[發明專利]一種鎢銅合金表面類金剛石處理的方法

在審

• 申請號: 201810726152.8
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN108823542A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 黃友庭;周曉龍;陳文哲
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/02
• 代理公司: 福州市眾韜專利代理事務所(普通合伙) 35220
• 代理人: 方金芝;黃秀婷

本發明屬于一種在金屬基復合材料表面鍍覆耐磨性類金剛石碳材料的類金剛石處理的方法，包括如下步驟：(1)研磨清洗(2)磁控濺射(3)去應力退火，針對現有的鎢銅合金在使用高溫耐磨件時易腐蝕、抗磨損性能差的缺點，該方法處理后的鎢銅合金表面膜層厚度均勻、表面硬度高、耐磨性好、熱傳遞良好、耐腐蝕，且膜基結合良好。

技術領域

本發明屬于復合材料和表面處理技術領域，特別涉及一種在金屬基復合材料表面鍍覆耐磨性類金剛石碳材料的類金剛石處理的方法。

背景技術

磨損作為工程構件的三大失效形式之一，越來越受到人們的關注。鎢銅復合材料是由粉末冶金技術制備的一種假合金，同時具有鎢的高熔點、高硬度和銅的高導電、導熱率，使其發揮特殊的減摩耐磨特性逐漸被人們用作特殊服役條件下的耐磨件，比如電視機生產線上的導軌輪，型材生產線上的導衛材料、高鐵上的電弓材料等。這是因為鎢銅復合材料中鎢的熔點為3410℃，在高溫下仍然能保持其高強硬度的特點，不易發生粘著；而低熔點的銅在高溫條件下，軟化后使合金表面能形成一層潤滑膜，降低摩擦系數，同時銅鎢復合材料還具有較好的導熱性，能快速使摩擦或相對運動產生的熱能擴散，降低表面溫度，從而起到保護作用，延長機件使用壽命。

類金剛石(Diamond-like carbon，DLC)膜是以石墨或碳氫化合物等為原料，在低溫低壓下人工合成的一種含有SP3和SP2鍵的非晶碳膜。具有高硬度、高電阻率、耐腐蝕、良好的光學性能等，同時又具有自身獨特摩擦學特性、良好的生物相容性和紅外透射性。廣泛應用于機械、電子、光學、醫學或者航天等領域中。如具有很高的硬度和優異的抗磨損性能，因而非常適合作為硬質工具涂層，沉積在軸承、刀具等表面，不僅可以延長工具的壽命，而且還可以提高功效；熱導率高，約為銅的6倍，熱膨脹系數小，具有優良的抗熱沖擊性能，可用來制作大功率晶體管的散熱鍍層，減少傳統散熱器的面積；有良好的化學穩定性，耐腐蝕(防酸、堿、鹽)性能好，不僅可作為光學元件的增透膜和保護膜，防止光學元件被飛砂擦傷或被酸、堿、鹽溶液腐蝕，還應用于光盤保護膜、手表玻璃保護膜、眼鏡片(玻璃、樹脂)保護膜以及汽車擋風玻璃保護膜等。

但是在制備DLC膜的過程中，在界面強度上仍存在以下問題：(1)膜內高的殘余應力，當高能量的碳離子嵌進基板中而無法移動擴散時，DLC膜中的SP3鍵會因結構因素而發生扭曲，造成膜中的變形程度提高，使其產生皺摺而發生剝落現象。(2)類金剛石薄膜與金屬基材的性質差異，特別是熱膨脹系數的差異，使得薄膜會在界面剪切應力的作用下，而造成剝落的行為。故DLC膜層中內應力大及膜基結合強度差是制約其應用的主要技術瓶頸。

本發明利用磁控濺射技術實現了在鎢銅合金表面得到厚度均勻、膜基結合良好、耐磨性好、導熱優良的類金剛石膜-鎢銅合金的復合材料。

發明內容

針對現有的鎢銅合金在使用時高溫耐磨件時易腐蝕、抗磨損性能差的缺點，本發明提供一種鎢銅合金表面類金剛石處理的方法，該方法處理后的鎢銅合金表面膜層厚度均勻、表面硬度高、耐磨性好、熱傳遞良好、耐腐蝕，且膜基結合良好。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現的：

一種鎢銅合金表面類金剛石處理的方法，包括如下步驟：

(1)研磨清洗

將鎢銅合金的表面先用800-1000目的砂紙研磨，然后再拋光成鏡面，最后在超聲波中依次用丙酮清洗5～10分鐘和去離子水清洗2～5分鐘，最后再用N₂吹干；

(2)磁控濺射

將經步驟(1)的鎢銅合金裝在磁控濺射設備的腔體中，1-2個靶材鎢、和1-2個靶材石墨不同靶材交替間隔設置于以所述的鎢銅合金為中心，20～25mm為半徑的圓周上；

抽真空至3～5mPa，然后再通純度為99.99％的高純氬氣至0.5～0.8Pa；