一種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法
【專利摘要】本發明公開了一種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，針對工程用零部件表面鍍層在鍍制過程、運輸過程以及使用過程形成的缺陷或損傷，本發明在真空環境下采用磁控濺射技術，使用和表面鍍層相同或相近的材料對缺陷或損傷進行修復。結合合適的前處理和后處理方法，磁控濺射沉積層能夠對各類不同鍍層上的缺陷或損傷進行有效修復。修復區性能等同或優于原鍍層，同時在經濟性和環保性方面也具有很大優勢。
【專利說明】—種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法
【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，涉及真空磁控濺射鍍膜【技術領域】，具體是利用該技術對電沉積、化學沉積鍍層表面缺陷或損傷進行修復，從而恢復工程用零部件鍍層的功能。
【背景技術】:
[0002]在各工程領域，電沉積、化學沉積金屬覆蓋層(包括鉻、鎳、銅、鋅等)被廣泛用來提高零件的外觀質量、導電性、耐腐蝕以及耐磨擦磨損等性能。在提供各種用途的涂層同時，由于電沉積、化學沉積過程涉及到溫度、鍍液配方、鍍液理化性能及鍍槽設置等工藝參數，完全避免電沉積、化學沉積過程的缺陷幾乎是不可能的。另外，電沉積、化學沉積后處理、后續加工、運輸乃至服役過程的輕微磕碰、刮擦及不合理安裝及使用也會造成金屬鍍層的損傷。
[0003]鍍層的缺陷和損傷會使其使用性能受到影響，嚴重的會導致相應零部件功能的喪失乃至設備無法運行。缺陷和損傷按幾何特點可以分為點狀、線狀和面狀三類。對已發生的缺陷和損傷，鍍層生產企業往往進行整體化學或機械退鍍后再重新實施電沉積、化學沉積工藝。上述工藝過程和電沉積、化學沉積過程一樣，存在著嚴重的污染問題。另外，對于僅發生在局部區域的鍍層缺陷和損傷進行上述處理，也存在著嚴重的浪費問題。近年來發展起來的電刷鍍和熱噴涂等技術，雖然可以實現局部修復，但前者存在著膜層結合力的問題，后者則受到材料體系的制約。
[0004]磁控濺射鍍膜技術是眾多真空鍍膜技術的一種，具有“低溫、高速”等優點。由于基于氣相過程，所以該技術完全避免了污染物的產生。由于濺射現象的廣泛性，可以使用和電沉積、化學沉積相同或相近的材料作為磁控濺射靶材，輔以合適的前處理和后處理，在工程用零部件鍍層缺陷或損傷位置處選擇性的沉積上材質相同、組織結構相似并且結合緊密的修復涂層。

【發明內容】
:
[0005]為克服現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種使用磁控濺射進行鍍層修復的方法。針對不同類型的電沉積、化學沉積鍍層，可以對缺陷或損傷位置進行選擇性的修復。修復區域具有和原鍍層材質相同、組織結構相似并且結合緊密的特點。和原有修復方法相比，本發明不僅具有明顯的經濟優勢，而且可以完全避免傳統修復方法所造成的污染。
[0006]本發明解決技術問題采用如下技術方案:
[0007]—種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，按如下步驟進行:
[0008](A)、對工程用零部件金屬鍍層表面缺陷或損傷位置進行物理及化學預清洗；
[0009](B)、對缺陷或損傷位置進行噴砂處理及鍍前清洗；
[0010](C)、選擇合適的裝夾具對待處理零件進行安裝，并使缺陷或損傷位置處于真空室內；[0011](D)、對真空室進行抽氣，對金屬鍍層缺陷或損傷位置進行加熱及等離子體清洗；
[0012](E)、向真空室內充入氬氣，并將壓力控制在0.5Pa-10Pa之間，當零件表面被加熱達到200-400°C時，進行步驟F ;
[0013](F)、將真空室內的濺射源通電，采用和電鍍層相同或相近的靶材，對缺陷或損傷位置進行濺射鍍膜；
[0014](G)、膜層厚度達到要求后，濺射源斷電，真空室充保護性氣體，保溫0.5-1小時后，斷開加熱電源，并等待零件降溫；
[0015](H)、零件溫度降到室溫后，取出零件并對缺陷或損傷位置進行后續加工，使其尺寸和外觀達到要求。
[0016]所述金屬鍍層缺陷包括電沉積、化學沉積過程中形成的針孔、麻點、起泡以及小面積的剝離和起皮；所述損傷包括運輸、安裝、使用過程中形成的點狀、線狀的碰傷、劃傷。
[0017]所述金屬鍍層是以裝飾、耐腐蝕、耐磨損為目的的，通過電沉積、化學沉積制備而得的覆蓋在工程用零部件表面的工程用金屬覆蓋層，為鉻、鎳、銅、鋅或鋁覆蓋層。
[0018]所述化學預清洗是以清除表面油污、灰塵、銹跡為目的而采用的清理手段，所述清理手段包括酒精清洗、噴砂、砂紙打磨。
[0019]步驟B中所述噴砂處理及鍍前清洗包括:采用200#以上石英砂作為磨料，對缺陷或損傷位置進行局部噴砂處理，并對鍍層完好區域進行保護，噴砂目的在于消除缺陷和損傷的銳邊，改善膜層結合狀況。
[0020]步驟D中所述加熱為電阻加熱或輻射加熱方式對待修復區域進行處理，根據材料體系的不同，處理溫度在200-400°C范圍內。
[0021]步驟D中所述等離子體清洗是將待處理工程用零部件置于負電位-50V~-200V，使真空室內發生等離子體輝光放電，并利用放電產生的氬離子對缺陷或損傷位置進行轟擊，清洗過程是為了提高修復涂層和工程用零部件基材以及已有涂層間結合力而進行的處理。
[0022]步驟G中所述膜層厚度比原電沉積、化學沉積涂層厚度高5~10微米。
[0023]步驟G中所述保護性氣體為純度大于99.9%的氮氣或氬氣。
[0024]所述加工采用磨削或拋光加工方法，使修復區域的尺寸和外觀達到使用要求。
[0025]與已有技術相比，本發明的有益效果體現在:
[0026]本發明針對不同類型的電沉積、化學沉積鍍層，可以對缺陷或損傷位置進行選擇性修復。修復區域具有和原鍍層材質相同、組織結構相似并且結合緊密的特點。和原有修復方法相比，本發明不僅具有明顯的經濟優勢，而且可以完全避免傳統修復方法所造成的污染。
[0027]以下通過【具體實施方式】，對本發明作進一步說明。
【具體實施方式】:
[0028]實施例:本發明零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，按如下步驟進行:
[0029]步驟1:物理及化學預清洗
[0030]針對缺陷和損傷位置結合后續修復要求，對工程用零部件進行去油、去污處理，再用酒精擦拭。清潔區域應包含零部件密封區域以及零件所有位于真空室以內的部分。[0031 ] 步驟2:噴砂處理和鍍前清洗
[0032]噴砂處理可以清除銳邊以及缺陷或損傷位置處結合力不足的原始鍍層，可以使幾何形狀復雜的缺陷或損傷變為對于一個小面積區域(對于點缺陷)或小面積的條帶區域(對于線缺陷)的處理，并可進一步提高表面清潔度/粗糙度從而最終使修復層結合牢固。
[0033]噴砂處理針對缺陷或損傷區域進行，對于數量較多的零件，可以加工專用護具；數量較少的，可以直接使用膠帶保護。噴砂處理可以采用的磨料為200#以上的石英砂，磨除的鍍層厚度應大于缺陷或損傷的深度，并小于膜層的整體厚度。
[0034]噴砂完成后用壓縮空氣吹除待修復區域的浮塵，再使用酒精對工程用零件位于真空室內部分，尤其是待修復的區域進行清洗并擦拭。
[0035]步驟3:零件裝夾和安裝
[0036]磁控濺射修復過程是在真空條件下完成的，除了小型零件可以整體放置在真空室內外，尺寸較大的零件必須采用合適的裝夾具進行安裝以滿足真空抽氣的要求。[0037]對于整體放置在真空室內的零件，需要進行適當固定或支撐，并使待修復缺陷或損傷位置位于磁控濺射源前6~IOcm (單靶濺射情況下)，或位于共焦焦點處(多靶共濺射情況下)。尺寸較大的桿狀零件，在滿足上述要求的同時，可以使用雙膠圈密封形式進行密封。對于待修復區域位于平面上或桿件直徑較大時，則可使用吸盤式密封形式進行密封。
[0038]步驟4:真空室抽氣、零件加熱和等離子體清洗
[0039]啟動泵抽系統對真空室抽氣，抽氣達到的系統本底真空優于lX10_3Pa、系統漏率低于容許漏率后，可對零件加熱并同時進行等離子體清洗。
[0040]對于小尺寸零件，可以整體加熱到指定溫度；尺寸較大的零件，通常采用電阻加熱或輻射加熱對缺陷或損傷區域進行局部加熱。根據基體材料以及鍍層材料的不同，加熱溫度控制在200~400°C之間。
[0041]加熱同時即可進行等離子體清洗。具體辦法是將真空室內通入氬氣，將真空度控制在0.5Pa~IOPa之間，將待處理工程用零部件置于負電位(-50V~-200V)，使真空室內發生等離子體輝光放電(約20分鐘)。電離產生的氬離子會進一步清洗缺陷或損傷位置，進而提高最終修復涂層的質量。
[0042]步驟5:通入工藝氣體到指定壓力
[0043]磁控濺射利用工藝氣體分子電離后產生的正離子對靶材的轟擊而產生濺射效應。需要鍍制金屬薄膜時，工藝氣體通常采用純度較高(純度>99.9% )的氬氣，工藝氣體的壓力(及真空室內的壓強)控制在0.5Pa~IOPa之間。
[0044]步驟6:濺射鍍膜
[0045]當真空室內氣體壓力(真空度)以及零件待修復區域溫度達到要求后，即可進行磁控濺射鍍膜對缺陷或損傷位置進行修復。
[0046]濺射所使用的靶材應盡量和電沉積、化學沉積鍍層的材質相同。修復的速度(沉積速率)和磁控濺射靶的數量以及單靶的功率密度密切相關。采用直流電源濺射時，靶功率密度控制在10~20W/cm2范圍。濺射修復層的厚度應比原電沉積、化學沉積涂層厚度高出5~10微米，以便于后續加工。
[0047]步驟7:保溫處理
[0048]磁控濺射修復層厚度達到要求后，即可斷開濺射電源。通入保護性氣體，對待處理區域進行保溫，其目的是減小修復區域新沉積的磁控濺射鍍層的內應力。保溫溫度和濺射時零件的溫度一致或略高；保溫時間隨濺射鍍層的厚度增加而增加，一般在0.5~I小時以內。
[0049]步驟8:后續加工
[0050]保溫時間達到要求后，便可斷開加熱電源，讓零件隨爐冷卻到室溫。根據零件的使用要求，進行后續加工。由于預留的加工余量僅為幾個微米，所以后續加工的手段通常為磨削或拋光處理。
[0051]根據上述方法描述，本發明可以實現對不同尺寸、不同幾何形狀、不同材料的電沉積、化學沉積鍍層表面缺陷或損傷的修復。上述方法描述僅給出了本發明的一類可行方式，其它利用磁控濺射及相似工藝對電沉積、化學沉積鍍層缺陷修復的方法亦屬于本發明專利的權利要求范圍。
【權利要求】
1.一種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，其特征在于按如下步驟進行: (A)、對工程用零部件金屬鍍層表面缺陷或損傷位置進行物理及化學預清洗； (B)、對缺陷或損傷位置進行噴砂處理及鍍前清洗； (C)、選擇合適的裝夾具對待處理零件進行安裝，并使缺陷或損傷位置處于真空室內； (D)、對真空室進行抽氣，對金屬鍍層缺陷或損傷位置進行加熱及等離子體清洗； (E)、向真空室內充入氬氣，并將壓力控制在0.5Pa-10Pa之間，當零件表面被加熱達到200-400°C時，進行步驟F ; (F)、將真空室內的濺射源通電，采用和電鍍層相同或相近的靶材，對缺陷或損傷位置進行濺射鍍膜； (G)、膜層厚度達到要求后，濺射源斷電，真空室充保護性氣體，保溫0.5-1小時后，斷開加熱電源，并等待零件降溫； (H)、零件溫度降到室溫后，取出零件并對缺陷或損傷位置進行后續加工，使其尺寸和外觀達到要求。
2.根據權利要求1所述的一種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，其特征在于，所述金屬鍍層缺陷包括電沉積、化學沉積過程中形成的針孔、麻點、起泡以及小面積的剝離和起皮；所述損傷包括運 輸、安裝、使用過程中形成的點狀、線狀的碰傷、劃傷。
3.根據權利要求1所述的一種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，其特征在于，所述金屬鍍層是以裝飾、耐腐蝕、耐磨損為目的的，通過電沉積、化學沉積制備而得的覆蓋在工程用零部件表面的工程用金屬覆蓋層，為鉻、鎳、銅、鋅或鋁覆蓋層。
4.根據權利要求1所述的一種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，其特征在于，所述化學預清洗是以清除表面油污、灰塵、銹跡為目的而采用的清理手段，所述清理手段包括酒精清洗、噴砂、砂紙打磨。
5.根據權利要求1所述的一種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，其特征在于，步驟B中所述噴砂處理及鍍前清洗包括:采用200#以上石英砂作為磨料，對缺陷或損傷位置進行局部噴砂處理，并對鍍層完好區域進行保護，噴砂目的在于消除缺陷和損傷的銳邊，改善膜層結合狀況。
6.根據權利要求1所述的一種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，其特征在于，步驟D中所述加熱為電阻加熱或輻射加熱方式對待修復區域進行處理，根據材料體系的不同，處理溫度在200-400°C范圍內。
7.根據權利要求1所述的一種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，其特征在于，步驟D中所述等離子體清洗是將待處理工程用零部件置于負電位-50V~-200V，使真空室內發生等離子體輝光放電，并利用放電產生的氬離子對缺陷或損傷位置進行轟擊，清洗過程是為了提高修復涂層和工程用零部件基材以及已有涂層間結合力而進行的處理。
8.根據權利要求1所述的一種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，其特征在于，步驟G中所述膜層厚度比原電沉積、化學沉積涂層厚度高5~10微米。
9.根據權利要求1所述的一種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，其特征在于，步驟G中所述保護性氣體為純度大于99.9%的氮氣或氬氣。
10.根據權利要求1所述的一種零件表面金屬鍍層缺陷的修復方法，其特征在于，所述加工采用磨削或拋光加工方法，使修復區域的尺寸和外觀達到使用要求。
【文檔編號】C23C14/35GK103898468SQ201410166454
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】王君, 楊林生, 董志良 申請人:安徽普威達真空科技有限公司