專利名稱：多弧離子鍍納米多元素復(fù)合膜的低溫沉積工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種真空鍍膜表面處理工藝，具體涉及ー種多弧離子鍍納米多元素復(fù)合膜的低溫沉積エ藝。
背景技術(shù)：
多弧離子鍍膜技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于金屬表面處理的各個(gè)領(lǐng)域，其性能優(yōu)點(diǎn)也通過(guò)實(shí)踐被證明，但一般離子鍍時(shí)的溫度較高，膜層較粗糙，功能性鍍膜的溫度一般都在350°C以上，這樣的溫度不適應(yīng)于低回火溫度的鋼材，如高碳鋼，軸承鋼的回火溫度在195°C左右，350°C 以上的工作溫度使淬火后的金屬基體回火變軟，失去了使用價(jià)值，表面較粗糙的膜層對(duì)摩擦性能帶來(lái)了不利因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種利用多弧離子鍍膜設(shè)備對(duì)低回火溫度的鋼材進(jìn)行表面處理鍍功能性膜層、而不改變其已經(jīng)淬火的材料性能的多弧離子鍍納米多元素復(fù)合膜的低溫沉積エ藝。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
多弧離子鍍納米多元素復(fù)合膜的低溫沉積エ藝，其特征在于
由以下步驟實(shí)現(xiàn)
步驟ー將エ件除油清洗后烘干入爐，加熱烘烤50min，加熱溫度160°C ；
步驟ニ エ件室抽真空至3X 10_3 pa ；
步驟三采用離子轟擊鍍混合層,通入氬氣O. 1-0. 2pa ；
用鈦祀轟擊5min,祀電流60-65A ；
用鉻祀轟擊2min,祀電流60-65A ；
用招祀轟擊3min,祀電流60-65A ；
三種金屬的偏壓均為1000V，占空比均為50% ；
步驟四鈦、鉻、鋁三種金屬靶全部打開，鍍底層合金層，三種靶電流均在50A-60A，偏壓均為400V-500V，占空比均為60%-80%，時(shí)間均為20min ;通入氬氣O. lpa，氮?dú)釵. 3pa，エ件轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/min ；
步驟五保持鈦、鉻、鋁三種金屬靶全開，鍍上層合金層，三種金屬靶電流均為60A-80A，偏壓均為150V-350V，占空比均為25%_35%，時(shí)間均為30min ;通入氬氣O. lpa，氮?dú)?br> O.2pa，可燃烴類氣體O. 3pa，エ件轉(zhuǎn)速6轉(zhuǎn)/min ；
步驟六降低溫度至100°C以下，取出エ件。步驟五中，可燃烴類氣體選自甲烷、こ炔、丙烷。所述的多弧離子鍍納米多元素復(fù)合膜的低溫沉積エ藝，其特征在于
由以下步驟實(shí)現(xiàn)
步驟ー將エ件除油清洗后烘干入爐，加熱烘烤60min，加熱溫度140-150°C ；步驟ニ エ件室抽真空至6· 6X 10_3 pa ；
步驟三采用離子轟擊鍍混合層，通入氬氣O. 2pa ；
用鈦祀轟擊5min,祀電流60A ；
用鉻祀轟擊5min,祀電流70A ；
兩種金屬的偏壓均為1000V，占空比均為50-60% ；
步驟四鈦、鉻、鋁三種金屬靶全部打開，鍍底層合金層，鈦靶靶電流65A，鉻靶靶電流70A，鋁靶靶電流50A，偏壓均為150V — 200V，占空比均為60%_70%，時(shí)間均為25min ;通入氬 氣O. Ipa,氮?dú)釵. 3pa,エ件轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/min ；
步驟五保持鈦、鉻、鋁三種金屬靶全開，鍍上層合金層，鈦靶靶電流60A，鉻靶靶電流65A，鋁靶靶電流45-50A，偏壓均為200V-350V，占空比均為25%_35%，時(shí)間均為30min ;通入氬氣O. Ipa,氮?dú)釵. 2pa，可燃烴類氣體O. 3pa，エ件轉(zhuǎn)速6轉(zhuǎn)/min ；
步驟六降低溫度至100°C以下，取出エ件。步驟五中，可燃烴類氣體選自甲烷、こ炔、丙烷。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明可以使低回火溫度的材料在不改變淬火性質(zhì)的情況下，獲得納米級(jí)的膜層，而納米膜層的實(shí)現(xiàn)可以改變金屬材料的摩擦性，降低摩擦系數(shù)，減少金屬摩擦?xí)r的失重和升溫，提高工件的使用壽命，該膜層硬度高、晶粒細(xì)密、質(zhì)量好，可廣泛使用于各種金屬材料表面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明利用多弧離子鍍?cè)O(shè)備，使幾種金屬元素同時(shí)蒸發(fā)，在此過(guò)程中加入氮?dú)?、氬氣、可燃烴類氣體使其化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)エ件，調(diào)整速度，使エ件在經(jīng)過(guò)每種金屬靶材時(shí)停留的時(shí)間內(nèi)所沉積的膜層達(dá)到納米尺度，這樣幾種金屬膜層不斷相互重疊，就得到了納米復(fù)合膜層，同時(shí)采用高電壓，低占空比的轟擊法，控制溫度升高就可實(shí)現(xiàn)低溫鍍膜。具體エ藝流程為エ件除油清洗——進(jìn)爐加熱——工作室抽真空——轟擊鍍混合層——鍍合金底層——鍍合金上層——停機(jī)降溫——取出エ件。具體包括以下兩種技術(shù)方案
I、方案一的具體步驟
步驟ー將エ件除油清洗后烘干入爐，加熱烘烤50min，加熱溫度160°C ；
步驟ニ エ件室抽真空至3X 10_3 pa ；
步驟三采用離子轟擊鍍混合層,通入氬氣O. 1-0. 2pa ；
用鈦祀轟擊5min,祀電流60-65A ；
用鉻祀轟擊2min,祀電流60-65A ；
用招祀轟擊3min,祀電流60-65A ；
三種金屬的偏壓均為1000V，占空比均為50% ；
步驟四鈦、鉻、鋁三種金屬靶全部打開，鍍底層合金層，三種靶電流均在50A-60A，偏壓均為400V-500V，占空比均為60%-80%，時(shí)間均為20min ;通入氬氣O. lpa，氮?dú)釵. 3pa，エ件轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/min ；步驟五保持鈦、鉻、鋁三種金屬靶全開，鍍上層合金層，三種金屬靶電流均為60A-80A，偏壓均為150V-350V，占空比均為25%_35%，時(shí)間均為30min ;通入氬氣O. lpa，氮?dú)釵. 2pa，可燃烴類氣體O. 3pa，エ件轉(zhuǎn)速6轉(zhuǎn)/min ；
其中，可燃烴類氣體選自甲烷、こ炔、丙烷 步驟六降低溫度至100°C以下，取出エ件。(I)實(shí)施例一
步驟ー將エ件除油清洗后烘干入爐，加熱烘烤50min，加熱溫度160°C ；
步驟ニ エ件室抽真空至3X 10_3 pa ；
步驟三采用離子轟擊鍍混合層，通入IS氣O. Ipa ； 用鈦祀轟擊5min,祀電流65A ；
用鉻祀轟擊2min,祀電流65A ；
用招祀轟擊3min,祀電流65A ；
三種金屬的偏壓均為1000V，占空比均為50% ；
步驟四鈦、鉻、鋁三種金屬靶全部打開，鍍底層合金層，三種靶電流均在50A-60A，偏壓均為400V-500V，占空比均為70%-80%，時(shí)間均為20min ;通入氬氣O. lpa，氮?dú)釵. 3pa，エ件轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/min ；
步驟五保持鈦、鉻、鋁三種金屬靶全開，鍍上層合金層，三種金屬靶電流均為60A-70A，偏壓均為150V-250V，占空比均為25%_35%，時(shí)間均為30min ;通入氬氣O. lpa，氮?dú)釵. 2pa,乙塊O. 3pa,エ件轉(zhuǎn)速6轉(zhuǎn)/min ；
步驟六降低溫度至100°C以下，取出エ件。(2)實(shí)施例ニ
步驟ー將エ件除油清洗后烘干入爐，加熱烘烤50min，加熱溫度160°C ；
步驟ニ エ件室抽真空至3X 10_3 pa ；
步驟三采用離子轟擊鍍混合層，通入氬氣O. 2pa ；
用鈦祀轟擊5min,祀電流60A ；
用鉻祀轟擊2min,祀電流60A ；
用招祀轟擊3min,祀電流60A ；
三種金屬的偏壓均為1000V，占空比均為50% ；
步驟四鈦、鉻、鋁三種金屬靶全部打開，鍍底層合金層，三種靶電流均在50A-60A，偏壓均為400V-500V，占空比均為60%-80%，時(shí)間均為20min ;通入氬氣O. lpa，氮?dú)釵. 3pa，エ件轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/min ；
步驟五保持鈦、鉻、鋁三種金屬靶全開，鍍上層合金層，三種金屬靶電流均為60A-80A，偏壓均為250V-350V，占空比均為25%_35%，時(shí)間均為30min ;通入氬氣O. lpa，氮?dú)釵. 2pa,甲燒O. 3pa,エ件轉(zhuǎn)速6轉(zhuǎn)/min ；
步驟六降低溫度至100°C以下，取出エ件。2、方案ニ的具體步驟
步驟ー將エ件除油清洗后烘干入爐，加熱烘烤60min，加熱溫度140-150°C ；
步驟ニ エ件室抽真空至6· 6X 10_3 pa ；
步驟三采用離子轟擊鍍混合層，通入氬氣O. 2pa ；用鈦祀轟擊5min,祀電流60A ；
用鉻祀轟擊5min,祀電流70A ；
兩種金屬的偏壓均為1000V，占空比均為50-60% ；
步驟四鈦、鉻、鋁三種金屬靶全部打開，鍍底層合金層，鈦靶靶電流65A，鉻靶靶電流70A，鋁靶靶電流50A，偏壓均為150V — 200V，占空比均為60%_70%，時(shí)間均為25min ;通入氬氣O. Ipa,氮?dú)釵. 3pa,エ件轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/min ；
步驟五保持鈦、鉻、鋁三種金屬靶全開，鍍上層合金層，鈦靶靶電流60A，鉻靶靶電流65A，鋁靶靶電流45-50A，偏壓均為200V-350V，占空比均為25%_35%，時(shí)間均為30min ;通入氬氣O. Ipa,氮?dú)釵. 2pa，可燃烴類氣體O. 3pa，エ件轉(zhuǎn)速6轉(zhuǎn)/min ；
其中，可燃烴類氣體選自甲烷、こ炔、丙烷；
步驟六降低溫度至100°C以下，取出エ件。(I)實(shí)施例一
步驟ー將エ件除油清洗后烘干入爐，加熱烘烤60min，加熱溫度150°C ；
步驟ニ エ件室抽真空至6· 6X 10_3 pa ；
步驟三采用離子轟擊鍍混合層，通入氬氣O. 2pa ；
用鈦祀轟擊5min,祀電流60A ；
用鉻祀轟擊5min,祀電流70A ；
兩種金屬的偏壓均為1000V，占空比均為60% ；
步驟四鈦、鉻、鋁三種金屬靶全部打開，鍍底層合金層，鈦靶靶電流65A，鉻靶靶電流70A，鋁靶靶電流50A，偏壓均為150V — 200V，占空比均為60%_70%，時(shí)間均為25min ;通入氬氣O. Ipa,氮?dú)釵. 3pa,エ件轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/min ；
步驟五保持鈦、鉻、鋁三種金屬靶全開，鍍上層合金層，鈦靶靶電流60A，鉻靶靶電流65A，鋁靶靶電流45A，偏壓均為200V-350V，占空比均為25%_35%，時(shí)間均為30min ;通入氬氣O. Ipa,氮?dú)釵. 2pa,乙炔O. 3pa,エ件轉(zhuǎn)速6轉(zhuǎn)/min ；
步驟六降低溫度至100°C以下，取出エ件。(I)實(shí)施例ニ
步驟ー將エ件除油清洗后烘干入爐，加熱烘烤60min，加熱溫度140°C ；
步驟ニ エ件室抽真空至6· 6X 10_3 pa ；
步驟三采用離子轟擊鍍混合層，通入氬氣O. 2pa ；
用鈦祀轟擊5min,祀電流60A ；
用鉻祀轟擊5min,祀電流70A ；
兩種金屬的偏壓均為1000V，占空比均為50% ；
步驟四鈦、鉻、鋁三種金屬靶全部打開，鍍底層合金層，鈦靶靶電流65A，鉻靶靶電流70A，鋁靶靶電流50A，偏壓均為150V — 200V，占空比均為60%_70%，時(shí)間均為25min ;通入氬 氣O. Ipa,氮?dú)釵. 3pa,エ件轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/min ；
步驟五保持鈦、鉻、鋁三種金屬靶全開，鍍上層合金層，鈦靶靶電流60A，鉻靶靶電流65A，鋁靶靶電流50A，偏壓均為200V-350V，占空比均為25%_35%，時(shí)間均為30min ;通入氬氣O. Ipa,氮?dú)釵. 2pa,丙燒O. 3pa,エ件轉(zhuǎn)速6轉(zhuǎn)/min ；
步驟六降低溫度至100°C以下，取出エ件。
經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)及測(cè)試證明，在低于190°C的低回火溫度材料T8和Gcr 15鋼上鍍CrAITiCN膜層，其HV2850-3 600，結(jié)合力65-72N，摩擦系數(shù)O. 2-0. 35，鈦、鉻、鋁比達(dá)到4 3 3，均達(dá)到設(shè)計(jì)計(jì)量比。用此エ藝對(duì)低回火溫度鋼鍍膜，既可延長(zhǎng)エ件的使用壽命，又不會(huì)使エ件失去熱處理性能，其納米組織結(jié)構(gòu)細(xì)密，表面光滑，極大地改善了摩擦性能，CrAITiCN納米膜層的硬度比TiN高二倍，比AITiN高一倍，比CrN高近三倍，可做為工具、刀具、模具、航空、汽車磨損部件，紡機(jī)機(jī)械易損機(jī)件的鍍膜，用途范圍很廣。
權(quán)利要求
1.多弧離子鍍納米多元素復(fù)合膜的低溫沉積工藝，其特征在于 由以下步驟實(shí)現(xiàn) 步驟一將工件除油清洗后烘干入爐，加熱烘烤50min，加熱溫度160°C ； 步驟二 工件室抽真空至3X 10_3 pa ； 步驟三采用離子轟擊鍍混合層,通入氬氣0. 1-0. 2pa ； 用鈦祀轟擊5min,祀電流60-65A ； 用鉻祀轟擊2min,祀電流60-65A ；用招祀轟擊3min,祀電流60-65A ； 三種金屬的偏壓均為1000V，占空比均為50% ； 步驟四鈦、鉻、鋁三種金屬靶全部打開，鍍底層合金層，三種靶電流均在50A-60A，偏壓均為400V-500V，占空比均為60%-80%，時(shí)間均為20min ;通入氬氣0. lpa，氮?dú)?. 3pa，工件轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/min ； 步驟五保持鈦、鉻、鋁三種金屬靶全開，鍍上層合金層，三種金屬靶電流均為.60A-80A，偏壓均為150V-350V，占空比均為25%_35%，時(shí)間均為30min ;通入氬氣0. lpa，氮?dú)?0.2pa，可燃烴類氣體0. 3pa，工件轉(zhuǎn)速6轉(zhuǎn)/min ； 步驟六降低溫度至100°C以下，取出工件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多弧離子鍍納米多元素復(fù)合膜的低溫沉積工藝，其特征在于 步驟五中，可燃烴類氣體選自甲烷、乙炔、丙烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多弧離子鍍納米多元素復(fù)合膜的低溫沉積工藝，其特征在于 由以下步驟實(shí)現(xiàn) 步驟一將工件除油清洗后烘干入爐，加熱烘烤60min，加熱溫度140-150°C ； 步驟二 工件室抽真空至6. 6X 10_3 pa ； 步驟三采用離子轟擊鍍混合層，通入氬氣0. 2pa ； 用鈦祀轟擊5min,祀電流60A ； 用鉻祀轟擊5min,祀電流70A ； 兩種金屬的偏壓均為1000V，占空比均為50-60% ； 步驟四鈦、鉻、鋁三種金屬靶全部打開，鍍底層合金層，鈦靶靶電流65A，鉻靶靶電流.70A，鋁靶靶電流50A，偏壓均為150V — 200V，占空比均為60%_70%，時(shí)間均為25min ;通入氬氣0. Ipa,氮?dú)?. 3pa,工件轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/min ； 步驟五保持鈦、鉻、鋁三種金屬靶全開，鍍上層合金層，鈦靶靶電流60A，鉻靶靶電流.65A，鋁靶靶電流45-50A，偏壓均為200V-350V，占空比均為25%_35%，時(shí)間均為30min ;通入氬氣0. Ipa,氮?dú)?. 2pa，可燃烴類氣體0. 3pa，工件轉(zhuǎn)速6轉(zhuǎn)/min ； 步驟六降低溫度至100°C以下，取出工件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多弧離子鍍納米多元素復(fù)合膜的低溫沉積工藝，其特征在于 步驟五中，可燃烴類氣體選自甲烷、乙炔、丙烷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多弧離子鍍納米多元素復(fù)合膜的低溫沉積工藝。多弧離子鍍膜技術(shù)離子鍍時(shí)溫度高、膜層粗糙，不適于低回火溫度的鋼材，會(huì)使淬火后的金屬基體回火變軟。本發(fā)明主要特點(diǎn)是利用多弧離子鍍膜設(shè)備，在真空狀態(tài)下使至少三種金屬被加熱氣化，在至少二種氣體下進(jìn)行化合，通過(guò)控制一定的工件轉(zhuǎn)速，使其到達(dá)工件表面的每一種金屬膜層的尺度都被控制在一定的納米范圍內(nèi)，調(diào)整占空比和負(fù)偏壓。本發(fā)明在高電壓、低占空比的工藝條件下，可控制沉積溫度在185℃以下，可使熱處理淬火后的低回火溫度材料在不改變熱處理性質(zhì)的前提下鍍上多元素的復(fù)合膜層，以增加硬度和耐磨性，這種工藝可廣泛應(yīng)用于航空、汽車、工具、刀具、模具、紡機(jī)另部件的制造。
文檔編號(hào)C23C14/14GK102677003SQ20121018891
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者李林 申請(qǐng)人:李林