[發(fā)明專利]一種在4Cr13不銹鋼游標(biāo)卡尺表面沉積氮化鈦薄膜的工藝

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310572311.0
• 申請(qǐng)日: 2013-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103628024A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高原;陸小會(huì);董中新;王成磊;張焱;吳煒欽;韋文竹;張光耀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/06
• 分類號(hào): C23C14/06
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 羅玉榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種在4Cr13不銹鋼游標(biāo)卡尺表面沉積氮化鈦薄膜的工藝。

背景技術(shù)

游標(biāo)卡尺具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、精度高和被測(cè)工件尺寸范圍寬等特點(diǎn)，是一種工業(yè)上廣泛使用的測(cè)量工具。其材質(zhì)一般主要選用馬氏體不銹鋼。這類鋼具有強(qiáng)度高、變形小和淬透性好等優(yōu)點(diǎn)，但其耐蝕性、表面質(zhì)量、耐磨性相對(duì)較差。本發(fā)明是在其表面沉積氮化鈦硬質(zhì)薄膜層，提高其表面性能獲得更好的實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要提供的一種在4Cr13不銹鋼游標(biāo)卡尺表面沉積氮化鈦薄膜的工藝。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

一種在4Cr13不銹鋼游標(biāo)卡尺表面沉積氮化鈦薄膜的工藝是：首先對(duì)4Cr13不銹鋼游標(biāo)卡尺表面清洗，包括物理和化學(xué)清洗；其次利用電弧離子鍍或離子濺射鍍或射頻濺射鍍技術(shù)，在4Cr13馬氏體不銹鋼游標(biāo)卡尺表面沉積0.1～0.5μm的純金屬或合金作為過(guò)渡層，該過(guò)渡層可以是純鈦或純鎳或純銅或純鉬或純鉻等，合金可以是鐵碳合金或鎢鉬合金或鎳鉻合金等；過(guò)渡層是為了提高薄膜與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度；最后再通入一定比例的反應(yīng)氣體氮?dú)夂蜌鍤猓练e厚度為0.5～1μm氮化鈦硬質(zhì)薄膜層。

具體包括如下步驟：

（1）將4Cr13不銹鋼游標(biāo)卡尺放入丙酮溶液進(jìn)行超聲波清洗10～30分鐘，然后用無(wú)水酒精進(jìn)行超聲波清洗10～30分鐘，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干；

（2）將表面經(jīng)過(guò)清潔的4Cr13不銹鋼游標(biāo)卡尺，放入離子鍍沉積設(shè)備中，抽真空到1×10^-3?～2×10^-4?Pa時(shí)，通入氬氣，開(kāi)啟偏壓電源，偏壓幅值調(diào)至-600～﹣800?V，對(duì)卡尺進(jìn)行轟擊活化清洗10～30min；

（3）轟擊活化清洗后通入Ar氣至工作氣壓1?Pa～10^-2Pa，調(diào)節(jié)濺射電源的電流、電壓、試樣負(fù)偏壓等工藝參數(shù)，該電源可以是電弧電源或離子濺射電源或者射頻濺射電源。沉積時(shí)間10~30?min，制備一層純金屬或合金作為過(guò)渡層，該過(guò)渡層可以是純鈦或純鎳或純銅或純鉬或純鉻等，合金可以是鐵碳合金或鎢鉬合金或鎳鉻合金等；

（4）過(guò)渡層制備結(jié)束，通入一定比例的反應(yīng)氣體氮?dú)夂蜌鍤猓{(diào)節(jié)濺射電源的電流、電壓以及試樣偏壓，進(jìn)行40～60分鐘的氮化鈦沉積。

步驟（3）所述的工作溫度在200～300°C。

步驟（3）所述的濺射電源，可以是電弧電源或離子濺射電源或者射頻濺射電源。

本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)是：在游標(biāo)卡尺等工具表面沉積的氮化鈦薄膜具有高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕、抗磨損以及良好的視覺(jué)效果的特點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)具體的實(shí)例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

選擇4Cr13馬氏體不銹鋼游標(biāo)卡尺，卡尺長(zhǎng)度300?mm。設(shè)備選用TSU-650超高真空磁控濺射及離子鍍沉積設(shè)備。

首先將4Cr13馬氏體不銹鋼游標(biāo)卡尺放入丙酮溶液進(jìn)行超聲波清洗10～20分鐘，然后用無(wú)水酒精進(jìn)行超聲波清洗10～20分鐘，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干；將表面潔凈的卡尺固定在TSU-650超高真空磁控濺射及離子鍍沉積設(shè)備內(nèi)的工件架上，工件架公轉(zhuǎn)的同時(shí)可進(jìn)行自轉(zhuǎn)。裝好后關(guān)閉腔室門，用無(wú)水酒精擦拭密封圈，確保其上面沒(méi)有雜質(zhì)。開(kāi)啟真空系統(tǒng)開(kāi)始抽真空，抽至一定真空度時(shí)開(kāi)啟加熱系統(tǒng)，加熱到所設(shè)定300?°C的溫度。?

當(dāng)腔室真空抽至1×10^-3?Pa時(shí)，通入氬氣，開(kāi)啟偏壓電源，偏壓幅值調(diào)至﹣800?V，對(duì)試樣進(jìn)行轟擊活化清洗30min。清洗結(jié)束后停止通氣體，繼續(xù)抽真空至8×10^-4Pa后，通入Ar氣至工作氣壓0.8?Pa，調(diào)節(jié)弧電流75?A、負(fù)偏壓-200?V，點(diǎn)燃純Ti靶，沉積時(shí)間15?min，制備一定厚度純Ti層作為過(guò)渡層。之后停止通氣體繼續(xù)抽真空，抽真空至8×10^-4?Pa時(shí)，通入反應(yīng)氣體至所需工作氣壓0.8?Pa，設(shè)置弧電流75?A，負(fù)偏壓-200?V，氬氮?dú)怏w比例1:8，基體溫度300?°C，開(kāi)啟靶材弧電源進(jìn)行薄膜的沉積，沉積時(shí)間60?min。

當(dāng)工件冷卻到50?℃以下取出工件，先停止分子泵，待分子泵全部停止后再停止機(jī)械泵。試樣表面即可獲得表面致密的氮化鈦涂層。

產(chǎn)品經(jīng)測(cè)試，氮化鈦薄膜強(qiáng)度高、硬度高，耐腐蝕、抗磨損能力強(qiáng)。