專利名稱：：一種鍍膜材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是關(guān)于一種鍍膜材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：目前，鈦合金等鍍膜材料在航空、航天、化工、造船、通信等工業(yè)部門日益獲得廣泛的應(yīng)用，一般，鍍膜材料包括基材和鍍覆在基材表面的薄膜，常見的薄膜為由鈦層和多層碳化鈦或氮化鈦層構(gòu)成的碳化鈦或氮化鈦薄膜。一般來說，可以使用電弧離子鍍方法制備上述鍍膜材料的薄膜。采用電弧離子鍍方法制備的薄膜雖然具有較高的硬度和較好的耐磨性，但是該方法制得的薄膜的表面粗糙度較大，滿足不了人們對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的外觀的高光潔度的需求。于是，人們提出采用磁控濺射離子鍍的方法在基材表面形成薄膜的方法，該方法制得的薄膜的表面粗糙度較小，能夠達(dá)到相關(guān)產(chǎn)品的外觀要求，但是，現(xiàn)有的采用磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備制得的碳化鈦或氮化鈦薄膜的硬度較低，耐磨性較差。綜上所述，現(xiàn)有的鍍膜材料存在不能同時(shí)具備薄膜表面粗糙度較小、硬度較高和耐磨性較好的缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的鍍膜材料的薄膜不能同時(shí)具備表面粗糙度較小、硬度較高和耐磨較好的缺陷，提供一種包括表面粗糙度較小、硬度較高而且耐磨性較好的薄膜的鍍膜材料及其制備方法。本發(fā)明提供了一種鍍膜材料，該材料包括基材和鍍覆在基材表面的薄膜，所述薄膜包括底層和面層，所述底層含有鈦、鋁和鎂中的一種或幾種，其中，所述薄膜還包括中間層，所述中間層含有不銹鋼和非鐵金屬，所述面層含有不銹鋼和非鐵金屬的碳化物和/或氮化物。本發(fā)明提供的鍍膜材料的制備方法包括在濺射條件下，在磁控靶上施加電源使磁控耙上的耙材物質(zhì)濺射并沉積到基材上，分別形成薄膜的底層和面層，形成底層的靶材物質(zhì)含有鈦、鋁和鎂中的一種或幾種，其中，該方法還包括在形成底層之后和形成面層之前，形成中間層，形成中間層的靶材包括不銹鋼耙材和非鐵金屬靶材；形成面層的靶材包括不銹鋼靶材和非鐵金屬靶材。粗糙度試驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)施例1-4中得到的鍍膜材料的薄膜的表面粗糙度Ra值0.06-0.07，對(duì)比例2得到的薄膜的表面粗糙度Ra值0.5，因此，與對(duì)比例2得到的鍍膜材料薄膜相比，實(shí)施例1-4中得到的鍍膜材料的薄膜的表面粗糙度較小；表面硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)施例l-4中得到的鍍膜材料的薄膜的硬度為1000-1400HV，對(duì)比例1得到的鍍膜材料的硬度為600HV，因此，與對(duì)比例1得到的鍍膜材料薄膜相比，實(shí)施例1-4中得到的鍍膜材料的薄膜的硬度明顯較高；耐磨性試驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)施例1-4中得到的鍍膜材料的薄膜棱角和表面均沒有任何脫落，對(duì)比例l得到的鍍膜材料的棱角有輕微脫落，表面沒有脫落，因此，與對(duì)比例l得到的鍍膜材料薄膜相比，實(shí)施例l-4中得到的鍍膜材料的薄膜的耐磨性較好；綜上所述，與對(duì)比例的鍍膜材料相比，本發(fā)明的提供的鍍膜材料的薄膜同時(shí)具有較小的表面粗糙度、較高的硬度和較好的耐磨性。具體實(shí)施方式本發(fā)明提供了一種鍍膜材料，該材料包括基材和鍍覆在基材表面的薄膜，所述薄膜包括底層和面層，所述底層含有鈦、鋁和鎂中的一種或幾種，其中，所述薄膜還包括中間層，所述中間層含有不銹鋼和非鐵金屬，所述面層含有不銹鋼的碳化物和/或氮化物以及非鐵金屬的碳化物和/或氮化物。所述薄膜的底層、中間層和面層的厚度分別為0.1-1.0微米、0.1-1.0微米和2-7微米。所述面層的非鐵金屬和中間層的非鐵金屬相同或不同，為釩、鉻、鈷、鎳、銅和鋅中的一種或幾種，優(yōu)選所述面層的非鐵金屬和中間層的非鐵金屬相同，均為鉻，通過該優(yōu)選方式，可以進(jìn)一步提高薄膜的硬度和耐磨性。根據(jù)本發(fā)明，所述面層含有不銹鋼的碳化物和/或氮化物以及非鐵金屬的碳化物和/或氮化物，優(yōu)選情況下，所述面層含有不銹鋼的碳化物和非鐵金屬的碳化物，通過該優(yōu)選方式，可以進(jìn)一步提高薄膜的硬度。所述基材為鎂合金、鈦合金和鋁合金中的一種或幾種。所述薄膜的底層含有鈦、鋁和鎂中的一種或幾種，優(yōu)選情況下，當(dāng)所述基材為鎂合金時(shí)，所述薄膜底層含有鎂；當(dāng)所述基材為鈦合金時(shí)，所述薄膜底層含有鈦；當(dāng)所述基材為鋁合金時(shí)，所述薄膜底層含有鋁。本發(fā)明還提供了一種鍍膜材料的制備方法，該方法包括在濺射條件下，在磁控耙上施加電源使磁控耙上的耙材物質(zhì)濺射并沉積到基材上，分別形成薄膜的底層和面層，形成底層的靶材含有鈦、鋁和鎂中的一種或幾種，其中，該方法還包括在形成底層之后和形成面層之前，形成中間層，形成中間層的靶材包括不銹鋼靶材和非鐵金屬靶材；形成面層的靶材包括不銹鋼靶材和非鐵金屬靶材。所述鍍膜材料是使用磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備制備的，所述磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備包括真空室、加熱裝置、工件架和磁控靶，所述基材放置在工件架上。所述靶材含有靶材物質(zhì)，可以為單元素靶(即一個(gè)靶材中只含有一種靶材物質(zhì))或多元素靶(即一個(gè)靶材中含有多種靶材物質(zhì))，優(yōu)選為單元素靶，靶材物質(zhì)的純度優(yōu)選為大于99.9%?？梢愿鶕?jù)膜層的組成來選擇靶材物質(zhì)的種類。例如，當(dāng)在基材上鍍鈦時(shí)，靶材物質(zhì)為鈦；當(dāng)在基材上鍍不銹鋼時(shí)，靶材物質(zhì)為不銹鋼；當(dāng)在基材上鍍鉻時(shí)，靶材物質(zhì)為鉻。所述磁控耙優(yōu)選為對(duì)耙結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要使用一對(duì)或幾對(duì)磁控靶；每對(duì)磁控靶由一個(gè)電源供電，兩個(gè)磁控靶各自與電源的一極相連，并與整個(gè)真空室相絕緣。對(duì)靶的兩個(gè)磁控靶之間的距離可以為10-25厘米，優(yōu)選為14-22厘米。工架件可以圍繞真空室的中心軸順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速可以為0.5-10轉(zhuǎn)/分鐘，優(yōu)選為2-6轉(zhuǎn)/分鐘。所述電源可以為現(xiàn)有的各種用于磁控濺射離子鍍的電源，優(yōu)選為中頻電源，中頻電源的頻率一般為10-150千赫，優(yōu)選為10-100千赫。在濺射的過程中，所述電源的功率為8-20千瓦，優(yōu)選為12-18千瓦。而且形成中間層時(shí)的電源功率不高于形成底層時(shí)的電源功率，形成面層時(shí)的電源功率不高于形成中間層時(shí)的電源功率。所述濺射條件可以為常規(guī)的濺射條件，例如濺射條件包括絕對(duì)壓力為0.1-1.0巾白，優(yōu)選為0.3-0.8帕；溫度為20-200。C，優(yōu)選為50-150。C。所述濺射時(shí)間和電源的功率使所述底層、中間層和面層的厚度分別為0.1-1.0微米、0.1-1.0微米和2-7微米。所述基材可以為任何適用于進(jìn)行磁控濺射離子鍍的基材，例如，可以選自鎂合金、鈦合金和鋁合金中的一種或幾種。根據(jù)本發(fā)明，形成底層時(shí)，當(dāng)基材為鎂合金時(shí)，所述靶材物質(zhì)優(yōu)選為鎂;當(dāng)基材為鈦合金時(shí)，所述靶材物質(zhì)優(yōu)選為鈦；當(dāng)基材為鋁合金時(shí)，所述靶材物質(zhì)優(yōu)選為鋁。濺射時(shí)間為2-15分鐘，優(yōu)選為5-10分鐘，形成的底層的厚度為0.1-1.0微。形成中間層時(shí)，所述靶材物質(zhì)為不銹鋼和非鐵金屬，所述非鐵金屬為釩、鉻、鈷、鎳、銅和鋅中的一種或幾種，優(yōu)選為鉻。施加在不銹鋼磁控靶和非鐵金屬磁控靶上的電源的功率的比值可以為1.1-1.6，優(yōu)選為1.2-1.4;濺射時(shí)間可以為2-15分鐘，優(yōu)選為5-10鐘，在底層表面形成的中間層的厚度為0.1-1.0微米。形成面層時(shí)，所述靶材物質(zhì)為不銹鋼和非鐵金屬，所述非鐵金屬和中間層非鐵金屬相同或不同，為釩、鉻、鈷、鎳、銅和鋅中的一種或幾種，優(yōu)選面層非鐵金屬和中間層非鐵金屬相同，均為鉻。施加在不銹鋼磁控靶和非鐵金屬磁控耙上的電源的功率的比值可以為1.1-1.6，優(yōu)選為1.2-1.4。濺射時(shí)間可以為60-240分鐘，優(yōu)選為80-200分鐘，在中間層表面形成的面層的厚度為2-7微米。所述形成底層和形成中間層時(shí)，所述濺射在惰性氣體氣氛下進(jìn)行，所述惰性氣體的用量使濺射時(shí)的壓力達(dá)到0.1-1.5巾白?？梢酝ㄟ^在濺射過程中往真空室中通入惰性氣體實(shí)現(xiàn)惰性氣體氣氛，例如可以先抽真空，使真空室內(nèi)的絕對(duì)壓力達(dá)到2乂10—3帕至6乂10—3帕的范圍內(nèi)，然后再充入惰性氣體，使真空室內(nèi)的絕對(duì)壓力達(dá)到0.1-1.5巾fi。所述惰性氣體為不參與濺射反應(yīng)的氣體，例如可以為氦氣和/或氬氣；所述形成面層時(shí)，所述濺射在氮?dú)夂?或氣態(tài)烴氣氛下進(jìn)行，優(yōu)選在氣態(tài)烴氣氛下進(jìn)行，這樣形成的面層為含有不銹鋼和非鐵金屬的碳化物，由此可以進(jìn)一步提高薄膜的硬度。所述氣態(tài)烴已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，可以為碳原子數(shù)為1-4的飽和烴和/或不飽和烴，氣態(tài)烴的例子包括但不限于甲烷、乙垸、丙垸、正丁垸、異丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、2-丁烯、丁二烯、乙炔、丙炔、丁炔和2-丁炔中的一種或幾種。所述氮?dú)夂?或氣態(tài)烴的用量可以為10-800標(biāo)準(zhǔn)毫升/分鐘(sccm)，優(yōu)選為20-500sccm，更優(yōu)選為50-300sccm。為了在濺射過程中對(duì)形成的薄膜進(jìn)行清洗，提高薄膜的附著力，可以在基材上施加偏壓電源，偏壓電源的偏壓可以為50-2000伏，優(yōu)選為100-1500伏；占空比為15-90%，優(yōu)選為30-80%。所述磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備還可以包括偏壓裝置，偏壓裝置可以為偏壓電源，偏壓電源的正極與真空室的殼體相連，負(fù)極與工件架相連。在進(jìn)行濺射之前，還可以對(duì)磁控靶進(jìn)行清洗。對(duì)磁控靶進(jìn)行清洗的方法已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如，可以通過在0.5-1.5帕的壓力下在磁控靶上施加電源而對(duì)磁控靶進(jìn)行清洗，該電源的頻率可以為10-150千赫，優(yōu)選為10-100千赫；該電源的功率可以為1-100千瓦，優(yōu)選為2-60千瓦。其中，對(duì)磁控靶進(jìn)行清洗的步驟可以在所述磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備中進(jìn)行。下面通過實(shí)施例來更詳細(xì)地描述本發(fā)明。實(shí)施例1該實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的鍍膜材料及其制備方法。采用磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備(磁控濺射離子鍍膜機(jī)，北京北儀創(chuàng)新真空技術(shù)有限責(zé)任公司制造，型號(hào)為JP-700)，該磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備包括真空室、加熱裝置、工件架、磁控靶和偏壓裝置，加熱裝置、工件架和磁控靶位于真空室中。磁控靶為對(duì)靶結(jié)構(gòu)，包括一對(duì)鉻靶、一對(duì)不銹鋼靶和一對(duì)鈦靶。一對(duì)鉻耙的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)靶與一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連；不銹鋼靶的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)靶與另一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連；鈦靶的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)靶與一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連。鈦合金基材(TA2型號(hào))固定在工件架上，鈦合金基材位于對(duì)靶之間，與一對(duì)靶的兩個(gè)靶之間的距離相等。偏壓裝置為偏壓電源，偏壓電源的正極與真空室的殼體相連，負(fù)極與工件架相連。先將真空室中絕對(duì)壓力調(diào)至4X10—3帕，然后往真空室中充入氦氣，直至壓力為0.5帕，溫度調(diào)至150°C，啟動(dòng)鈦靶(即打開與鈦靶連接的電源)進(jìn)行磁控濺射離子鍍，與鈦靶連接的電源的功率為15千瓦，同時(shí)打開所述偏壓電源，偏壓電源的偏壓為200伏，占空比為55%，工件架的轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間為5分鐘，在鈦合金基材表面形成底層鈦鍍層。然后，關(guān)閉鈦靶，啟動(dòng)鉻靶和不銹鋼靶(即打開與鉻靶和不銹鋼靶連接的電源)，與鉻靶連接的電源的功率為12千瓦，與不銹鋼靶連接的電源的功率為15千瓦，時(shí)間為IO分鐘，在底層表面上形成中間層不銹鋼和鉻的鍍層。再通入乙炔氣體，乙炔氣體的用量為100sccm，同時(shí)將所述偏壓電源的偏壓和占空比分別調(diào)整為120伏和30%，時(shí)間為90分鐘，在中間層表面上形成面層不銹鋼的碳化物和絡(luò)的碳化物鍍層。最后，關(guān)閉不銹鋼靶、鉻靶、偏壓電源并停止通入乙炔氣體，自然冷卻至8(TC時(shí)，取出鈦合金基材，用上海蔡康儀器有限公司DMM-660D型號(hào)的顯微鏡測(cè)得鈦合金基材表面的底層、中間層和面層的膜層厚度分別為0.2微米、0.8微米和3微米，記作鍍膜材料Al。實(shí)施例2該實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的鍍膜材料及其制備方法。采用磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備(磁控濺射離子鍍膜機(jī)，北京北儀創(chuàng)新真空技術(shù)有限責(zé)任公司制造，型號(hào)為JP-700)，該磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備包括真空室、加熱裝置、工件架、磁控靶和偏壓裝置，加熱裝置、工件架和磁控靶位于真空室中。磁控耙為對(duì)耙結(jié)構(gòu)，包括一對(duì)鈷耙、一對(duì)不銹鋼靶和一對(duì)鎂靶。一對(duì)鈷靶的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)靶與一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連；不銹鋼靶的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)靶與另一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連；鎂靶的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)耙與一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連。鎂合金基材(AZ91型號(hào))10固定在工件架上，鎂合金基材位于對(duì)靶之間，與一對(duì)靶的兩個(gè)靶之間的距離相等。偏壓裝置為偏壓電源，偏壓電源的正極與真空室的殼體相連，負(fù)極與工件架相連。先將真空室中絕對(duì)壓力調(diào)至4X10—3帕，然后往真空室中充入氦氣，直至壓力為0.3帕，溫度調(diào)至5(TC，啟動(dòng)鎂靶(即打開與鎂靶連接的電源)進(jìn)行磁控濺射離子鍍，與鎂耙連接的電源的功率為15千瓦，同時(shí)打開所述偏壓電源，偏壓電源的偏壓為IOOO伏，占空比為15%，工件架的轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間為10分鐘，在鎂合金基材表面形成底層鎂鍍層。然后，關(guān)閉鈦靶，啟動(dòng)鈷靶和不銹鋼靶(即打開與鉻靶和不銹鋼靶連接的電源)，與鈷靶連接的電源的功率為12千瓦，與不銹鋼靶連接的電源的功率為15千瓦，時(shí)間為5分鐘，在底層表面形成中間層不銹鋼和鈷的鍍層。再通入乙炔氣體，乙炔氣體的用量為50sccm，同時(shí)將所述偏壓電源的偏壓和占空比分別調(diào)整為1500伏和80%，時(shí)間為200分鐘，在中間層表面形成面層不銹鋼的碳化物和鈷的碳化物鍍層。最后，關(guān)閉不銹鋼靶、鈷靶、偏壓電源并停止通入乙炔氣體，自然冷卻至80'C時(shí)，取出鎂合金基材，用上海蔡康儀器有限公司DMM-660D型號(hào)的顯微鏡測(cè)得鎂合金基材表面上的底層、中間層和面層的膜層厚度分別為0.8微米、0.2微米和6微米，記作鍍膜材料A2。實(shí)施例3該實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的鍍膜材料及其制備方法。采用磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備(磁控濺射離子鍍膜機(jī)，北京北儀創(chuàng)新真空技術(shù)有限責(zé)任公司制造，型號(hào)為JP-700)，該磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備包括真空室、加熱裝置、工件架、磁控靶和偏壓裝置，加熱裝置、工件架和磁控靶位于真空室中。磁控耙為對(duì)耙結(jié)構(gòu)，包括-對(duì)鉻耙、一對(duì)鈷耙、一對(duì)不銹鋼耙和一對(duì)鋁耙。一對(duì)鉻耙的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)靶與一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連；一對(duì)鈷靶的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)耙與一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連；不銹鋼耙的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)靶與另一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連；鋁靶的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)靶與一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連。鋁合金基材固定在工件架上，鋁合金基材(6061型號(hào))位于對(duì)靶之間，與一對(duì)耙的兩個(gè)靶之間的距離相等。偏壓裝置為偏壓電源，偏壓電源的正極與真空室的殼體相連，負(fù)極與工件架相連。先將真空室中絕對(duì)壓力調(diào)至4X10一3帕，然后往真空室中充入氦氣，直至壓力為1.0帕，溫度調(diào)至5(TC，啟動(dòng)鋁靶(即打開與鋁靶連接的電源)進(jìn)行磁控濺射離子鍍，與鋁靶連接的電源的功率為15千瓦，同時(shí)打開所述偏壓電源，偏壓電源的偏壓為700伏，占空比為50%,工件架的轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間為8分鐘，在鋁合金基材表面形成底層鋁鍍層。然后，關(guān)閉鈦靶，啟動(dòng)鉻靶和不銹鋼靶(即打開與鉻靶和不銹鋼靶連接的電源)，與鉻靶連接的電源的功率為12千瓦，與不銹鋼靶連接的電源的功率為15千瓦，時(shí)間為8分鐘，在底層表面形成中間層不銹鋼和鉻的鍍層。再關(guān)閉鉻靶，開啟鈷靶，通入乙炔氣體，乙炔氣體的用量為50sccm，同時(shí)將所述偏壓電源的偏壓和占空比分別調(diào)整為1500伏和80%，時(shí)間為140分鐘，在中間層表面形成面層不銹鋼的碳化物和鈷的碳化物鍍層。最后，關(guān)閉不銹鋼靶、鈷靶、偏壓電源并停止通入氮?dú)?，自然冷卻至80。C時(shí)，取出鋁合金基材，用上海蔡康儀器有限公司DMM-660D型號(hào)的顯微鏡測(cè)得鋁合金基材表面上的底層、中間層和面層的膜層厚度分別為0.6微米、0.5微米和4微米，記作鍍膜材料A3。實(shí)施例4該實(shí)施例用于說明本發(fā)明提供的鍍膜材料及其制備方法。采用磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備(磁控濺射離子鍍膜機(jī)，北京北儀創(chuàng)新真空技術(shù)有限責(zé)任公司制造，型號(hào)為JP-700)，該磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備包括真空室、加熱裝置、工件架、磁控靶和偏壓裝置，加熱裝置、工件架和磁控靶位于真空室中。磁控耙為對(duì)耙結(jié)構(gòu)，包括一對(duì)鉻靶、一對(duì)不銹鋼靶和一對(duì)鈦靶。一對(duì)絡(luò)耙的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)靶與一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連；不銹鋼靶的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)靶與另一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連；鈦靶的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)靶與一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連。鈦合金基材(TA2型號(hào))固定在工件架上，鈦合金基材位于對(duì)靶之間，與一對(duì)靶的兩個(gè)靶之間的距離相等。偏壓裝置為偏壓電源，偏壓電源的正極與真空室的殼體相連，負(fù)極與工件架相連。先將真空室中絕對(duì)壓力調(diào)至4X10—3帕，然后往真空室中充入氦氣，直至壓力為1.0帕，溫度調(diào)至5(TC，啟動(dòng)鈦靶(即打開與鋁靶連接的電源)進(jìn)行磁控濺射離子鍍，與鈦靶連接的電源的功率為15千瓦，同時(shí)打開所述偏壓電源，偏壓電源的偏壓為700伏，占空比為50%，工件架的轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間為8分鐘，在鈦合金基材表面形成底層鈦鍍層。然后，關(guān)閉鈦耙，啟動(dòng)鉻耙和不銹鋼耙(即打開與鉻靶和不銹鋼靶連接的電源)，與鉻靶連接的電源的功率為12千瓦，與不銹鋼靶連接的電源的功率為15千瓦，時(shí)間為8分鐘，在底層表面形成中間層不銹鋼和鉻的鍍層。再通入氮?dú)?，氮?dú)獾挠昧繛?00sccm，同時(shí)將所述偏壓電源的偏壓和占空比分別調(diào)整為1500伏和80%,時(shí)間為140分鐘，在中間層表面形成面層不銹鋼的氮化物和鉻的氮化物鍍層。最后，關(guān)閉不銹鋼靶、鉻靶、偏壓電源并停止通入氮?dú)?，自然冷卻至80。C時(shí)，取出鈦合金基材，用上海蔡康儀器有限公司DMM-660D型號(hào)的顯微鏡測(cè)得鋁合金基材表面上的底層、中間層和面層的膜層厚度分別為0.6微米、0.5微米和4微米，記作鍍膜材料A4。對(duì)比例1該對(duì)比例用于說明現(xiàn)有的鍍膜材料及其制備方法。采用磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備(磁控濺射離子鍍膜機(jī)，北京北儀創(chuàng)新真空技術(shù)有限責(zé)任公司制造，型號(hào)為JP-700)，該磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備包括真空室、加熱裝置、工件架、磁控靶和偏壓裝置，加熱裝置、工件架和磁控靶位于真空室中。磁控耙為對(duì)耙結(jié)構(gòu)，包括一對(duì)鈦耙。一對(duì)鈦靶的兩個(gè)靶之間的距離為18厘米，兩個(gè)靶與一個(gè)頻率為40千赫的電源的正負(fù)極相連。鈦合金基材(TA2型號(hào))固定在工件架上，鈦合金基材位于對(duì)靶之間，與一對(duì)靶的兩個(gè)耙之間的距離相等。偏壓裝置為偏壓電源，偏壓電源的正極與真空室的殼體相連，負(fù)極與工件架相連。先將真空室中絕對(duì)壓力調(diào)至4X10—3帕，然后往真空室中充入氦氣，直至壓力為0.5帕，溫度調(diào)至15(TC，啟動(dòng)鈦靶(即打開與鈦靶連接的電源)進(jìn)行磁控濺射離子鍍，與鈦靶連接的電源的功率為15千瓦，同時(shí)打開所述偏壓電源，偏壓電源的偏壓為200伏，占空比為55%，工件架的轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間為5分鐘，在鈦合金基材表面形成鈦鍍層。然后，通入乙炔氣體，乙炔氣體的用量為100sccm，時(shí)間為10分鐘，在鈦鍍層表面形成碳化鈦的鍍層。再將所述偏壓電源的偏壓和占空比分別調(diào)整為120伏和30%，時(shí)間為90分鐘，在碳化鈦表面形成碳化鈦的鍍層。最后，關(guān)閉鈦靶、偏壓電源并停止通入乙炔氣體，自然冷卻至8(TC時(shí)，取出鈦合金基材，用上海蔡康儀器有限公司DMM-660D型號(hào)的顯微鏡測(cè)得鈦合金基材表面上的鈦鍍層和碳化鈦鍍層的膜層厚度分別為0.2微米和3.8微米，記作鍍膜材料AC1。對(duì)比例2該對(duì)比例用于說明現(xiàn)有的鍍膜材料及其制備方法。采用多弧離子鍍?cè)O(shè)備(多弧離子鍍膜機(jī)，北京北儀創(chuàng)新真空技術(shù)有限責(zé)任公司制造，型號(hào)為L(zhǎng)DH系列，該多弧離子鍍?cè)O(shè)備包括真空室、加熱裝置、工件架、多弧靶和偏壓裝置，加熱裝置、工件架和多弧靶位于真空室中。多弧靶為一個(gè)鈦耙。鈦合金基材(TA2型號(hào))固定在工件架上，鈦合金基材正對(duì)靶。偏壓裝置為偏壓電源，偏壓電源的正極與真空室的殼體相連，負(fù)極與工件架相連。先將真空室中絕對(duì)壓力調(diào)至4X10—3帕，然后往真空室中充入氦氣，直至壓力為0.5帕，溫度調(diào)至15(TC，啟動(dòng)鈦靶(即打開與鈦靶連接的電源)進(jìn)行進(jìn)行多弧離子鍍，與弧連接的電流70A，同時(shí)打開所述偏壓電源，偏壓電源的偏壓為200伏，占空比為55%，工件架的轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間為5分鐘在鈦合金基材表面形成鈦鍍層。然后，通入乙炔氣體，乙炔氣體的用量為100sccm，時(shí)間為10分鐘，在鈦鍍層表面形成碳化鈦的鍍層。再將所述偏壓電源的偏壓和占空比分別調(diào)整為120伏和30%，時(shí)間為卯分鐘，在碳化鈦鍍層表面形成碳化鈦的鍍層。最后，關(guān)閉鈦靶、偏壓電源并停止通入乙炔氣體，自然冷卻至8(TC時(shí)，取出鈦合金制品，用上海蔡康儀器有限公司DMM-660D型號(hào)的顯微鏡測(cè)得鈦合金基材表面上的鈦鍍層和碳化鈦鍍層的膜層厚度分別為0.2微米和3.8微米，記作鍍膜材料AC2。實(shí)施例5-815該實(shí)施例用于測(cè)定實(shí)施例1-4制得的鍍膜材料的薄膜的性能。使用下述方法測(cè)定實(shí)施例l-4制備的鍍膜材料Al-A4的薄膜的表面粗糙度、耐磨性和硬度。表面粗糙度采用上海蔡康光學(xué)儀器有限公司JB-3C型號(hào)粗糙度測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。用儀器的劃針在工件表面移動(dòng)一段距離，通過與劃針連接的微機(jī)處理器將劃針走出的波形放大并測(cè)量其波峰與波谷間距，由指示表讀出工件的表面粗糙度Ra值。Ra值越小，說明薄膜的粗糙度越小。耐磨性測(cè)定分別將實(shí)施例l-4中得到的表面形成有膜層的鍍膜材料放入振動(dòng)研磨機(jī)中連續(xù)振動(dòng)研磨2小時(shí)后取出產(chǎn)品，觀察工件的棱角和表面(即非棱角部位)的膜層是否有脫落。硬度測(cè)定采用上海精密儀器儀表有限公司HV-1000型號(hào)顯微維氏硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，利用儀器標(biāo)準(zhǔn)壓頭和加小載荷，壓入膜層厚度的三分之一，對(duì)壓痕進(jìn)行測(cè)量，通過微機(jī)處理計(jì)算得出膜層的硬度。測(cè)定結(jié)果如下表1所示。對(duì)比例3-4該對(duì)比例用于測(cè)定對(duì)比例1-2制得的鍍膜材料的薄膜的性能。采用與實(shí)施例5-8相同的方法測(cè)量對(duì)比例1-2制備的鍍膜材料AC1-AC2的薄膜的表面粗糙度、耐磨性和硬度。測(cè)定結(jié)果如下表1所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>從表1所示的測(cè)試結(jié)果可以看出，與對(duì)比例1得到的鍍膜材料AC1薄膜相比，實(shí)施例1-4中得到的鍍膜材料的薄膜的硬度明顯較高，耐磨性較好；與對(duì)比例2得到的薄膜AC2相比，實(shí)施例1-4中得到的薄膜的表面粗糙度明顯較小。因此，實(shí)施例1-4中得到的鍍膜材料的薄膜同時(shí)具有較小的表面粗糙度、較高的硬度和較好的耐磨性。另外，實(shí)施例1中用的非鐵金屬為優(yōu)選的格，而實(shí)施例2中用的非鐵金屬為鈷，因此，與實(shí)施例2相比，實(shí)施例1得到的鍍膜材料的薄膜的硬度更咼。實(shí)施例1中中間層和面層的非鐵金屬相同，均為鉻；而實(shí)施例3中中間層的非鐵金屬和面層的非鐵金屬不同，中間層非鐵金屬為鉻，面層的非鐵金屬為鈷，因此，與實(shí)施例3得到的薄膜AC3相比，實(shí)施例1得到的薄膜AC1的硬度更高。實(shí)施例1形成面層時(shí)在乙炔氣體氣氛下進(jìn)行，制得的薄膜的面層含有不銹鋼和鉻的碳化物；而實(shí)施例4形成面層時(shí)在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行，制得的薄膜的面層含有不銹鋼和鉻的氮化物，因此，與實(shí)施例4得到的薄膜AC4相比，實(shí)施例1得到的薄膜AC1的硬度更高。權(quán)利要求1、一種鍍膜材料，該材料包括基材和鍍覆在基材表面的薄膜，所述薄膜包括底層和面層，所述底層含有鈦、鋁和鎂中的一種或幾種，其特征在于，所述薄膜還包括中間層，所述中間層含有不銹鋼和非鐵金屬，所述面層含有不銹鋼的碳化物和/或氮化物以及非鐵金屬的碳化物和/或氮化物。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍膜材料，其中，所述底層、中間層和面層的厚度分別為0.1-1.0微米、0.1-1.0微米和2-7微米。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍膜材料，其中，所述面層的非鐵金屬和中間層的非鐵金屬相同或不同，為釩、鉻、鈷、鎳、銅和鋅中的一種或幾種。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的鍍膜材料，其中，所述面層的非鐵金屬和中間層的非鐵金屬相同，均為鉻。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍膜材料，其中，所述面層含有不銹鋼的碳化物和非鐵金屬的碳化物。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍膜材料，其中，所述基材為鎂合金、鈦合金和鋁合金中的一種或幾種。7、權(quán)利要求1所述鍍膜材料的制備方法，該方法包括在濺射條件下，在磁控耙上施加電源使磁控耙上的耙材物質(zhì)濺射并沉積到基材上，分別形成薄膜的底層和面層，形成底層的靶材物質(zhì)含有鈦、鋁和鎂中的一種或幾種，其特征在于，該方法還包括在形成底層之后和形成面層之前，形成中間層，形成中間層的靶材包括不銹鋼靶材和非鐵金屬靶材；形成面層的靶材包括不銹鋼靶材和非鐵金屬靶材。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述電源的功率為8-20千瓦，形成中間層時(shí)的電源功率不高于形成底層時(shí)的電源功率，形成面層時(shí)的電源功率不高于形成中間層時(shí)的電源功率；所述濺射條件包括絕對(duì)壓力為0.1-1.0帕，溫度為20-20(TC;所述濺射時(shí)間和電源的功率使所述底層、中間層和面層的厚度分別為0.1-1.0微米、0.1-1.0微米和2-7微米；所述形成底層和形成中間層時(shí)均在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，形成底層時(shí)的濺射時(shí)間為2-15分鐘；形成中間層時(shí)的濺射時(shí)間為2-15分鐘；形成面層時(shí)的濺射時(shí)間為60-240分鐘。10、根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述氣態(tài)烴為甲垸、乙垸、丙烷、正丁烷、異丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、2-丁烯、丁二烯、乙炔、丙炔、丁炔和2-丁炔中的一種或幾種，所述惰性氣體為氦氣和/或氬氣，所述形成面層時(shí)在氮?dú)夂?氣態(tài)烴氣氛下進(jìn)行。11、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，對(duì)不銹鋼靶材和非鐵金屬靶材所施加的電源的功率的比值為1.1-1.6。12、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述面層的非鐵金屬和中間層的非鐵金屬相同或不同，為釩、鉻、鈷、鎳、銅和鋅中的一種或幾種；所述基材為鎂合金、鈦合金和鋁合金中的一種或幾種。全文摘要本發(fā)明提供了一種鍍膜材料，該材料包括基材和鍍覆在基材表面的薄膜，所述薄膜包括底層和面層，所述底層含有鈦、鋁和鎂中的一種或幾種，其中，所述薄膜還包括中間層，所述中間層含有不銹鋼和非鐵金屬，所述面層含有不銹鋼的碳化物和/或氮化物以及非鐵金屬的碳化物和/或氮化物。與現(xiàn)有的鍍膜材料相比，本發(fā)明提供的鍍膜材料的薄膜同時(shí)具有較小的表面粗糙度、較高的硬度和較好的耐磨性。文檔編號(hào)B32B9/00GK101422977SQ2007101660公開日2009年5月6日申請(qǐng)日期2007年10月30日優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日發(fā)明者清宮,旺張,劍程,郭麗芬申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司