CN106591785B - 真空电弧离子镀膜方法 - Google Patents

真空电弧离子镀膜方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种真空电弧离子镀膜方法，包括以下步骤：待镀件用金相砂纸打磨后清洗；将待镀件安装在镀膜室内的转盘上，镀膜室抽真空，并对待镀件加热，加热完成后通入氩气；对待镀件进行离子轰击清理；对待镀件施加负偏压并不断地降低负偏压值进行镀铬，直至负偏压为80V～120V后，每镀铬60min～180min，提高负偏压至350V～450V对待镀件进行离子轰击。该真空电弧离子镀膜方法，不用酸碱盐等溶液、没有三废排放、对环境无污染、适用范围广；通过对镀膜时工艺参数的设定，使膜层与零件基体材料结合良好，提高了零件的耐磨和耐腐蚀性能；并使膜层厚度均匀，膜层之间的结合力大大提高。

Description

真空电弧离子镀膜方法
技术领域
本发明涉及真空镀膜技术领域，特别地，涉及一种真空电弧离子镀膜方法，用于对结构复杂的机匣类零件进行真空电弧离子镀铬处理。
背景技术
为了提高零件基体材料的耐蚀性、耐磨性，需要对零件进行表面处理。目前最常用的表面处理方法是电镀法，主要以水镀为主。但是电镀技术具有无法消除的缺点，即电镀产品镀层中残留的有害物质成分和电镀工艺环节中大量废液排放所带来的严重环境污染。尤其是电镀铬工序中，在产品表面残留的高价铬成分和排放的含铬电镀残液，不能在自然界环境中自然降解，它在生物和人体内积聚，能够造成长期性的危害，是一种毒性极强的致癌物质，也是严重的腐蚀介质。另外，电镀铬后的表面还存在镀膜不够致密，有气孔，容易发生“氢脆”等问题。
以真空镀膜方法尤其是真空离子镀膜代替电镀工艺，是解决上述问题的途径之一。真空离子镀膜的原理是在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。但是传统真空离子镀膜存在膜层厚度不均匀、膜层之间结合力差、耐磨耐腐蚀性能不高等问题。
发明内容
本发明提供了一种真空电弧离子镀膜方法，以解决传统真空离子镀膜中存在的膜层厚度不均匀、膜层之间的结合力差、耐磨耐腐蚀性能不高的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种真空电弧离子镀膜方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理：待镀件用金相砂纸打磨后清洗；(2)装炉：将待镀件安装在镀膜室内的转盘上，镀膜室抽真空，并对待镀件加热，加热完成后通入氩气；(3)离子轰击：对待镀件施加轰击负偏压进行离子轰击；(4)镀膜：对待镀件施加负偏压180V～250V，调节铬靶弧源的工作电流为80A～110A，镀铬10min～30min；降低负偏压至120V～180V，镀铬10min～30min；继续降低负偏压至80V～120V，镀铬180min～420min，其中，当负偏压降低至80V～120V后，每镀铬60min～180min，提高负偏压至350V～450V对待镀件进行离子轰击；(5)出炉：将待镀件从镀膜室内取出。
进一步地，步骤(2)具体为：将待镀件安装在镀膜室内的转盘上，镀膜室抽真空，当镀膜室的压力为5×10-3Pa～8×10-3Pa时，对待镀件进行加热，加热至温度为200℃～400℃；加热完成后通入氩气，使镀膜室的压力升高至0.6Pa～1.0Pa。
进一步地，步骤(3)中，进行离子轰击的步骤为：施加轰击负偏压960V～1050V，轰击时间为3min～5min；降低轰击负偏压至700V～900V，引弧启动铬靶弧源，轰击3min～5min；继续降低轰击负偏压至500V～700V，轰击5min～10min；再次降低轰击负偏压至350V～450V，轰击时间为15min～30min。
进一步地，步骤(3)中，进行离子轰击的步骤为：施加轰击负偏压1000V，轰击时间为4min；降低轰击负偏压至800V，引弧启动铬靶弧源，轰击4min；继续降低轰击负偏压至600V，轰击8min；再次降低轰击负偏压至400V，轰击时间为20min。
进一步地，步骤(4)具体为：对待镀件施加负偏压200V，调节铬靶弧源的工作电流为90A，镀铬15min；降低负偏压至150V，镀铬15min；继续降低负偏压至100V，镀铬360min，其中，当负偏压降低至100V后，每镀铬90min，提高负偏压至400V对待镀件进行离子轰击，轰击时间为5min。
进一步地，步骤(4)中，镀膜室内实际的镀膜温度为300℃～600℃。
进一步地，步骤(4)镀膜后，待镀件表面膜层厚度为5μm～10μm。
本发明的真空电弧离子镀膜方法，镀膜时由于负偏压越高，电离后的离子就越容易被组件反弹回来，镀铬就越困难，因此本发明在待镀件上镀铬时，不断地降低镀膜室内的负偏压，渐进地增加镀膜的沉积效率，直到负偏压降低到80V～120V，可以平稳地进行镀膜。本发明也对镀膜时间进行了研究，镀膜时间越长，待镀件表面铬层的应力越大，越不利于铬层与待镀件基体材料以及铬层之间的结合。当负偏压降低至80V～120V时，每镀膜60min～180min，就提高负偏压至350V～450V对待镀件进行离子轰击，使已经镀好的铬层表面活化，同时提高待镀件表面的镀膜温度，进一步地提高所镀铬层之间的结合力，并使铬层的膜厚均匀，提高待镀件的耐磨和耐腐蚀性能。
本发明具有以下有益效果：
本发明的真空电弧离子镀膜方法，不用酸碱盐等溶液、没有三废排放、对环境无污染、适用范围广；通过对镀膜时工艺参数的设定，使膜层与零件基体材料结合良好，提高了零件的耐磨和耐腐蚀性能；并使膜层厚度均匀，膜层之间的结合力大大提高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的真空电弧离子镀膜方法应用的内机匣焊接组件的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的真空电弧离子镀膜方法的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
本发明的优选实施例提供了一种真空电弧离子镀膜方法，应用于结构复杂的内机匣焊接组件的表面镀铬，组件的结构示意图参照附图1所示，对组件的A部位、B部位、C部位、D部位、E部位、F部位进行镀膜，镀膜工艺流程图参照附图2所示，包括以下步骤：
(1)预处理：内机匣焊接组件用金相砂纸打磨后清洗。
内机匣焊接组件中，前封气圈、后封气圈与内机匣本体焊接形成封闭的空腔后，前封气圈、后封气圈表面有大量的气膜孔，且焊接部位有氧化色，如果采用常规的湿吹砂方法进行预处理，砂砾会通过气膜孔进入封闭空腔而无法清理。
本实施例采用金相砂纸对焊接部位和内机匣表面进行打磨，清理表面的氧化物，可以更好地满足镀膜时对待镀件表面的要求，提高铬镀层与内机匣焊接组件基体材料之间的结合力。
打磨后的内机匣焊接组件粗清洗后，放入超声波清洗设备中进行清洗，进一步地将组件表面的油污、加工乳化液等都清洗干净，保证组件表面的洁净度，满足镀膜的要求。
(2)装炉：将内机匣焊接组件安装在镀膜室内的转盘上，使组件正对弧源；镀膜室抽真空至压力值为6.5×10-3Pa时，对内机匣焊接组件加热至温度为250℃，加热完成后通入氩气，使镀膜室的压力升高至0.8Pa。
(3)离子轰击：对内机匣焊接组件施加轰击负偏压进行离子轰击，具体步骤为：
开始时对内机匣焊接组件施加轰击负偏压1000V，轰击时间为4min；降低轰击负偏压至800V，引弧启动铬靶弧源后，轰击4min；继续降低轰击负偏压至600V，轰击8min；继续降低轰击负偏压至400V，轰击时间为20min。
本实施例采用不断降低轰击负偏压，对内机匣焊接组件分段进行离子轰击的方式，在负偏压值较高时，轰击能量也比较大，对组件的表面加热效果好，更容易使组件表面活化；当负偏压降低至800V时，组件表面加热效果较好的情况下，同时开启铬靶弧源，氩离子、铬离子同时轰击，能够更好地清理组件表面的氧化物，使组件表面更大程度地活化，进一步提高铬镀层与内机匣焊接组件基体材料之间的结合力，直至负偏压达到一个平衡值400V。
(4)镀铬：对内机匣焊接组件施加负偏压降低至200V，调节铬靶弧源的工作电流为90A，镀铬15min；降低负偏压至150V，镀铬15min；继续降低负偏压至100V，镀铬360min，其中，当负偏压降低至100V后，每镀膜90min，提高负偏压至400V对组件进行离子轰击，轰击时间为5min。镀膜室内实际的镀膜温度为500℃
由于负偏压越高，电离后的离子就越容易被组件反弹回来，镀铬就越困难，因此本实施例在内机匣焊接组件上镀铬时，不断地降低镀膜室内的负偏压，渐进地增加镀膜的沉积效率，直到负偏压降低到100V，可以平稳地进行镀膜。本实施例也对镀膜时间进行了研究，镀膜时间越长，组件表面铬层的应力越大，越不利于铬层与组件基体材料以及铬层之间的结合。
当负偏压降低至100V时，每镀膜90min，就提高负偏压至400V对组件进行离子轰击，使已经镀好的铬层表面活化，同时提高组件表面的镀膜温度，进一步地提高所镀铬层之间的结合力，并使铬层的膜厚均匀，提高组件的耐磨和耐腐蚀性能。
(5)出炉：将内机匣焊接组件从镀膜室内取出。
内机匣焊接组件通过上述方法镀铬后，各个部位的铬层厚度如表1所示，各部位镀层厚度均匀。
表1铬层厚度检查结果
***位 A B C D E F
厚度结果 8μm 8μm 8μm～10μm 6μm 5μm～8μm 5μm～8μm
实施例2
本实施例与实施例1大致相同，区别在于，
步骤(2)中，对内机匣焊接组件加热到温度为400℃。
步骤(3)中，对内机匣焊接组件施加轰击负偏压进行离子轰击，具体步骤为：开始时对内机匣焊接组件施加轰击负偏压960V，轰击时间为3min；降低轰击负偏压至700V，引弧启动铬靶弧源后，轰击3min；继续降低轰击负偏压至500V，轰击5min；继续降低轰击负偏压至350V，轰击时间为15min。
步骤(4)中，对内机匣焊接组件施加负偏压降低至180V，调节铬靶弧源的工作电流为90A，镀铬30min；降低负偏压至120V，镀铬30min；继续降低负偏压至80V，镀铬420min，其中，当负偏压降低至80V后，每镀膜180min，提高负偏压至450V对组件进行离子轰击，轰击时间为5min。镀膜室内实际的镀膜温度为500℃。
内机匣焊接组件通过上述方法镀铬后，各个部位的铬层厚度如表2所示，各部位镀层厚度均匀。
表2铬层厚度检查结果
***位 A B C D E F
厚度结果 8μm 8μm 8μm～10μm 6μm 5μm～8μm 5μm～8μm
实施例3
本实施例与实施例1大致相同，区别在于，
步骤(2)中，对内机匣焊接组件加热到温度为200℃。
步骤(3)中，对内机匣焊接组件施加轰击负偏压进行离子轰击，具体步骤为：开始时对内机匣焊接组件施加轰击负偏压1050V，轰击时间为5min；降低轰击负偏压至900V，引弧启动铬靶弧源后，轰击5min；继续降低轰击负偏压至700V，轰击10min；继续降低轰击负偏压至450V，轰击时间为30min。
步骤(4)中，对内机匣焊接组件施加负偏压降低至250V，调节铬靶弧源的工作电流为90A，镀铬10min；降低负偏压至180V，镀铬10min；继续降低负偏压至120V，镀铬180min，其中，当负偏压降低至120V后，每镀膜60min，提高负偏压至450V对组件进行离子轰击，轰击时间为5min。镀膜室内实际的镀膜温度为500℃。
内机匣焊接组件通过上述方法镀铬后，各个部位的铬层厚度如表3所示，各部位镀层厚度均匀。
表3铬层厚度检查结果
***位 A B C D E F
厚度结果 8μm 8μm 8μm～10μm 6μm 5μm～8μm 5μm～8μm
由上述铬层厚度的数据可以看出，三个实施例的镀铬效果都很好，尤其实施例1的效果最佳，铬层厚度大且均匀，使内机匣焊接组件的表面耐磨和耐腐蚀性能更好。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种真空电弧离子镀膜方法，其特征在于，用于对结构复杂的内机匣焊接组件进行真空电弧离子镀铬处理，包括以下步骤：
(1)预处理：待镀件用金相砂纸打磨后清洗；
(2)装炉：将待镀件安装在镀膜室内的转盘上，镀膜室抽真空，并对待镀件加热，加热完成后通入氩气；
(3)离子轰击：对待镀件施加轰击负偏压进行离子轰击；
(4)镀膜：对待镀件施加负偏压180V～250V，调节铬靶弧源的工作电流为80A～110A，镀铬10min～30min；降低负偏压至120V～180V，镀铬10min～30min；继续降低负偏压至80V～120V，镀铬180min～420min，其中，当负偏压降低至80V～120V后，每镀铬60min～180min，提高负偏压至350V～450V对待镀件进行离子轰击；
(5)出炉：将待镀件从镀膜室内取出。
2.根据权利要求1所述的真空电弧离子镀膜方法，其特征在于，
所述步骤(2)具体为：将待镀件安装在镀膜室内的转盘上，镀膜室抽真空，当镀膜室的压力为5×10-3Pa～8×10-3Pa时，对待镀件进行加热，加热至温度为200℃～400℃；加热完成后通入氩气，使镀膜室的压力升高至0.6Pa～1.0Pa。
3.根据权利要求1所述的真空电弧离子镀膜方法，其特征在于，
所述步骤(3)中，进行离子轰击的步骤为：施加轰击负偏压960V～1050V，轰击时间为3min～5min；降低轰击负偏压至700V～900V，引弧启动铬靶弧源，轰击3min～5min；继续降低轰击负偏压至500V～700V，轰击5min～10min；再次降低轰击负偏压至350V～450V，轰击时间为15min～30min。
4.根据权利要求3所述的真空电弧离子镀膜方法，其特征在于，
所述步骤(3)中，进行离子轰击的步骤为：施加轰击负偏压1000V，轰击时间为4min；降低轰击负偏压至800V，引弧启动铬靶弧源，轰击4min；继续降低轰击负偏压至600V，轰击8min；再次降低轰击负偏压至400V，轰击时间为20min。
5.根据权利要求1所述的真空电弧离子镀膜方法，其特征在于，
所述步骤(4)具体为：对待镀件施加负偏压200V，调节铬靶弧源的工作电流为90A，镀铬15min；降低负偏压至150V，镀铬15min；继续降低负偏压至100V，镀铬360min，其中，当负偏压降低至100V后，每镀铬90min，提高负偏压至400V对待镀件进行离子轰击，轰击时间为5min。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的真空电弧离子镀膜方法，其特征在于，
所述步骤(4)中，镀膜室内实际的镀膜温度为300℃～600℃。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的真空电弧离子镀膜方法，其特征在于，
所述步骤(4)镀膜后，待镀件表面膜层厚度为5μm～10μm。
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