[發明專利]一種彩鋼鍍層及其制備方法

在審

• 申請號: 201710695801.8
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107287560A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 朱海寒;朱常錦
• 申請（專利權）人: 上海雙石鈦金有限公司
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/58;C23C14/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種彩鋼鍍層及其制備方法，屬于彩鋼鍍層技術領域。

背景技術

彩色不銹鋼簡稱“彩鋼”，它即保留了不銹鋼優良的機械性能和耐蝕性能，又具有豐富多彩的美麗色澤，為本色不銹鋼增添了賞心悅目的美感，同時它還具有優于基體的耐蝕等性能，因此將在現代社會生活和國民經濟的各個領域中得到了廣泛的應用。彩色不銹鋼真空鍍層鈦金板，顏色齊全，可鍍金色、檳金色、黑金色、銀白色、銀灰色、古銅色、青銅色、玫瑰金色、紫金色、咖啡金色、寶石藍色、七彩色、茶色等，色系豐富多樣。但是存在的問題是易磨損，較長時間后色澤易淡化，鍍層易分離。

通過注入離子主要包括O、C或N，形成TiO₂、TiC或TiN，理論上能夠提高鈦合金表面的耐磨性能或耐腐蝕性能。在不同工藝參數下獲得的TiX，包括TiN、TiC或TiO鍍層，色澤有顯著的差異。

能影響TiX鍍層特性的因素很多，如基體偏壓、氣體分壓、弧電流大小、沉積溫度、轟擊電壓等。以基片偏壓為例，基片偏壓使正離子對基體的轟擊作用增強。合適的偏壓可以增加鍍層結合力，細化鍍層晶粒，減少表面熔滴等雜質的沉積量，偏壓過低則起不到上述作用，但是偏壓過高又會產生不利情況：將鍍層粒子轟掉，降低工作效率且使工件表面粗糙；正離子與工件的碰撞成為完全彈性碰撞，沉積的離子極少；使工件溫升過高，形成退火。以溫度為例，溫度過低，能量不足，溫度過高，有可能吸收氫，產生氣孔，出現氫脆。除了這些因素，氣體種類和含量以及鍍層中金屬元素等因素對鍍層顏色的影響也很重要。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提供一種彩鋼鍍層及其制備方法，以解決現有彩鋼鍍層的制備過程中鍍層易磨損、脆性大、易分離的問題，制得顏色多樣且可控，性能優異的彩鋼鍍層。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種彩鋼鍍層的制備方法，步驟如下：

(1)對鋼板工件進行打磨、拋光、清洗，烘干后置于真空爐中，先對工件進行預熱，然后抽真空到-4--2Pa；

(2)向爐內通入氬氣，采用轟擊能量1000-1200V、束流200-300mA的Ar⁺離子對鋼板表面進行轟擊清洗10-30min；

(3)以純Ni為源極靶材進行一次鍍層；

(4)將重量百分比為：Ti 85-99％，Ni 0.6-9％，Al 0.2-6％，Au 0.1-1％的鈦合金進行二次鍍層，以該鈦合金為源極靶材，保持真空度在-4--2Pa，向爐內充入氬氣，加負偏壓引弧100-150V，Ar⁺離子和鈦合金中的金屬離子對鍍有Ni層的鋼板進行轟擊1-3min；停止通入氬氣，改為通入其他氣體，進行不同顏色的鍍層；

本發明的有益效果：步驟(1)對鋼板基體進行處理，以便更容易進行鍍層；步驟(2)中，先對鋼板進行表面轟擊，清洗表面并繼續加熱鋼板，能更好地進行鍍層；步驟(3)中，由于鋼板基體中各種材料的晶格常數和熱膨脹系數不同，直接鍍層可能在膜基之間形成很大的應力，導致膜基結合力差。先鍍上過渡層Ni層，增加結合力以避免鍍層開裂或分離，也能更好的進行二次鍍層；Ni和Ti形成Ni₃Ti、NiTi和NiTi₂等金屬間化合物(擴散層)，阻止鋼板中的Fe、Ti元素的互相擴散形成脆性的Fe-Ti金屬間化合物；步驟(4)通過控制合金的組成和比例、基片偏壓、轟擊時間等工藝參數，控制鍍層的化學成分、結晶結構和沉積速度，進而控制鍍層的顏色和表面性能。

其中，加入金能適度增加TiN鍍層的亮度；彩度比TiN的低，顏色與Ti-N系鍍層不同，使鍍層具有黃金本色并且成本低廉。以TiN鍍層為例，含有金的合金的色調比TiN鍍層的豐富，色角范圍寬。

Ni與Ti能結合形成TiNi相或Ti₂Ni相，TiNi相良好的韌性和Ti₂Ni相的高硬度性使鍍層不僅具有高的硬度，而且又具有良好的韌性。

Al具有固溶強化作用，適量的Al能增加抗拉強度。在TiN中，能形成適量TiAlN相，TiAlN相比于TiN具有更高的硬度、更好的耐磨性和更優異的高溫性能，具體的是由于Al置換TiN中的一部分Ti原子后產生畸變，一方面是晶界較多，另一方面是位錯較多且不易滑移而導致硬度較高。Al能改善抗氧化性，提高固溶體中原子間結合力，從而改善熱強性。Al還提高氫在α-Al中的溶解度，減少由氫化物引起氫脆的敏感性。Al的引入消除了涂層中的空洞、針孔等缺陷，改善了涂層的致密性。但是不宜加太多，對合金的塑性、韌性及應力腐蝕不利。