專利名稱：一種真空離子鍍膜工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電鍍技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種真空離子鍍膜工藝。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電鍍工藝主要是以水鍍?yōu)橹?，而水鍍會產(chǎn)生廢液、廢氣和廢物，如果處 理不好，排放出去會造成環(huán)境污染，不環(huán)保，且治理難度大、投資也大，因而該工藝逐 步受到限制。隨后出現(xiàn)有物理氣相沉積(PVD)技術(shù)，主要是在真空環(huán)境下進(jìn)行表面處理， 物理氣相沉積本身分為三種真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍和真空離子鍍膜，尤其是真空 離子鍍膜，近十年來發(fā)展最快，已經(jīng)成為當(dāng)今最先進(jìn)的表面處理方式之一。真空離子鍍 膜的原理是在真空條件下，采用低電壓、大電流的電弧放電技術(shù)，利用氣體放電使靶材 蒸發(fā)并使蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發(fā)物質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn) 物沉積在工件上。工件表面處理主要是裝飾鍍膜和工具鍍膜，裝飾鍍膜可改善工件表面 的光亮度和色澤，而工具鍍膜可提高工件表面的硬度和耐磨性。在此背景下，本申請人迎合市場發(fā)展的需求及新材料的應(yīng)用，秉持著研究創(chuàng) 新、精益求精之精神，利用其專業(yè)眼光和專業(yè)知識，研究出一種適宜產(chǎn)業(yè)利用的真空離 子鍍膜工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單，操作簡便，可使產(chǎn)品獲得極佳光亮度、 色澤、硬度和耐磨性的真空離子鍍膜工藝。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種真空離子鍍膜工藝，該鍍膜工藝選取鈷鉻合金作為靶材，在真空環(huán)境下完成， 其中，真空環(huán)境的真空度要求為0.2 0.9Pa，溫度為0 300°C，靶電流為0 100A，脈沖偏 壓為0 200V，反應(yīng)氣體為氬氣。所述鈷鉻合金靶材，其組分按重量比為40 85%的鈷、10 55%的鉻，余量為 微量元素，所述微量元素為鉬、鎳、鐵、碳、錳、硅、氮、鈦、銅、鋁、釩中的一種或 多種。所述脈沖偏壓的占空比為20% 90%。所述靶材可設(shè)計為平面靶、弧源靶或圓柱靶；其中靶材為平面靶時，靶電流 為0 50A，電源為中頻電源或直流電源；為弧源靶時，靶電流為0 100A，電源為逆變電 源或直流電源；為圓柱靶時，靶電流為0 50A，電源為中頻電源或直流電源。本發(fā)明提供的真空離子鍍膜工藝，工藝簡單，操作簡便，適用于對工件表面改 善處理，由此達(dá)到如下有益效果
1、鈷鉻合金薄膜可輕易地覆在工件表面，獲得極佳光亮度和色澤，亮度可達(dá)78 87 尼特(nit)，與白金亮度、色澤相當(dāng)接近。
2、利用鈷鉻合金薄膜覆在工件表面，可使工件表面的硬度和耐磨性大幅提升， 不但具有超強(qiáng)的耐磨及耐腐蝕性能，還大大提高了產(chǎn)品的功能性，也迎合了市場的需 要；可適用于手表、手機(jī)、手飾及裝飾產(chǎn)品領(lǐng)域，采用該工藝后可使產(chǎn)品表面獲得色澤 鮮艷的白金色，鍍膜色澤均勻、表面硬度高、耐磨性好、抗氧化性好。3、本發(fā)明工藝簡單，科學(xué)合理，投資成本低，且操作運(yùn)行簡便，大大提高了 真空離子鍍膜的運(yùn)行率和可操作性，迎合新型材料生產(chǎn)，產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)量控制穩(wěn)定可 靠，符合產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級的設(shè)計理念。4、本發(fā)明是在真空環(huán)境下進(jìn)行，可消除水電鍍工藝帶來的環(huán)境污染和產(chǎn)品易氧 化的缺陷，達(dá)到環(huán)保、節(jié)能。
具體實施例方式本發(fā)明提供的真空離子鍍膜工藝，該鍍膜工藝選取鈷鉻合金作為靶材，在真空 環(huán)境下完成，其中，真空環(huán)境的真空度要求為0.2 0.9Pa，溫度為0 300°C，靶電流為 0-100A,脈沖偏壓為0 200V，脈沖偏壓的占空比為20% 90%，反應(yīng)氣體為氬氣；所述 鈷鉻合金靶材，其組分按重量比為40 85%的鈷、10 55%的鉻，余量為微量元素，所 述微量元素為鉬、鎳、鐵、碳、錳、硅、氮、鈦、銅、鋁、釩中的一種或多種。鈷鉻合 金的性能參數(shù)硬度HRC 36 38，密度8.25 (g/cm3)，耐腐蝕性僅次于白金，亮 度經(jīng)光譜分析儀測試L值為85，僅次于白金的L值88。若真空度過低時，其蒸發(fā)中的合金遇到殘留的氣體或者碰著鎢絲被加熱時產(chǎn)生 的氣體，發(fā)生沖突而冷卻，形成的晶粒，也就不能均勻分散，會大大降低鍍膜的密著 性。若真空度過高，則鎢絲的溫度亦高時，蒸發(fā)物質(zhì)的運(yùn)動能量也因此會提高，被鍍 膜件表面所附著的合金密度非常高，鍍膜性能因此而得到提升，但對生產(chǎn)設(shè)備要求會更 高，生產(chǎn)難度也加大，因而選擇適宜的真空度，以符合鈷鉻合金作為靶材的生產(chǎn)，不僅 可保證鍍膜質(zhì)量，還可有效控制成本及優(yōu)化生產(chǎn)。采用動態(tài)偏壓和真空度控制方法，用真空電弧沉積技術(shù)制備鍍層，動態(tài)參數(shù)控 制下沉積的膜層形態(tài)表現(xiàn)為層狀分布特征，膜層具有較高的致密性和高的顯微硬度，以 及良好的耐磨性能。脈沖偏壓對真空電弧沉積薄膜組織與性能的影響是隨脈沖偏壓幅 值和脈寬比的增大，膜層具有較高的顯微硬度和耐磨性，但在過高的脈沖偏壓和脈寬比 的沉積條件下，膜層的性能有下降的趨勢，本工藝由此選擇在脈沖偏壓為0 200V，脈沖 偏壓的占空比為20% 90%的條件下進(jìn)行。實施例1:
選取鈷鉻合金靶材，其組分按重量比為鈷的含量為63%、鉻的含量為27%、鉬的 含量為5.5%、鎳的含量為2.5%、鐵的含量為1.75%、碳的含量為0.25%。鈷鉻合金靶 材放入真空爐中，靶材可設(shè)計為平面靶，靶電流為35A，電源為中頻電源或直流電源， 真空爐內(nèi)的真空度要求為0.9Pa，溫度為300°C，脈沖偏壓為200V，脈沖偏壓的占空比為 90%,反應(yīng)氣體為氬氣，氬氣為保護(hù)性氣體，防止合金發(fā)生氧化反應(yīng)而影響鍍層質(zhì)量。 利用氣體放電使靶材蒸發(fā)并使蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離，利用電場的加速作用，使被 蒸發(fā)物質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件上，形成鍍層。利用上述的鈷鉻合金靶材進(jìn)行電鍍， 試驗表明可使工件表面產(chǎn)品獲得接近白金的亮度和色澤，同時工件表面的硬度和耐磨性也較高，不但具有超強(qiáng)的耐磨及耐腐蝕性能，還大大提高了產(chǎn)品的功能性，也迎合了 市場的需要。在實際生產(chǎn)時，還可通過控制電鍍時間來控制鍍膜的厚度。實施例2:
選取鈷鉻合金靶材，其組分按重量比為鈷的含量為60%、鉻的含量為30%、鉬的 含量為6%、鎳的含量為2%、鐵的含量為1.7%、碳的含量為0.3%。鈷鉻合金靶材放入 真空爐中，靶材可設(shè)計為弧源靶，靶電流為90A，電源為逆變電源或直流電源，真空爐 內(nèi)的真空度要求為0.8Pa，溫度為270°C，脈沖偏壓為180V，脈沖偏壓的占空比為80%， 反應(yīng)氣體為氬氣，氬氣為保護(hù)性氣體，防止合金發(fā)生氧化反應(yīng)而影響鍍層質(zhì)量。利用氣 體放電使靶材蒸發(fā)并使蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發(fā)物 質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件上，形成鍍層。試驗表明利用上述的鈷鉻合金靶材進(jìn)行電 鍍，可使工件表面產(chǎn)品也獲得接近白金的亮度和色澤，同時工件表面獲得較高的硬度和 耐磨性，不但具有超強(qiáng)的耐磨及耐腐蝕性能，還大大提高了產(chǎn)品的功能性，也迎合了市 場的需要。在實際生產(chǎn)時，還可通過控制電鍍時間來控制鍍膜的厚度。實施例3:
選取鈷鉻合金靶材，其組分按重量比為鈷的含量為65%、鉻的含量為30%、鉬的 含量為4%、鎳的含量為0.6%、鐵的含量為0.3%、碳的含量為0.1%。鈷鉻合金靶材放入 真空爐中，靶材可設(shè)計為圓柱靶，靶電流為40A，電源為中頻電源或直流電源，真空爐 內(nèi)的真空度要求為0.6Pa，溫度為260°C，脈沖偏壓為150V，脈沖偏壓的占空比為65%， 反應(yīng)氣體為氬氣，氬氣為保護(hù)性氣體，防止合金發(fā)生氧化反應(yīng)而影響鍍層質(zhì)量。利用氣 體放電使靶材蒸發(fā)并使蒸發(fā)物質(zhì)與氣體都發(fā)生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發(fā)物 質(zhì)及其反應(yīng)產(chǎn)物沉積在工件上，形成鍍層。試驗表明利用上述的鈷鉻合金靶材進(jìn)行電 鍍，可使工件表面產(chǎn)品還是能獲得接近白金的亮度和色澤，同時工件表面的硬度和耐磨 性適宜，不但具有超強(qiáng)的耐磨及耐腐蝕性能，還大大提高了產(chǎn)品的功能性，也迎合了市 場的需要。在實際生產(chǎn)時，還可通過控制電鍍時間來控制鍍膜的厚度。本發(fā)明是在選定的真空環(huán)境下進(jìn)行，可消除水電鍍工藝帶來的環(huán)境污染和產(chǎn)品 易氧化的缺陷，達(dá)到環(huán)保、節(jié)能。工藝簡單，科學(xué)合理，投資成本低，且操作運(yùn)行簡 便，大大提高了真空離子鍍膜的運(yùn)行率和可操作性，適合新型材料生產(chǎn)，產(chǎn)品生產(chǎn)過程 質(zhì)量控制穩(wěn)定可靠，符合產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級的設(shè)計理念。以下為對采用本發(fā)明工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品所做的試驗 一、試驗?zāi)康闹荚谀M人體汗液對工件表面的影響。測試設(shè)備1)、恒溫箱；2)、密閉玻璃容器。測試步驟
1、配制人工汗液20克氯化鈉、17.5克氯化銨、5克尿素、2.5克醋酸、15克乳 酸，以氫氧化鈉調(diào)節(jié)PH到4.7，加水稀釋至1升。2、往玻璃容器內(nèi)盛入已配好的人工汗液(深度約6-10mm)。3、將試樣懸掛在掛鉤上，距液面和器壁至少30mm (注不能懸掛在掛鉤上的 可以放在浸透人工汗的棉織物上，但此種放置方法試樣結(jié)果重現(xiàn)性不好)。4、用噴霧器將人工汗液的細(xì)霧噴灑在試樣的表面，并立即將試樣置于玻璃容器 內(nèi)。
5、將玻璃容器連待測工件一同放于恒溫箱中，將溫度控制在40士2°C。6、到達(dá)測試時間后取出工件，用水清洗工件表面，以軟布擦干，檢查工件表面 是否有被浸蝕，降解或電鍍層脫落的痕跡。結(jié)果評估與未經(jīng)測試的試樣比較，在試樣有效表面上覆蓋層的色澤不發(fā)生變 化，部分出現(xiàn)可用絨布抹掉的淺灰斑，但并沒有出現(xiàn)鹽析及銹蝕。引用標(biāo)準(zhǔn)IS03160-2 2003 section8.4
二、試驗?zāi)康闹荚跍y試工件表面鍍層的抗腐蝕能力。測試設(shè)備1)、鹽霧機(jī)；2)、空氣壓縮機(jī)。測試步驟
1、配制5%氯化鈉(AR)溶液，以氫氧化鈉(AR)調(diào)節(jié)PH到6.5 7.2，將配制好 的溶液倒入機(jī)器后的貯水槽中。2、打開電源開關(guān)設(shè)置測試條件 測試條件
壓縮空氣壓力 1.00 士0.01 kgf/cm2 噴霧量1.0-2.0 ml/80cm2/h
壓力桶溫度 47 士 1°C 試驗室溫度 35 士 1°C 試驗室相對濕度85%以上
3、溫度恒定后，將待測工件放入鹽霧測試箱中。4、設(shè)定時間，并將噴霧開關(guān)打開。5、到達(dá)設(shè)定時間后，將測試樣品拿出洗凈，觀察外觀情況。結(jié)果評估試樣表面沒有肉眼可見的明顯的腐蝕點(diǎn)和腐蝕沉積物，或整個區(qū)域 腐蝕，合格。引用標(biāo)準(zhǔn)IS09227 2006
三、試驗?zāi)康闹荚谑闺婂儽砻婢哂蟹弦蟮母街阅?測試設(shè)備1)、研磨機(jī)；2)、研磨石。測試步驟
1、將磨料放入研磨機(jī)內(nèi)，
研磨石特征尺寸直徑為3mm.，長度為9mm，兩端切成45士 10°C角；硬度 6-7Mohs ；最長使用時間500h 水和表面活性劑 比例約IL容積的研磨石，200mL的水6mL濃縮的表面活性劑
2、檢查工件的外觀，保證無松、爛等不良外觀，并將其放入研磨機(jī)內(nèi)。3、蓋好蓋子，起動研磨機(jī)；
4、時間到達(dá)后觀察工件的磨損情況。結(jié)果試樣表面覆蓋層沒有剝落或嚴(yán)重磨損，耐磨測試合格。引用標(biāo)準(zhǔn)IS03160-31993 5.2。
權(quán)利要求
1.一種真空離子鍍膜工藝，其特征在于該鍍膜工藝選取鈷鉻合金作為靶材，在真 空環(huán)境下完成，其中，真空環(huán)境的真空度要求為0.2 0.9Pa，溫度為0 300°C，靶電流為 0-100A,脈沖偏壓為0 200V，反應(yīng)氣體為氬氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空離子鍍膜工藝，其特征在于所述鈷鉻合金靶 材，其組分按重量比為40 85%的鈷、10 55%的鉻，余量為微量元素，所述微量元素 為鉬、鎳、鐵、碳、錳、硅、氮、鈦、銅、鋁、釩中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種金屬電鍍靶材，其特征在于所述鈷鉻合金靶材，其 組分按重量比為鈷的含量為63%、鉻的含量為27%、鉬的含量為5.5%、鎳的含量為 2.5%、鐵的含量為1.75%、碳的含量為0.25%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空離子鍍膜工藝，其特征在于所述脈沖偏壓的占 空比為20% 90%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空離子鍍膜工藝，其特征在于靶材可設(shè)計為平面 靶、弧源靶或圓柱靶；其中靶材為平面靶時，靶電流為0 50A，電源為中頻電源或直 流電源；為弧源靶時，靶電流為0 100A，電源為逆變電源或直流電源；為圓柱靶時，靶 電流為0 50A，電源為中頻電源或直流電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及電鍍技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種真空離子鍍膜工藝。該鍍膜工藝選取鈷鉻合金作為靶材，在真空環(huán)境下完成，其中，真空環(huán)境的真空度要求為0.2~0.9Pa，溫度為0~300℃，靶電流為0~100A，脈沖偏壓為0~200V，反應(yīng)氣體為氬氣；所述鈷鉻合金靶材，其組分按重量比為40~85%的鈷、10~55%的鉻，余量為微量元素，所述微量元素為鉬、鎳、鐵、碳、錳、硅、氮、鈦、銅、鋁、釩中的一種或多種。本發(fā)明工藝簡單，科學(xué)合理，投資成本低，且操作運(yùn)行簡便，大大提高了真空離子鍍膜的運(yùn)行率和可操作性，迎合新型材料生產(chǎn)，可使產(chǎn)品表面獲得色澤鮮艷的白金色，鍍膜色澤均勻、表面硬度高、耐磨性好、抗氧化性好。
文檔編號C23C14/32GK102021520SQ20101061471
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者許正誠 申請人:許正誠