不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法
2023-09-20 11:43:15 3
專利名稱：不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及金屬材料的表面處理，具體地說是一種在不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法。
背景技術：
類金剛石(DLC)薄膜由於具有高硬度、低摩擦係數以及化學惰性等性能特點，是提高相對接觸運動零件耐磨壽命而進行表面處理的主要材料之一。但類金剛石(DLC)薄膜本身具有較高的內應力，與金屬材料的匹配性差，尤其是不鏽鋼，因此很難在這些金屬基底材料上鍍制附著力高且厚度達1μm以上的類金剛石(DLC)薄膜。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供的一種在不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法，它提高了類金剛石(DLC)薄膜與不鏽鋼的金屬材料匹配性，適當降低了沉積的類金剛石(DLC)薄膜的內應力，從而克服了不鏽鋼的金屬基底材料上類金剛石(DLC)薄膜附著力差和沉積的DLC薄膜厚度小的缺點。
實現本發明目的的技術方案是一種不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法，特點包括下列步驟1、將金屬工件固定在電弧離子鍍膜設備真空室內的工件轉盤上並抽真空；2、將氬氣通入真空室，並保持真空度的穩定，然後開啟離子源將金屬工件表面活化；3、關閉氬氣，將金屬工件和真空室之間加載負偏壓，並開啟鈦電弧源使金屬工件表面沉積鈦過渡層；4、將氮氣通入真空室，並保持真空度的穩定，使金屬工件表面沉積氮化鈦過渡層；5、開啟石墨電弧源，設定石墨電弧源的初始放電頻率，並控制石墨電弧源每放電一定脈衝數適當提高放電頻率使金屬工件表面沉積碳氮化鈦過渡層；6、關閉氮氣、鈦電弧源，控制石墨電弧源的放電脈衝數使金屬工件表面沉積類金剛石薄膜。
所述真空室的真空度優於5×10-3Pa。
所述真空室通入氬氣時，真空度應穩定在3.2×10-2Pa～4.9×10-2Pa，通入氮氣時，真空度應穩定在1.0×10-2Pa～1.3×10-2Pa。
所述金屬工件和真空室之間加載負偏壓為-800V～-1500V。
所述石墨電弧源的初始放電頻率設定為16Hz。
所述石墨電弧源的放電脈衝數控制為250000～300000個。
所述離子源的工作電壓為2.0kV～3.0kV，工作時間為10min～30min。
所述鈦電弧源的工作電流為55A～90A，工作時間為2min～5min。
所述石墨電弧源每放電一定脈衝數適當提高放電頻率是每放電1000～3000個脈衝，放電頻率提高8Hz，放電頻率升高到32Hz後完成碳氮化鈦過渡層的沉積。
本發明提高了不鏽鋼的金屬基底上類金剛石(DLC)薄膜的附著力和厚度，延長了不鏽鋼的金屬基底表面類金剛石(DLC)薄膜的耐磨損壽命，工藝簡單、尤其適用於1Cr18Ni9Ti、Cr12、9Cr18、40Cr等不鏽鋼的金屬基底精密活動零件表面耐磨損處理的規模生產。
具體實施例方式
實施例11、將已加工好材質為1Cr18Ni9Ti的金屬工件分別固定在電弧離子鍍膜設備真空室內的工件轉盤上並抽真空，其真空度優於5×10-3Pa；2、通入氬氣，並保持真空度穩定在3.2×10-3Pa，打開離子源活化金屬表面，離子源的工作電壓為3.0kV，工作時間為30min；3、關閉氬氣，將金屬工件和真空室之間加載負偏壓為-800V，並打開鈦電弧源使金屬工件表面沉積鈦過渡層，鈦電弧源的工作電流為90A，工作時間為2min；4、通入氮氣，並保持真空度穩定在1.0×10-2Pa，開啟石墨電弧源，使石墨電弧源的初始放電頻率為16Hz，並按石墨電弧源每放電1000個脈衝放電頻率提高8Hz調節石墨電弧源的放電頻率使金屬工件表面沉積碳化鈦過渡層，放電頻率升高到32Hz後關閉氮氣、鈦電弧源，結束碳氮化鈦過渡層的沉積；5、控制石墨電弧源的放電脈衝數為250000個，使金屬工件表面沉積類金剛石(DLC)薄膜。
實施例21、將已加工好材質為9Cr18和40Cr的金屬工件分別固定在電弧離子鍍膜設備真空室內的工件轉盤上並抽真空，其真空度優於5×10-3Pa；2、通入氬氣，並保持真空度穩定在4.9×10-3Pa，打開離子源活化金屬表面，離子源的工作電壓為2.0kV，工作時間為30min；3、關閉氬氣，將金屬工件和真空室之間加載負偏壓為-1500V，並打開鈦電弧源使金屬工件表面沉積鈦過渡層，鈦電弧源的工作電流為55A，工作時間為10min；4、通入氮氣，並保持真空度穩定在1.1×10-2Pa，開啟石墨電弧源，使石墨電弧源的初始放電頻率為16Hz，並按石墨電弧源每放電3000個脈衝放電頻率提高8Hz調節石墨電弧源的放電頻率使金屬工件表面沉積碳化鈦過渡層，放電頻率升高到32Hz後關閉氮氣、鈦電弧源，結束碳氮化鈦過渡層的沉積；5、控制石墨電弧源的放電脈衝數為280000個，使金屬工件表面沉積類金剛石(DLC)薄膜。
實施例31、將已加工好材質為Cr12的金屬工件固定在電弧離子鍍膜設備真空室內的工件轉盤上並抽真空，其真空度優於5×10-3Pa；2、通入氬氣，並保持真空度穩定在3.7×10-3Pa，打開離子源活化金屬表面，離子源的工作電壓為2.50kV，工作時間為20min；3、關閉氬氣，將金屬工件和真空室之間加載負偏壓為-1000V，並打開鈦電弧源使金屬工件表面沉積鈦過渡層，鈦電弧源的工作電流為75A，工作時間為5min；4、通入氮氣，並保持真空度穩定在1.3×10-2Pa，開啟石墨電弧源，使石墨電弧源的初始放電頻率為16Hz，並按石墨電弧源每放電2000個脈衝放電頻率提高8Hz調節石墨電弧源的放電頻率使金屬工件表面沉積碳化鈦過渡層，放電頻率升高到32Hz後關閉氮氣、鈦電弧源，結束碳氮化鈦過渡層的沉積；5、控制石墨電弧源的放電脈衝數為300000個，使金屬工件表面沉積類金剛石(DLC)薄膜。
本發明採用脈衝電弧離子鍍膜技術在金屬表面依次沉積鈦、碳化鈦及碳氮化鈦過渡層，在碳氮化鈦過渡層上鍍制類金剛石(DLC)薄膜，其薄膜不含氫，在整個膜系中的各層之間沒有明顯界面，使得類金剛石(DLC)薄膜厚度可以達到1μm以上，大大提高了類金剛石(DLC)薄膜的附著力，提高了不鏽鋼的金屬基底材料表面類金剛石(DLC)薄膜的耐磨損壽命。
權利要求
1.一種不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法，其特徵在於包括下列步驟a.將金屬工件固定在電弧離子鍍膜設備真空室內的工件轉盤上並抽真空；b.將氬氣通入真空室，並保持真空度的穩定，然後開啟離子源將金屬工件表面活化；c.關閉氬氣，將金屬工件和真空室之間加載負偏壓，開啟鈦電弧源使金屬工件表面沉積鈦過渡層；d.將氮氣通入真空室，並保持真空度的穩定，使金屬工件表面沉積氮化鈦過渡層；e.開啟石墨電弧源，設定石墨電弧源的初始放電頻率，並控制石墨電弧源每放電一定脈衝數適當提高放電頻率使金屬工件表面沉積碳氮化鈦過渡層；f.關閉氮氣、鈦電弧源，控制石墨電弧源的放電脈衝數使金屬工件表面沉積類金剛石薄膜。
2.根據權利要求1所述不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法，其特徵在於所述真空室的真空度優於5×10-3Pa。
3.根據權利要求1所述不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法，其特徵在於所述真空室通入氬氣時，真空度應穩定在3.2×10-2Pa～4.9×10-2Pa，通入氮氣時，真空度應穩定在1.0×10-2Pa～1.3×10-2Pa。
4.根據權利要求1所述不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法，其特徵在於所述金屬工件和真空室之間加載負偏壓為-800V～-1500V。
5.根據權利要求1所述不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法，其特徵在於所述石墨電弧源的初始放電頻率設定為16Hz。
6.根據權利要求1所述不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法，其特徵在於所述石墨電弧源的放電脈衝數控制為250000～300000個。
7.根據權利要求1所述不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法，其特徵在於所述離子源的工作電壓為2.0kV～3.0kV，工作時間為10min～30min。
8.根據權利要求1所述不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法，其特徵在於所述鈦電弧源的工作電流為55A～90A，工作時間為2min～5min。
9.根據權利要求1所述不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法，其特徵在於所述石墨電弧源每放電一定脈衝數適當提高放電頻率是每放電1000～3000個脈衝，放電頻率提高8Hz，放電頻率升高到32Hz後完成碳氮化鈦過渡層的沉積。
全文摘要
本發明公開了一種不鏽鋼金屬表面鍍制類金剛石薄膜的方法，特點是採用脈衝電弧離子鍍膜技術在金屬表面鍍制類金剛石薄膜，其具體步驟包括將金屬工件表面離子活化，鍍制鈦過渡層、碳化鈦過渡層、及碳氮化鈦過渡層，在碳氮化鈦過渡層上鍍制類金剛石薄膜。本發明提高了不鏽鋼的金屬基底上類金剛石(DLC)薄膜的附著力和厚度，延長了不鏽鋼的金屬基底表面類金剛石(DLC)薄膜的耐磨損壽命，工藝簡單，尤其適用於1Cr18Ni9Ti、Cr12、9Cr18、40Cr等不鏽鋼的金屬精密零件表面耐磨損處理的規模生產。
文檔編號C23C16/50GK101082131SQ200710043509
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月5日 優先權日2007年7月5日
發明者馬佔吉, 趙棟才, 任妮, 武生虎, 肖更竭 申請人:中國航天科技集團公司第五研究院第五一○研究所