金屬陶瓷工具的開發(fā)而使氮化鈦粉末的需要急劇增加起來；而且國際上代金裝飾技術(shù)發(fā)展相當快，氮化鈦在這方面的應用具有十分廣闊的前景。不僅因為氮化鈦涂層價格低廉，而且還由于它在耐腐蝕、耐摩擦等性能方面都勝過真空涂層。因此，對氮化鈦的研究具有重要的經(jīng)濟意義。然而氮化鈦涂層與基材的結(jié)合力較弱是阻礙氮化鈦涂層廣泛應用的首要問題之一，必須予以解決。目前常用的方法包括表面酸洗、預先滲氮等，工藝較為復雜且費時耗能大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種快速有效，節(jié)能無污染的提高氮化鈦鍍層與鋼基體結(jié)合力的方法，用于各種鋼材表面鍍氮化鈦的預處理過程。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種提高氮化鈦鍍層與鋼基體結(jié)合力的方法，包括以下步驟：

將鋼基體表面拋光，放入強流脈沖電子束裝置中，然后抽真空至10^-3-10^-4Pa；采用能量密度為2～6J/cm²的脈沖電子束對鋼表面進行轟擊處理，每次脈沖持續(xù)0.5～1μs，轟擊次數(shù)為2～50次，每次脈沖的時間間隔為5～20秒。

本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案為：脈沖電子束的能量密度為4～6J/cm²，每次脈沖持續(xù)時間為1μs，轟擊次數(shù)為5～15次，每次脈沖的時間間隔為8～15秒。

處理完畢后取出樣品即可直接用于鍍氮化鈦。

本發(fā)明利用脈沖電子束與鋼基體相互作用生成火山坑這一特性來增加鋼表面粗糙度，然后對鋼的表面進行氮化鈦鍍膜。經(jīng)本發(fā)明的方法處理后鋼基體表面潔凈，不含氧化物雜質(zhì)，表面粗糙度可控，尤其是表面生成的火山坑狀結(jié)構(gòu)對后續(xù)氮化鈦鍍膜有釘扎作用，與未經(jīng)電子束前處理的鋼相比，電子束處理可使鋼與氮化鈦的膜基結(jié)合力顯著增強。

附圖說明

圖1為實施例1中T8鋼經(jīng)脈沖電子束處理后再鍍氮化鈦薄膜的表面形貌圖，圖像由JEOL-6500F掃描電鏡得到。

圖2為實施例2中D2模具鋼經(jīng)脈沖電子束處理后再鍍氮化鈦薄膜的表面形貌圖，圖像由JEOL-6500F掃描電鏡得到。

圖3為實施例2中D2模具鋼經(jīng)脈沖電子束處理后再鍍氮化鈦薄膜的截面形貌圖，圖像由JEOL-6500F掃描電鏡得到。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。

本發(fā)明利用俄羅斯Nadezhda-2強流脈沖電子束(HCPEB)源來處理鋼基體，它能產(chǎn)生低能(10～40keV)、強流(10³-10⁴A/cm²)、短脈沖(0～1μs)、高能量密度(1～6J/cm²)的電子束。該電子束是由石墨陰極爆炸發(fā)射產(chǎn)生，電子束能量密度由加速電壓、磁場強度和靶源距離控制。

實施例1：