本發明涉及一種金屬材料表面改性技術領域，特別涉及一種不銹鋼薄板表面TiN-Ti復合覆層的制備方法。
背景技術：
目前，不銹鋼薄板是一種價格不高的材料，已經廣泛應用于各行各業，但是客戶對它的表面質量要求非常高。不銹薄板在生產過程中不可避免會出現各種缺陷，如劃傷、麻點、沙孔、暗線、折痕、污染等，從而其表面質量，象劃傷、折痕等這些缺陷是高級材不允許出現的，而麻點、沙孔這種缺陷在勺、匙、叉、制作時也是決不允許的，因為拋光時很難拋掉它。需要根據表面各種缺陷出現的程度和頻率，來確定其表質量等級，從而來確定產品等級。
因此，現在有必要研發出一種不銹鋼薄板表面TiN-Ti復合覆層的制備方法，來增加不銹鋼表面的耐磨性。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是，針對現有的不足，提供一種沉積速率快、質量可控、工作效率高的不銹鋼薄板表面TiN-Ti復合覆層的制備方法。
為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是，該不銹鋼薄板表面TiN-Ti復合覆層的制備方法，包括以下步驟：
（1）不銹鋼薄板的清洗：為了去除油漬，先用濃度為3.5~4.5 %碳酸鈉堿液清洗不銹鋼薄板10~15min，清洗時溫度為65~75℃；然后為了去除氧化皮在濃度為3.5~4.5%稀硫酸中清洗10~15min；再將不銹鋼薄板先后放入丙酮溶液、乙醇溶液和去離子水中超聲25~35min，以提高基板表面活性，吹干待用；
（2）制備Ti覆層：將步驟（1）中清洗后的不銹鋼薄板置于磁控濺射設備的基片臺上作為陽極，將金屬鈦靶放入磁控濺射設備的靶材座上作為陰極，且調節靶材座與基片座的距離，使兩者之間的距離保持在20mm；啟動機械泵，打開旁抽閥Ⅱ，對真空腔室抽真空；當真空度達到1~8Pa時，關閉旁抽閥Ⅱ，打開旁抽閥Ⅰ，并啟動分子泵，打開閘板閥，采用分子泵對真空腔室進一步抽真空；當分子泵加速后穩定運行直至真空度達到1~5×10-3Pa；打開氬氣閥，通入氬氣，對基板進行離子束清洗，清洗時間為3~5 min；待磁控濺射設備的真空度達到4~8Pa時，調節磁控濺射沉積條件：預熱不銹鋼薄板至300~500℃；放電電壓300V~400V、電流10~20A、沉積速率為1.0~2.0μm/min；沉積時間20~60min，制得Ti覆層的不銹鋼薄板；依次關閉電流、放電電壓和氬氣閥，解除真空，關閉分子泵，開啟進氣閥，通入空氣，并待不銹鋼薄板冷卻至室溫后，取出Ti覆層的不銹鋼薄板；
（3）制備TiN-Ti復合覆層：將步驟（2）制得Ti覆層的不銹鋼薄板放入離子氮化爐中，選擇NH3為滲氮氣體，氣壓為450~500Pa，滲氮溫度為800~900℃，陰電極電壓為600~700V，滲氮8~12h后，再維持正常輝光放電冷卻1h，斷開電源，關閉氣體，隨爐冷卻至室溫，即得TiN-Ti復合覆層的不銹鋼薄板。
進一步改進在于，在所述步驟（3）中不銹鋼薄板表面沉積的Ti覆層的厚度為20~80μm。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：采用磁控濺射技術，覆層與不銹鋼薄板之間的結合強度高，且覆層機械強度高，采用離子擴散制得TiN-Ti復合覆層，使得TiN與Ti之間的界面擴散層連續，從而獲得富TiN表層保持了TiN高硬、耐磨等優良性能；而在次表層形成的鈦擴散過渡層增強了基體對硬質TiN表層的綜合承載能力，使不銹鋼薄板的耐磨性得到了明顯的提高，此該制備方法工藝簡單、質量可控、工作效率高，制備過程在全真空條件下，無污染環境、危害人體安全等問題，因此極其適合工業化應用；制備工藝也能適合工業化連續生產，產品成品率高，質量穩定，而且制造成本低廉。
具體實施方式
實施例1：不銹鋼薄板表面TiN-Ti復合覆層的制備方法，包括如下步驟：
（1）不銹鋼薄板的清洗：為了去除油漬，先用濃度為3.5 %碳酸鈉堿液清洗不銹鋼薄板15min，清洗時溫度為75℃；然后為了去除氧化皮在濃度為3.5%稀硫酸中清洗15min；再將不銹鋼薄板先后放入丙酮溶液、乙醇溶液和去離子水中超聲25min，以提高基板表面活性，吹干待用；
（2）制備Ti覆層：將步驟（1）中清洗后的不銹鋼薄板置于磁控濺射設備的基片臺上作為陽極，將金屬鈦靶放入磁控濺射設備的靶材座上作為陰極，且調節靶材座與基片座的距離，使兩者之間的距離保持在20mm；啟動機械泵，打開旁抽閥Ⅱ，對真空腔室抽真空；當真空度達到6Pa時，關閉旁抽閥Ⅱ，打開旁抽閥Ⅰ，并啟動分子泵，打開閘板閥，采用分子泵對真空腔室進一步抽真空；當分子泵加速后穩定運行直至真空度達到5×10-3Pa；打開氬氣閥，通入氬氣，對基板進行離子束清洗，清洗時間為5 min；待磁控濺射設備的真空度達到4Pa時，調節磁控濺射沉積條件：預熱不銹鋼薄板至300℃；放電電壓300V、電流15A、沉積速率為1.2μm/min；沉積時間40min，制得Ti覆層的不銹鋼薄板；Ti覆層的厚度為48μm；依次關閉電流、放電電壓和氬氣閥，解除真空，關閉分子泵，開啟進氣閥，通入空氣，并待不銹鋼薄板冷卻至室溫后，取出Ti覆層的不銹鋼薄板；
（3）制備TiN-Ti復合覆層：將步驟（2）制得Ti覆層的不銹鋼薄板放入離子氮化爐中，選擇NH3為滲氮氣體，氣壓為500Pa，滲氮溫度為800℃，陰電極電壓為700V，滲氮9h后，再維持正常輝光放電冷卻1h，斷開電源，關閉氣體，隨爐冷卻至室溫，即得TiN-Ti復合覆層的不銹鋼薄板。
實施例2：不銹鋼薄板表面TiN-Ti復合覆層的制備方法，包括如下步驟：
（1）不銹鋼薄板的清洗：為了去除油漬，先用濃度為4.5 %碳酸鈉堿液清洗不銹鋼薄板10min，清洗時溫度為65℃；然后為了去除氧化皮在濃度為4.5%稀硫酸中清洗10min；再將不銹鋼薄板先后放入丙酮溶液、乙醇溶液和去離子水中超聲35min，以提高基板表面活性，吹干待用；
（2）制備Ti覆層：將步驟（1）中清洗后的不銹鋼薄板置于磁控濺射設備的基片臺上作為陽極，將金屬鈦靶放入磁控濺射設備的靶材座上作為陰極，且調節靶材座與基片座的距離，使兩者之間的距離保持在20mm；啟動機械泵，打開旁抽閥Ⅱ，對真空腔室抽真空；當真空度達到5Pa時，關閉旁抽閥Ⅱ，打開旁抽閥Ⅰ，并啟動分子泵，打開閘板閥，采用分子泵對真空腔室進一步抽真空；當分子泵加速后穩定運行直至真空度達到5×10-3Pa；打開氬氣閥，通入氬氣，對基板進行離子束清洗，清洗時間為5 min；待磁控濺射設備的真空度達到6Pa時，調節磁控濺射沉積條件：預熱不銹鋼薄板至500℃；放電電壓400V、電流20A、沉積速率為2.0μm/min；沉積時間30min，制得Ti覆層的不銹鋼薄板；Ti覆層的厚度為60μm；依次關閉電流、放電電壓和氬氣閥，解除真空，關閉分子泵，開啟進氣閥，通入空氣，并待不銹鋼薄板冷卻至室溫后，取出Ti覆層的不銹鋼薄板；
（3）制備TiN-Ti復合覆層：將步驟（2）制得Ti覆層的不銹鋼薄板放入離子氮化爐中，選擇NH3為滲氮氣體，氣壓為450Pa，滲氮溫度為900℃，陰電極電壓為600V，滲氮12h后，再維持正常輝光放電冷卻1h，斷開電源，關閉氣體，隨爐冷卻至室溫，即得TiN-Ti復合覆層的不銹鋼薄板。
實施例3：不銹鋼薄板表面TiN-Ti復合覆層的制備方法，包括如下步驟：
（1）不銹鋼薄板的清洗：為了去除油漬，先用濃度為4.5 %碳酸鈉堿液清洗不銹鋼薄板10min，清洗時溫度為65℃；然后為了去除氧化皮在濃度為4.5%稀硫酸中清洗10min；再將不銹鋼薄板先后放入丙酮溶液、乙醇溶液和去離子水中超聲35min，以提高基板表面活性，吹干待用；
（2）制備Ti覆層：將步驟（1）中清洗后的不銹鋼薄板置于磁控濺射設備的基片臺上作為陽極，將金屬鈦靶放入磁控濺射設備的靶材座上作為陰極，且調節靶材座與基片座的距離，使兩者之間的距離保持在20mm；啟動機械泵，打開旁抽閥Ⅱ，對真空腔室抽真空；當真空度達到5Pa時，關閉旁抽閥Ⅱ，打開旁抽閥Ⅰ，并啟動分子泵，打開閘板閥，采用分子泵對真空腔室進一步抽真空；當分子泵加速后穩定運行直至真空度達到5×10-3Pa；打開氬氣閥，通入氬氣，對基板進行離子束清洗，清洗時間為5 min；待磁控濺射設備的真空度達到6Pa時，調節磁控濺射沉積條件：預熱不銹鋼薄板至400℃；放電電壓350V、電流16A、沉積速率為1.5μm/min；沉積時間52min，制得Ti覆層的不銹鋼薄板；Ti覆層的厚度為78μm；依次關閉電流、放電電壓和氬氣閥，解除真空，關閉分子泵，開啟進氣閥，通入空氣，并待不銹鋼薄板冷卻至室溫后，取出Ti覆層的不銹鋼薄板；
（3）制備TiN-Ti復合覆層：將步驟（2）制得Ti覆層的不銹鋼薄板放入離子氮化爐中，選擇NH3為滲氮氣體，氣壓為400Pa，滲氮溫度為850℃，陰電極電壓為650V，滲氮10h后，再維持正常輝光放電冷卻1h，斷開電源，關閉氣體，隨爐冷卻至室溫，即得TiN-Ti復合覆層的不銹鋼薄板。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征及優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。