專利名稱：一種純銅表面磁控濺射制備耐磨抗電蝕合金層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種純銅表面磁控濺射制備耐
磨抗電蝕合金層的方法。
背景技術(shù)：
純銅具備優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，在導(dǎo)電元器件、熱交換器傳熱元件等零部件中得到廣泛的應(yīng)用。但在某些應(yīng)用場合，特別是要求耐磨抗電蝕的場合，純銅明顯表現(xiàn)出自身的不足。 以導(dǎo)電元器件電觸頭為例。電觸頭是真空斷路器的關(guān)鍵元件，理想的電觸頭材料應(yīng)具有以下性能①高的電流分?jǐn)嗄芰?；②高的承受電壓能力；③高的?dǎo)電率和導(dǎo)熱率； 抗熔焊性能好；⑤低的電弧燒損率；⑥低的觸頭磨損；⑦低的截流值；⑧良好的加工性能。
按照電觸頭材料的性能要求，目前很難找到能夠同時滿足上述性能指標(biāo)的整體材料。如果使用純銅制作電觸頭，雖然具備高的導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率和良好的加工性能，但是抗磨損、抗電蝕和抗熔焊性差。為了提高純銅的抗磨損、抗電蝕和抗熔焊性及力學(xué)強(qiáng)度，通過在純銅中加入其它合金元素，組成以銅為基的銅合金可以達(dá)到改善上述性能的目的。目前用作電觸頭材料的主要有W-Cu， Cu-Bi和Cu-Cr系列合金。近年來隨著大功率真空高壓開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，Cu-Cr系列的合金觸頭以其眾多的優(yōu)越性能大有取代W-Cu，Cu-Bi系列的合金觸頭材料之勢。Cu-Cr合金觸頭材料的優(yōu)勢在于Cu和Cr之間具有很小的互溶度。由Cu-Cr合金相圖可知，Cr在Cu中的固溶度108(TC時僅有0. 7% ， 600°C時幾乎不溶，從而使Cu和Cr都充分保留各自良好的性能，即具有較低熔點(diǎn)、高導(dǎo)電率和熱導(dǎo)率的Cu組元，有利于提高真空開關(guān)的分?jǐn)嗄芰?；Cr組元具有較高的熔點(diǎn)，能促使合金基體晶粒細(xì)化，有利于形成均勻、彌散分布的穩(wěn)定的強(qiáng)化相，既能保持材料的高導(dǎo)電性，又能提高其開斷能力以及力學(xué)性能，且不易產(chǎn)生熱電子發(fā)射。這種材料能夠保證真空開關(guān)具有良好的耐電壓、抗燒損、抗熔焊和低截流等特性。但是銅中Cr元素的加入在提高觸頭部分性能的同時，必然削弱其它性能，即以降低導(dǎo)電導(dǎo)熱能力為代價的。從而銅基合金遇到了傳導(dǎo)性與抗燒損、抗熔焊和低截流等特性難以兼顧的矛盾。因此，如果在純銅電觸頭表面制備抗燒損、抗熔焊、耐磨、抗電蝕銅基合金層，即可滿足上述電觸頭的綜合性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對整體純銅和Cu-Cr合金的優(yōu)點(diǎn)和不足，而提供一種純銅表面磁控濺射制備耐磨抗電蝕合金層的方法。具體地說，是在純銅表面磁控濺射鍍Cu-Cr合金制備耐磨抗電蝕合金層的方法，即以純銅為基礎(chǔ)材料，Cu-Cr合金為鍍材制成磁控靶，在真空條件下，利用輝光離子對Cu-Cr合金靶進(jìn)行轟擊，使靶材表面原子以一定能量逸出，然后沉積在純銅基材表面上，形成純銅/Cu-Cr合金。采用這種方法，可在純銅表面獲得耐磨抗電蝕好的合金層，其心部保持純銅優(yōu)良的導(dǎo)電性能，而表面充分展現(xiàn)Cu-Cr合金高的電流分?jǐn)嗄芰?、高的承受電壓能力、良好的抗熔焊性能、低的電弧燒損率和低的觸頭磨損等性能特點(diǎn)。 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的 —種純銅表面磁控濺射制備耐磨抗電蝕合金層的方法，包括以下步驟
第一步、對純銅表面進(jìn)行拋光、除油處理，晾干后裝爐； 第二步、抽真空至5X10—"-l(^Pa，通氬氣至15_30Pa，接通直流電源甲，在純銅與
真空室殼體之間加上200-400伏負(fù)偏壓，通過輝光離子轟擊對純銅表面進(jìn)行凈化、活化預(yù)
處理，清除純銅表面的油膜、氧化膜，轟擊時間6-10min，然后關(guān)閉直流電源甲；第三步、接通直流電源乙，在Cu-Cr合金磁控靶與真空室殼體之間加上300-500伏
負(fù)偏壓，通過輝光離子轟擊Cu-Cr合金磁控靶，使靶材表面原子以一定能量逸出，然后沉積
在純銅基材表面上，形成均勻的鍍覆層，時間60-180min，由鍍層厚度而定； 第四步、關(guān)閉直流電源乙，在氬氣保護(hù)下降溫，出爐后進(jìn)行拋光處理。 所述的步驟(1)拋光處理是指，對純銅表面待鍍部位用棉布輪或1000-1200目砂
布輪進(jìn)行拋光，以便使表面光潔有利于施鍍，并為鍍后拋光做前期準(zhǔn)備。 所述的步驟(1)除油處理是指，用酒精或丙酮擦洗，達(dá)到初步除油的目的。 所述的步驟(2)和(3)抽真空至O. 05-lPa，充氬后真空度15_30Pa，直流電源甲負(fù)
偏壓200-400伏，轟擊時間6-10min，關(guān)閉直流電源甲后才開啟直流電源乙，直流電源乙負(fù)
偏壓300-500伏，直流電源亦可一機(jī)兩用。 所述的步驟(2)和(3)的工藝參數(shù)優(yōu)選抽真空至0.05-lPa，充氬后真空度 20-25Pa，直流電源甲負(fù)偏壓250-350伏，轟擊時間7-9min，直流電源乙負(fù)偏壓350-450伏。
所述的Cu-Cr合金靶材成分以重量百分比計為Cu 70-90% 、 Cr 10-30 % 。
所述的鍍覆層為Cu-Cr合金，其成分以重量百分比計為Cu 70_90%、Cr 10-30%。 本發(fā)明的積極效果是 1、本發(fā)明的靶材經(jīng)磁控濺射逸出的原子沉積在純銅表面，鍍層中Cr原子分布進(jìn) 一步彌散，克服了鍍材原始組織成分均勻性差的不足。 2、本發(fā)明的鍍覆層為Cu-Cr合金，主要成分為銅，與基材純銅有相近的物理參數(shù)， 親和力高，特別是由于Cu， Cr的濺射率不同，前期沉積的膜層Cu含量高于靶材Cu含量，膜/ 基物理參數(shù)進(jìn)一步接近，親和力得到進(jìn)一步提升，且施鍍前離子轟擊基材凈化活化效果好， 鍍層附著力強(qiáng)。 3、本發(fā)明制作的電觸頭，心部保持純銅優(yōu)良的導(dǎo)電性能，表面具備Cu-Cr合金高 的電流分?jǐn)嗄芰?、高的承受電壓能力、良好的抗熔焊性能、低的電弧燒損率和低的磨損率等 綜合性能，還能節(jié)省價格相對較高的鉻資源。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
實施例1 : 厚度為2mm的純銅板材，長、寬尺寸為10mmX 20mm，在其表面磁控濺射鍍覆一層 Cu-Cr耐磨抗電蝕合金，工藝步驟為 第一步、將純銅表面拋光后裝爐，抽真空至約5X 10—乍a，通氬氣至15Pa ;
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第二步、接通直流電源甲，在純銅件與真空室殼體之間加上200V負(fù)偏壓，通過輝光離子轟擊對純銅表面進(jìn)行凈化、活化預(yù)處理，清除表面的油膜、氧化膜，轟擊時間10min，關(guān)閉直流電源甲； 第三步、接通直流電源乙，在Cu_Cr(15% wt)合金磁控靶與真空室殼體之間加上300伏負(fù)偏壓，通過輝光離子轟擊Cu-Cr合金靶，使靶材表面原子以一定能量逸出，然后沉積在純銅基材表面上，形成均勻的Cu-Cr(15% wt)合金鍍覆層，時間180min ;
第四步、關(guān)閉直流電源乙，在氬氣保護(hù)下降溫，出爐后進(jìn)行拋光處理。
實施例2 : 厚度為5mm的純銅板材，長、寬尺寸為12mmX 25mm，在其表面磁控濺射鍍覆一層Cu-Cr耐磨抗電蝕合金，工藝步驟同上，具體參數(shù)是 將純銅表面拋光后裝爐，抽真空至約10—屮a，通氬氣至25Pa ;接通直流電源甲，在純銅件與真空室殼體之間加上300V負(fù)偏壓，通過輝光離子轟擊對純銅表面進(jìn)行凈化、活化預(yù)處理，清除純銅表面的油膜、氧化膜，轟擊時間8min，關(guān)閉直流電源甲；然后接通直流電源乙，在Cu-Cr (20% wt)合金磁控耙與真空室殼體之間加上400伏負(fù)偏壓，通過輝光離子轟擊Cu-Cr合金靶，使靶材表面原子以一定能量逸出，然后沉積在純銅基材表面上，形成均勻的Cu-Cr(20% wt)合金鍍覆層，時間120min，關(guān)閉直流電源乙，在氬氣保護(hù)下降溫，出爐后
進(jìn)行拋光處理。
實施例3 : 厚度為8mm的純銅板材，長、寬尺寸為15mmX 30mm，在其表面磁控濺射鍍覆一層Cu-Cr耐磨抗電蝕合金，工藝步驟同上，具體參數(shù)是 將純銅表面拋光后裝爐，抽真空至約1Pa，通氬氣至30Pa ;接通直流電源甲，在純銅件與真空室殼體之間加上400V負(fù)偏壓，通過輝光離子轟擊對純銅表面進(jìn)行凈化、活化預(yù)處理，清除純銅表面的油膜、氧化膜，轟擊時間6min，關(guān)閉直流電源甲；然后接通直流電源乙，在Cu-Cr(30% wt)合金磁控耙與真空室殼體之間加上500伏負(fù)偏壓，通過輝光離子轟擊Cu-Cr合金靶，使靶材表面原子以一定能量逸出，然后沉積在純銅基材表面上，形成均勻的Cu-Cr (30% wt)合金鍍覆層，時間60min。關(guān)閉直流電源乙，在氬氣保護(hù)下降溫，出爐后進(jìn)行拋光處理。
權(quán)利要求
一種純銅表面磁控濺射制備耐磨抗電蝕合金層的方法，其特征在于該方法包括以下步驟第一步、對純銅表面進(jìn)行拋光、除油處理，晾干后裝爐；第二步、抽真空至5×10-2-100Pa，通氬氣至15-30Pa，接通直流電源甲，在純銅與真空室殼體之間加上200-400伏負(fù)偏壓，通過輝光離子轟擊對純銅表面進(jìn)行凈化、活化預(yù)處理，清除純銅表面的油膜、氧化膜，時間6-10min，然后關(guān)閉直流電源甲；第三步、接通直流電源乙，在Cu-Cr合金磁控靶與真空室殼體之間加上300-500伏負(fù)偏壓，通過輝光離子轟擊Cu-Cr合金靶，使靶材表面原子以一定能量逸出，然后沉積在純銅基材表面上，形成均勻的鍍覆層，時間60-180min，由鍍層厚度而定；第四步、關(guān)閉直流電源乙，在氬氣保護(hù)下降溫，出爐后進(jìn)行拋光處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純銅表面磁控濺射制備耐磨抗電蝕合金層的方法，其特 征在于所述的拋光處理是指，對純銅表面待鍍部位用棉布輪或1000-1200目砂布輪進(jìn)行 拋光，以便使表面光潔有利于施鍍，并為鍍后拋光做前期準(zhǔn)備。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純銅表面磁控濺射制備耐磨抗電蝕合金層的方法，其特 征在于所述的除油處理是指，用酒精或丙酮擦洗。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純銅表面磁控濺射制備耐磨抗電蝕合金層的方法，其特 征在于所述的抽真空至0. 05-lPa，充氬后真空度15-30Pa，直流電源甲負(fù)偏壓200-400伏， 轟擊時間6-10min，關(guān)閉直流電源甲后，才開啟直流電源乙，直流電源乙負(fù)偏壓300-500伏。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種純銅表面磁控濺射制備耐磨抗電蝕合金層的方法， 其特征在于所述的工藝參數(shù)優(yōu)選抽真空至0. 05-lPa，充氬后真空度20-25Pa，直流電源 甲負(fù)偏壓250-350伏，轟擊時間7-9min，直流電源乙負(fù)偏壓350-450伏。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純銅表面磁控濺射制備耐磨抗電蝕合金層的方法，其特 征在于所述的Cu-Cr合金靶材成分以重量百分比計為Cu70-90%、Cr 10-30%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純銅表面磁控濺射制備耐磨抗電蝕合金層的方法，其特 征在于所述的鍍覆層為Cu-Cr合金，其成分以重量百分比計為Cu70-90%、Cr 10-30%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種純銅表面磁控濺射制備耐磨抗電蝕合金層的方法，是將純銅表面拋光除油處理，晾干后裝爐；抽真空，通氬氣，接通直流電源甲，在純銅件與真空室殼體之間加上負(fù)偏壓，通過輝光離子轟擊清除純銅表面油膜、氧化膜，關(guān)閉直流電源甲；接通直流電源乙，在Cu-Cr合金磁控靶與真空室殼體之間加上負(fù)偏壓，通過輝光離子轟擊磁控靶，使靶材原子沉積在純銅表面上，形成均勻的Cu-Cr合金層；關(guān)閉直流電源乙，在氬氣保護(hù)下降溫，出爐后拋光。采用該方法，可在純銅表面獲得耐磨抗電蝕好的合金層，其心部保持純銅優(yōu)良的導(dǎo)電性，而表面充分展現(xiàn)Cu-Cr合金高的電流分?jǐn)嗄芰统惺茈妷耗芰Α⒘己玫目谷酆感阅?、低的電弧燒損率和磨損率等特點(diǎn)。
文檔編號C23G5/024GK101696490SQ20091006633
公開日2010年4月21日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者侯文義, 馮旭東, 曹晶晶, 蘇志俊, 袁慶龍 申請人:河南理工大學(xué);