[發明專利]一種鈹銅合金表面TiN/Ti復合滲層的制備方法

在審

• 申請號: 201510880654.2
• 申請日: 2015-12-04
• 公開（公告）號: CN105386001A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發明（設計）人: 劉小萍;于盛旺;林乃明;王振霞;劉琳
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48;C23C14/16;C23C8/36
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

技術領域

本發明涉及一種鈹銅合金表面TiN/Ti復合滲層的制備方法，屬于金屬材料表面改性技術領域。

背景技術

鈹銅合金由于其良好的導電、導熱性、較高的彈性極限等優點，被廣泛用于電子電器、航空航天、石油化工等多種領域，已經成為國民經濟建設中不可缺少的重要工業材料。由于QBe1.9合金的硬度低、耐磨性差，對于用于摩擦環境的鈹銅合金零件如齒輪、測試探針、彈片等，常會因其硬度低而磨損嚴重。熱處理是目前提高QBe1.9合金力學性能的主要方法。然而受QBe1.9合金成分、結構等的限制，熱處理后鈹銅合金硬度提高幅度有限，對耐磨性的改善作用不明顯。

TiN具有高硬度、低摩擦系數以及良好的耐磨性和耐腐蝕性，是制備硬質表層的較好的材料。就鈹銅合金而言，由于其基體較軟，難以支撐其上硬質TiN薄膜，加之TiN薄膜與基體間的結合力較弱，在鈹銅合金表面直接制備硬質薄膜對耐磨性的改善作用微乎其微。

發明內容

本發明旨在克服在軟基體表面直接制備硬質薄膜的局限，提供一種鈹銅合金表面TiN/Ti復合滲層的制備方法，將等離子表面合金化技術與離子氮化技術相結合，在軟質鈹銅合金表面形成TiN/Ti復合滲層，所獲得的復合滲層具有良好的耐磨性。

本發明提供的一種鈹銅合金表面TiN/Ti復合滲層的制備方法，包括以下步驟：

(1)鈹銅合金工件預處理：將鈹銅合金工件表面經SiC水洗砂紙打磨→金剛石粉拋光→丙酮清洗，干燥后備用；

(2)將預處理后的鈹銅合金工件置于等離子滲金屬爐內的陰極墊板上，并在其周圍加一輔助陰極，在輔助陰極上設有孔；純鈦板通過靶陰極架置于鈹銅合金工件上方，純鈦板位于輔助陰極內，與鈹銅合金工件間距15～25mm；

(3)將鈹銅合金工件與工件電源連接，成為工件極，再將純鈦板通過靶陰極架與靶電源連接，成為源極；

(4)將等離子滲金屬爐抽至極限真空，通入氬氣，接通工件電源，產生氣體放電，離子轟擊鈹銅合金工件10～20min，工作氣壓為20～50Pa；

(5)接通鈦靶電源，在工件和源極兩極間產生空心陰極效應，當溫度增加至750～900℃時，保持工作氣壓30～50Pa，在工件和源極電壓分別為300～500V和580～800V條件下，開始進行鈹銅合金表面鈦合金層的制備，滲鈦時間0.5~3h；滲鈦結束后斷開工件和靶電源，控制氬氣通量為160-180mL/min，維持氬氣通入時間1.5～2.5h，使鈹銅合金工件快速冷到室溫；

(6)將滲鈦后的鈹銅合金工件置于常規離子氮化爐中，選擇NH₃為滲氮氣體，氣壓為400～550Pa，滲氮溫度為600～700℃，陰極電壓為650～800V，陰極電流為25～28A，滲氮6～15h后，維持正常輝光放電冷卻0.5～1h，斷開電源，關閉氣體，隨爐冷卻至室溫；即得鈹銅合金TiN/Ti復合滲層。

優選地，所述鈹銅合金表面TiN/Ti復合滲層的制備方法，包括以下步驟：

(1)鈹銅合金工件預處理：將鈹銅合金工件表面經SiC水洗砂紙打磨→金剛石粉拋光→丙酮清洗，干燥后備用；

(2)將預處理后的鈹銅合金工件置于等離子滲金屬爐內的陰極墊板上，并在其周圍加一輔助陰極，在輔助陰極上設有孔；純鈦板通過靶陰極架置于鈹銅合金工件上方，純鈦板位于輔助陰極內，與鈹銅合金工件間距18～22mm；

(3)將鈹銅合金工件與工件電源連接，成為工件極，再將純鈦板通過靶陰極架與靶電源連接，成為源極；

(4)將等離子滲金屬爐抽至極限真空，通入氬氣，接通工件電源，產生氣體放電，離子轟擊鈹銅合金工件15～18min，工作氣壓為30～40Pa；

(5)接通鈦靶電源，在工件和源極兩極間產生空心陰極效應，當溫度增加至830～860℃時，保持工作氣壓33～38Pa，在工件和源極電壓分別為350～400V和600～700V條件下，開始進行鈹銅合金表面鈦合金層的制備，滲鈦時間為0.5~3h；滲鈦結束后斷開工件和靶電源，控制氬氣通量為170-175mL/min，維持氬氣通入時間1.5～1.8h，使鈹銅合金工件快速冷到室溫；

(6)將滲鈦后的鈹銅合金工件置于常規離子氮化爐中，選擇NH₃為滲氮氣體，氣壓為480～500Pa，滲氮溫度為630～660℃，陰極電壓為680～730V，滲氮8～10h后，維持正常輝光放電冷卻0.5～0.7h，斷開電源，關閉氣體，隨爐冷卻至室溫；即得鈹銅合金TiN/Ti復合滲層。

上述制備方法中，所述的等離子滲金屬爐的結構如下：