【技術領域】
本發明屬于表面工程領域，涉及一種ag-max相納米復合鍍層及其沉積方法。
背景技術：
ag基觸頭時目前低壓領域應用最廣泛的觸頭材料，主要與ag復合的有zno、sno2、cuo，ag-sno2具有良好的抗熔焊性、耐電弧燒蝕性、抗磨損性且無毒無害等性能，但是目前也存在很大的不足，主要為：在多次電弧接觸下，sno2將富集于觸頭表面，引起接觸電阻增大，溫升較快；銀基體與sno2的浸潤性不好，sno2顆粒硬度高較脆，ag-sno2的成型及后續加工較困難；sno2顆粒不能均勻分布在銀基體中，易形成團聚，導致材料綜合性能下降。ag-sno2材料易在觸頭表面形成sno2的富集，由于sno2幾乎不導電，從而造成觸頭接觸電阻增大，在電流通過時容易造成溫升過高；ag-銅o材料易在表面形成氧化銅的低密層，致使觸頭侵蝕加劇，尤其是分散系中分散相含量降低，導致粘度下降，電弧噴濺加劇。而陶瓷材料max相則具有較高的熔點和導電性能，且其層狀結構也使其具有較好的自潤滑性和耐磨性，與ag形成的復合材料后具有較高的強度和耐磨性，在保證材料電阻率的前提下提高了觸頭硬度、耐磨性和耐電弧燒蝕性，延長了觸頭的使用壽命。
在常用制造工藝中，粉末冶金易產生孔洞，且獲得材料強度較低，且兩相分布不均勻，極易出現偏聚，機加工也容易在材料表面產生凹坑。脈沖激光沉積方法可以大幅度提高鍍層的致密性和均勻性，使相分布均勻且晶粒細小，提高鍍層材料的硬度和耐磨性。目前利用脈沖激光沉積方法在觸頭表面鍍膜的方法還未有任何記載。
技術實現要素：
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種ag-max相納米復合鍍層及其沉積方法，該方法制得的產品耐電磨損能力好、抗熔焊性高、導電導熱性良好、接觸電阻低，且鍍膜速度較快，工業應用價值較高。
為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：
一種ag-max相納米復合鍍層的脈沖激光沉積方法，包括以下步驟：
1)基體處理，先把基體進行機械拋光處理，然后進行超聲清洗，超聲清洗干凈后用熱風風干；
2)安裝靶材與基體，二者間距為5～8cm；安裝好后關閉所有進氣管及出氣管，對整個腔體進行抽真空處理，使整個腔體內的真空度達到1.0×10-5pa；
3)打開基片加熱器，將基體的溫度加熱至500℃，加熱的同時繼續向外抽真空；
4)打開進氣管道通入氬氣，控制腔內壓強達到沉積壓力值10～20pa后停通氣；
5)開啟krf準分子脈沖激光器進行預熱，將脈沖激光頻率調至5hz～20hz，脈沖激光能量調至200～600mj；激光經過激光掃描裝置并經過透鏡聚焦后以45°照射靶材表面，調節轉速器使靶材轉速達到20轉/分；
6)沉積鍍層，控制脈沖數，得到厚度為100nm～10um的ag-max相納米復合材料鍍層，沉積完畢后，關閉脈沖激光發射器；
7)先維持基片溫度500℃，然后隨爐冷卻至室溫。
本發明進一步的改進在于：
步驟1)中，基體為銅基體。
步驟1)中，超聲清洗具體包括以下步驟：將機械拋光處理后的銅基體浸泡在丙酮和無水乙醇中進行第一次超聲清洗，然后放入二次蒸餾水中進行第二次超聲清洗。
步驟4)中，氬氣在脈沖激光器內的壓強為10～20pa。
步驟5)中，krf準分子脈沖激光器的波長為248nm，脈沖寬度為20ns。
步驟5)中，在正式鍍膜之前先用擋板遮住基體預濺射3min。
一種ag-max相納米復合鍍層，ag-max相納米復合鍍層的厚度為
100nm～400nm，max相為ti3sic2，且其成分范圍為1％～20％。
ag-max相納米復合鍍層的電阻率為5×10-8ωm～50×10-8ωm，硬度為3～10gpa。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
本發明利用脈沖激光沉積方法沉積ag-max相速率高，可達2nm/s，具有較高的工業使用價值；本發明采用的技術制備的ag-max相鍍層均勻性好、粗糙度小，鍍層內部晶粒細小，晶體缺陷少；具有良好的耐電弧燒蝕性、抗熔焊性、導電性以及導熱性；ag和max相復合材料具有良好的機械性能，max相作為陶瓷材料優異的彈性模量及硬度，其優異的自潤滑性有利于延長觸頭的使用壽命；本發明可以通過控制鍍膜時間控制鍍層厚度，通過控制靶材料中max相含量控制鍍層中復合材料的配比，得到不同配比的復合材料鍍層，且更易保證鍍層的化學組分；本發明可在ag-max相鍍層成長的過程中引入多種氣體，提高鍍層質量，脈沖激光沉積方法可控性好，每脈沖約沉積亞納米級的鍍層厚度，可以精確到亞納米量級的鍍層厚度控制；最后，本發明簡單高效，節約材料，符合可持續發展的環保理念。
【附圖說明】
圖1為ag-ti3sic2的sem圖像。
【具體實施方式】
下面結合實施例本發明做進一步詳細描述：
本發明在銅觸頭表面形成ag-ti3sic2相納米復合材料鍍層的脈沖激光沉積方法，包括如下步驟：
1)本實施例中ag-ti3sic2相納米復合材料中ti3sic2相占比10％。基體處理；先把銅基體進行機械拋光處理，然后浸泡在丙酮和無水乙醇中進行超聲清洗，然后再放入二次蒸餾水中超聲清洗進一步清潔觸頭與靶材表面，然后用熱風風干。
2)將靶材與基體安裝間距設置為5～8cm，安裝好后關閉所有進氣管及出氣管，對整個腔體進行抽真空處理，使整個腔體內的真空度達到1.0×10-5pa。
3)打開基片加熱器，將銅基體的溫度加熱至500℃，同時應該注意腔體內壓強的變化，繼續向外抽真空，防止腔體內部壓強升高。
4)將銅基體的溫度加熱至500℃后，打開進氣管道通入氬氣，控制腔內壓強達到指定沉積壓力值后停止通氣。
5)采用krf準分子脈沖激光器(波長為248nm,脈沖寬度為20ns)，開啟激光器先進行預熱，將脈沖激光頻率調至5hz～20hz，脈沖激光能量調至200～600mj。激光經過激光掃描裝置并經過透鏡聚焦后以45°照射靶材表面，調節轉速器使靶材轉速達到20轉/分。為了防止靶材表面氧化層的濺射，在正式鍍膜之前先用擋板遮著基體預濺射3min。
6)移開靶材與基體之間的擋板，開始沉積鍍層，控制脈沖數，可以得到一定厚度的ag-max相納米復合材料鍍層，沉積完畢后，關閉脈沖激光發射器。
7)先維持基片溫度500℃，然后緩慢隨爐冷卻。
實施例1：
先把銅基體進行機械拋光處理，然后浸泡在丙酮和無水乙醇中進行超聲清洗，然后再放入二次蒸餾水中超聲清洗進一步清潔觸頭與靶材表面，然后用熱風風干。
將靶材與基體安裝間距設置為5cm，安裝好后關閉所有進氣管及出氣管，對整個腔體進行抽真空處理，使整個腔體內的真空度達到1.0×10-5pa。打開基片加熱器，將銅基體的溫度加熱至500℃，同時應該注意腔體內壓強的變化，繼續向外抽真空，防止腔體內部壓強升高。將銅基體的溫度加熱至500℃后，打開進氣管道通入氬氣，控制腔內壓強達到指定沉積壓力值后停止通氣。采用krf準分子脈沖激光器(波長為248nm,脈沖寬度為20ns)，開啟激光器先進行預熱，將脈沖激光頻率調至5hz，脈沖激光能量調至200mj。激光經過激光掃描裝置并經過透鏡聚焦后以45°照射靶材表面，調節轉速器使靶材轉速達到20轉/分。為了防止靶材表面氧化層的濺射，在正式鍍膜之前先用擋板遮著基體預濺射3min。移開靶材與基體之間的擋板，開始沉積鍍層，控制脈沖數，可以得到一定厚度的ag-ti3sic2相納米復合材料鍍層，沉積完畢后，關閉脈沖激光發射器。先維持基片溫度500℃，然后緩慢隨爐冷卻。得到沉積層厚度為100nm。如圖1所示，得到的沉積膜致密均勻，表面粗糙度小。
實施例2：
先把銅基體進行機械拋光處理，然后浸泡在丙酮和無水乙醇中進行超聲清洗，然后再放入二次蒸餾水中超聲清洗進一步清潔觸頭與靶材表面，然后用熱風風干。
將靶材與基體安裝間距設置為7cm，安裝好后關閉所有進氣管及出氣管，對整個腔體進行抽真空處理，使整個腔體內的真空度達到1.0×10-5pa。打開基片加熱器，將銅基體的溫度加熱至500℃，同時應該注意腔體內壓強的變化，繼續向外抽真空，防止腔體內部壓強升高。將銅基體的溫度加熱至500℃后，打開進氣管道通入氬氣，控制腔內壓強達到指定沉積壓力值后停止通氣。采用krf準分子脈沖激光器(波長為248nm,脈沖寬度為20ns)，開啟激光器先進行預熱，將脈沖激光頻率調至8hz，脈沖激光能量調至400mj。激光經過激光掃描裝置并經過透鏡聚焦后以45°照射靶材表面，調節轉速器使靶材轉速達到20轉/分。為了防止靶材表面氧化層的濺射，在正式鍍膜之前先用擋板遮著基體預濺射3min。移開靶材與基體之間的擋板，開始沉積鍍層，控制脈沖數，可以得到一定厚度的ag-ti3sic2相納米復合材料鍍層，沉積完畢后，關閉脈沖激光發射器。先維持基片溫度500℃，然后緩慢隨爐冷卻。得到沉積層厚度為250nm。
實施例3：
先把銅基體進行機械拋光處理，然后浸泡在丙酮和無水乙醇中進行超聲清洗，然后再放入二次蒸餾水中超聲清洗進一步清潔觸頭與靶材表面，然后用熱風風干。
將靶材與基體安裝間距設置為8cm，安裝好后關閉所有進氣管及出氣管，對整個腔體進行抽真空處理，使整個腔體內的真空度達到1.0×10-5pa。打開基片加熱器，將銅基體的溫度加熱至500℃，同時應該注意腔體內壓強的變化，繼續向外抽真空，防止腔體內部壓強升高。將銅基體的溫度加熱至500℃后，打開進氣管道通入氬氣，控制腔內壓強達到指定沉積壓力值后停止通氣。采用krf準分子脈沖激光器(波長為248nm,脈沖寬度為20ns)，開啟激光器先進行預熱，將脈沖激光頻率調至20hz，脈沖激光能量調至600mj。激光經過激光掃描裝置并經過透鏡聚焦后以45°照射靶材表面，調節轉速器使靶材轉速達到20轉/分。為了防止靶材表面氧化層的濺射，在正式鍍膜之前先用擋板遮著基體預濺射3min。移開靶材與基體之間的擋板，開始沉積鍍層，控制脈沖數，可以得到一定厚度的ag-ti3sic2相納米復合材料鍍層，沉積完畢后，關閉脈沖激光發射器。先維持基片溫度500℃，然后緩慢隨爐冷卻。得到沉積層厚度為400nm。
表1ag-ti3sic2相銅觸頭與傳統觸頭材料ag-zno及ag-sno2的性能對比
由三種觸頭性能的比較結果可知，ag-ti3sic2復合材料相比傳統的材料，硬度更高、電阻率低、耐磨性好、壽命長。ti3sic2相的層狀結構有自潤滑的效果，可以提高ag基的耐磨性，得到的復合鍍層的硬度遠遠大于普通材料，鍍層厚度均勻。
因此，ag-ti3sic2觸頭運行情況更為可靠，具有非常優良的耐磨性能和耐電弧燒蝕性，大大提高了普通觸頭的原有壽命，對實際生產應用的確起到了重大影響，具有非常長遠的意義。
以上內容僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明權利要求書的保護范圍之內。