[發明專利]一種Ag-MAX相納米復合鍍層及其沉積方法

有效

• 申請號: 201710339920.X
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107177819B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 宋忠孝;張慶豐;孫宇;鄧子豪;關博遠;莊智鴻;崔笑千;朱學政;周學松
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/28
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發明公開了一種Ag?MAX相納米復合鍍層及其沉積方法，以銅觸頭為基體，Ag?MAX相復合材料為靶，采用脈沖激光沉積方法，在觸頭基體表面形成100nm～10um的致密、兩相均勻的納米復合材料。利用MAX相作為陶瓷材料優異的彈性模量及硬度，可以提高Ag觸頭的耐電弧燒蝕性及抗熔焊性；其優異的自潤滑性有利于延長觸頭的使用壽命。本方法可以通過控制激光脈沖數控制鍍層厚度，通過控制靶材成分來控制鍍層成分，可以得到不同配比的復合材料鍍層。實驗表明，本方法可以獲得具有納米晶結構的、兩相分布均勻的Ag基復合材料，保證電導率的同時有效提高硬度、耐磨性和抗燒蝕性，可以延長使用壽命，有較大的應用推廣價值。

【技術領域】

本發明屬于表面工程領域，涉及一種Ag-MAX相納米復合鍍層及其沉積方法。

【背景技術】

Ag基觸頭時目前低壓領域應用最廣泛的觸頭材料，主要與Ag復合的有ZnO、SnO₂、CuO，Ag-SnO₂具有良好的抗熔焊性、耐電弧燒蝕性、抗磨損性且無毒無害等性能，但是目前也存在很大的不足，主要為：在多次電弧接觸下，SnO₂將富集于觸頭表面，引起接觸電阻增大，溫升較快；銀基體與SnO₂的浸潤性不好，SnO₂顆粒硬度高較脆，Ag-SnO₂的成型及后續加工較困難；SnO₂顆粒不能均勻分布在銀基體中，易形成團聚，導致材料綜合性能下降。Ag-SnO₂材料易在觸頭表面形成SnO₂的富集，由于SnO₂幾乎不導電，從而造成觸頭接觸電阻增大，在電流通過時容易造成溫升過高；Ag-銅O材料易在表面形成氧化銅的低密層，致使觸頭侵蝕加劇，尤其是分散系中分散相含量降低，導致粘度下降，電弧噴濺加劇。而陶瓷材料MAX相則具有較高的熔點和導電性能，且其層狀結構也使其具有較好的自潤滑性和耐磨性，與Ag形成的復合材料后具有較高的強度和耐磨性，在保證材料電阻率的前提下提高了觸頭硬度、耐磨性和耐電弧燒蝕性，延長了觸頭的使用壽命。

在常用制造工藝中，粉末冶金易產生孔洞，且獲得材料強度較低，且兩相分布不均勻，極易出現偏聚，機加工也容易在材料表面產生凹坑。脈沖激光沉積方法可以大幅度提高鍍層的致密性和均勻性，使相分布均勻且晶粒細小，提高鍍層材料的硬度和耐磨性。目前利用脈沖激光沉積方法在觸頭表面鍍膜的方法還未有任何記載。

【發明內容】

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種Ag-MAX相納米復合鍍層及其沉積方法，該方法制得的產品耐電磨損能力好、抗熔焊性高、導電導熱性良好、接觸電阻低，且鍍膜速度較快，工業應用價值較高。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種Ag-MAX相納米復合鍍層的脈沖激光沉積方法，包括以下步驟：

1)基體處理，先把基體進行機械拋光處理，然后進行超聲清洗，超聲清洗干凈后用熱風風干；

2)安裝靶材與基體，二者間距為5～8cm；安裝好后關閉所有進氣管及出氣管，對整個腔體進行抽真空處理，使整個腔體內的真空度達到1.0×10^-5Pa；

3)打開基片加熱器，將基體的溫度加熱至500℃，加熱的同時繼續向外抽真空；

4)打開進氣管道通入氬氣，控制腔內壓強達到沉積壓力值10～20Pa后停通氣；

5)開啟KrF準分子脈沖激光器進行預熱，將脈沖激光頻率調至5Hz～20Hz，脈沖激光能量調至200～600mJ；激光經過激光掃描裝置并經過透鏡聚焦后以45°照射靶材表面，調節轉速器使靶材轉速達到20轉/分；

6)沉積鍍層，控制脈沖數，得到厚度為100nm～10um的Ag-MAX相納米復合材料鍍層，沉積完畢后，關閉脈沖激光發射器；