一種復合靶真空表面鍍膜工藝的制作方法
【專利摘要】本發明涉及表面處理【技術領域】，尤其是指一種復合靶真空表面鍍膜工藝。該鍍膜工藝選取鈦鉻合金作為靶材，在真空環境下完成，其中，真空環境的真空度要求為0.2～0.9Pa，溫度為0～300℃，靶電流為0～100A，脈沖偏壓為0～200V，反應氣體為氬氣；所述鈦鉻合金靶材，其組分按重量比為：40～85％的鈦、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、銅、鋁、釩中的一種或多種。本發明工藝簡單，科學合理，投資成本低，且操作運行簡便，大大提高了真空離子鍍膜的運行率和可操作性，迎合新型材料生產，可使產品表面獲得色澤鮮艷的金色，鍍膜色澤均勻、表面硬度高、耐磨性好、抗氧化性好。
【專利說明】—種復合靶真空表面鍍膜工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料表面處理【技術領域】，尤其是指一種復合靶真空表面鍍膜工藝。
【背景技術】
[0002]傳統的電鍍工藝主要是以水鍍為主，而水鍍會產生廢液、廢氣和廢物，如果處理不好，排放出去會造成環境污染，不環保，且治理難度大、投資也大，因而該工藝逐步受到限制。
[0003]隨后出現有物理氣相沉積(PVD)技術，主要是在真空環境下進行表面處理，物理氣相沉積本身分為三種:真空蒸發鍍膜、真空濺射鍍和真空離子鍍膜，尤其是真空離子鍍膜，近十年來發展最快，已經成為當今最先進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，利用氣體放電使靶材蒸發并使蒸發物質與氣體都發生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發物質及其反應產物沉積在工件上。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。
[0004]在此背景下，本 申請人:迎合市場發展的需求及新材料的應用，秉持著研究創新、精益求精之精神，利用其專業眼光和專業知識，研究出一種適宜產業利用的一種復合靶真空表面鍍膜工藝。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提俠一種工藝簡單，操作簡便，可使產品獲得極佳光亮度、色澤、硬度和耐磨性的一種復合靶真空表面鍍膜工藝。
[0006]為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0007]一種復合靶真空表面鍍膜工藝，該鍍膜工藝選取鈦鉻合金作為靶材，在真空環境下完成，其中，真空環境的真空度要求為0.2~0.9Pa，溫度為O~300°C，靶電流為O~100A，脈沖偏壓為O~200V，反應氣體為氬氣。
[0008]所述鈦鉻合金靶材，其組分按重量比為:40~85%的鈦、10~55%的鉻，余量為微
量元素。
[0009]所述脈沖偏壓的占空比為20%~90%。
[0010]所述靶材可設計為平面靶、弧源靶或圓柱靶；其中:靶材為平面靶時，靶電流為20~50A，電源為中頻電源或直流電源；為弧源靶時，靶電流為O~100A，電源為逆變電源或直流電源；為圓柱靶時，靶電流為O~50A，電源為中頻電源或直流電源。
[0011]本發明提供的一種復合靶真空表面鍍膜工藝，工藝簡單，操作簡便，適用于對工件表面改善處理，由此達到如下有益效果:
[0012]1、鈦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78~87尼特(nit).與黃金亮度、色澤相當接近。
[0013]2、利用鈦鉻合金 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，不但具有超強的耐磨及耐腐蝕性能，還大大提高了產品的功能性，也迎合了市場的需要；可適用于手表、手機、手飾及裝飾產品領域，采用該工藝后可使產品表面獲得色澤鮮艷的黃金色，鍍膜色澤均勻、表面硬度高、耐磨性好、抗氧化性好。
[0014]3、本發明工藝簡單，科學合理，投資成本低，且操作運行簡便，大大提高了真空離子鍍膜的運行率和可操作性，迎合新型材料生產，產品生產過程質量控制穩定可靠，符合產業優化升級的設計理念。
[0015]4、本發明是在真空環境下進行，可消除普通電鍍工藝帶來的環境污染和產品易氧化的缺陷，達到環保、節能。
【具體實施方式】
[0016]本發明提供的一種復合靶真空表面鍍膜工藝，該鍍膜工藝選取鈦鉻合金作為靶材，在真空環境下完成，其中，真空環境的真空度要求為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%，反應氣體為氬氣；所述鈦鉻合金靶材，其組分按重量比為:40~85%的鈦、10~55%的鉻，余量為微量元素，所述微量元素為鑰、鎳、鐵、碳、錳、硅、氮、锏、鋁、釩中的一種或多種。鈦鉻合金的性能參數:硬度:HRC36~38，密度:8.25 (g/cm3)，耐腐蝕性:僅次于黃金，亮度:經光譜分析儀測試L值為85,僅次于黃金。
[0017]若真空度過低時，其蒸發中的合金遇到殘留的氣體或者碰著鎢絲被加熱時產生的氣體，發生沖突而冷卻，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，蒸發物質的運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，但對生產設備要求會更高，生產難度也加大，因而選擇適宜的真空度，以符合鈦鉻合金作為靶材的生產，不僅可保證鍍膜質量，還可有效控制成本及優化生產。
[0018]采用動態偏壓和真空度控制方法，用真空電弧沉積技術制備鍍層，動態參數控制下沉積的膜層形態表現為層狀分布特征，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%的條件下進行。
[0019]實施例
[0020]實施例1:
[0021]選取鈦鉻合金靶材，其組分按重量比為:鈦的含量為60%、鉻的含量為30%、鑰的含量為6%、鎳的含量為2%、鐵的含量為1.7%、碳的含量為0.3%。鈦鉻合金靶材放入真空爐中，靶材可設計為弧源靶，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%，反應氣體為氬氣，氬氣為保護性氣體，防止合金發生氧化反應而影響鍍層質量。利用氣體放電使靶材蒸發并使蒸發物質與氣體都發生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發物質及其反應產物沉積在工件上，形成鍍層。試驗表明:利用上述的鈦鉻合金靶材進行電鍍，可使工件表面產品也獲得接近黃金的亮度和色澤，同時工件表面獲得較高的硬度和耐磨性，不但具有超強的耐磨及耐腐蝕性能，還大大提高了產品的功能性，也迎合了市場的需要。在實際生產時，還可通過控制電鍍時間來控制鍍膜的厚度。
[0022]實施例2:
[0023]選取鈦鉻合金靶材，其組分按重量比為:鈦的含量為65%、鉻的含量為30%、鑰的含量為4%、鎳的含量為0.6 %、鐵的含量為0.3%、碳的含量為0.1 %。鈦鉻合金靶材放入真空爐中，靶材可設計為圓柱靶，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%，反應氣體為氬氣，氬氣為保護性氣體，防止合金發生氧化反應而影響鍍層質量。利用氣體放電使靶材蒸發并使蒸發物質與氣體都發生電離，利用電場的加速作用，使被蒸發物質及其反應產物沉積在工件上，形成鍍層。試驗表明:利用上述的鈦鉻合金靶材進行電鍍，可使工件表面產品還是能獲得接近黃金的亮度和色澤，同時工件表面的硬度和耐磨性適宜，不但具有超強的耐磨及耐腐蝕性能，還大大提高了產品的功能性，也迎合了市場的需要。在實際生產時，還可通過控制電鍍時間來控制鍍膜的厚度。
[0024]本發明是在選定的真空環境下進行，可消除水電鍍工藝帶來的環境污染和產品易氧化的缺陷，達到環保、節能。工藝簡單，科學合理，投資成本低，且操作運行簡便，大大提高了真空離子鍍膜的運行率和可操作性，適合新型材料生產，產品生產過程質量控制穩定可靠，符合產業優化升級的設計理念。
[0025]以下為對采用本發明工藝生產的產品所做的試驗:
[0026]一、試驗目的:旨在模擬人體汗液對工件表面的影響。
[0027]測試設備:1)、恒溫箱；2)、密閉玻璃容器。
[0028]測試步驟:
[0029]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，以氫氧化鈉調節PH到4.7，加水稀釋至I升。
[0030]2、往玻璃容器內盛入已配好的人工汗液(深度約6-10mm)。
[0031]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果重現性不好)。
[0032]4、用噴霧器將人工汗液的細霧噴灑在試樣的表面，并立即將試樣置于玻璃容器內
[0033]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±2°C。
[0034]6、到達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。
[0035]結果評估:與未經測試的試樣比較，在試樣有效表面上覆蓋層的色澤不發生變化，部分出現可用絨布抹掉的淺灰斑，但并沒有出現鹽析及銹蝕。
[0036]引用標準:IS03160_2:2003 section8.4、試驗目的:旨在測試工件表面鍍層的抗腐蝕能力。
[0037]測試設備:1)、鹽霧機；2)、空氣壓縮機。
[0038]測試步驟:
[0039]1、配制5%氯化鈉(AR)溶液，以氫氧化鈉(AR)調節PH到6.5~7.2，將配制好的溶液倒入機器后的貯水槽中。
[0040]2、打開電源開關設置測試條件:[0041]測試條件:
[0042]壓縮空氣壓力:1.00±0.01kgf/cm2
[0043]噴霧量:1.0-2.0ml/80cm2/h
[0044]壓力桶溫度:47 ± I °C
[0045]試驗室溫度:35 ± I °C
[0046]試驗室相對濕度:85%以上
[0047]3、溫度恒定后，將待測工件放入鹽霧測試箱中。
[0048]4、設定時間，并將噴霧開關打開。
[0049]5、到達設定時間后，將測試樣品拿出洗凈，觀察外觀情況。
[0050]結果評估:試樣表面沒有肉眼可見的明顯的腐蝕點和腐蝕沉積物，或整個區域腐蝕，合格。
[0051]引用標準:IS09227:2006
[0052]三、試驗目的:旨在使電鍍表面具有符合要求的附著性能
[0053]測試設備:1)、研磨機；2)、研磨石。
[0054]測試步驟:`
[0055]1、將磨料放入研磨機內，
[0056]研磨石特征:尺寸:直徑為3mm.，長度為9mm，兩端切成45± 10°C角；硬度:6-7Mohs;最長使用時間:500h
[0057]水和表面活性劑:
[0058]比例約IL容積的研磨石，200mL的水6mL濃縮的表面活性劑
[0059]2、檢查工件的外觀，保證無松、爛等不良外觀，并將其放入研磨機內。
[0060]3、蓋好蓋子，起動研磨機；
[0061]4、時間到達后觀察工件的磨損情況。
[0062]結果:試樣表面覆蓋層沒有剝落或嚴重磨損，耐磨測試合格。
[0063]引用標準:IS03160_31993 5.2。
【權利要求】
1.一種復合靶真空表面鍍膜工藝，其特征在于:該鍍膜工藝選取鈦鉻合金作為靶材，在真空環境下完成，其中，真空環境的真空度要求為0.2~0.9Pa，溫度為O~300°C，靶電流為O~100A，脈沖偏壓為O~200V，反應氣體為氬氣。
2.根據權利要求1所述的一種復合靶真空表面鍍膜工藝，其特征在于:所述鈦鉻合金革巴材，其組分按重量比為:40~85%的鈦、10~55%的鉻,余量為微量元素,所述微量元素為鑰、鎳、鐵、碳、猛、娃、氮、鈦、銅、招、銀中的一種或多種。
3.根據權利要求2所述的一種金屬電鍍靶材，其特征在于:所述鈦鉻合金靶材，其組分按重量比為:鈦的含量為63%、鉻的含量為27%、鑰的含量為5.5%、鎳的含量為2.5%、鐵的含量為1.75%、碳的含量為0.25%。
4.根據權利要求1所述的一種復合靶真空表面鍍膜工藝，其特征在于:所述脈沖偏壓的占空比為20%~90%。
5.根據權利要求1所述的一種復合靶真空表面鍍膜工藝，其特征在于:靶材可設計為平面靶、弧源靶或圓柱靶；其中:靶材為平面靶時，靶電流為O~50A，電源為中頻電源或直流電源；為弧源靶時，靶電流為O~100A，電源為逆變電源或直流電源；為圓柱靶時，靶電流為O~50A.電源為中頻電源或直流電源。
【文檔編號】C23C14/32GK103668087SQ201210352694
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月21日 優先權日:2012年9月21日
【發明者】袁萍 申請人:無錫慧明電子科技有限公司