CN114411097A - 基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法、分梳辊针布 - Google Patents

基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法、分梳辊针布 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，通过对待处理分梳辊针布进行脱脂、水洗、超声清洗后，热风烘干；再置于微弧离子镀设备真空腔室中的工件台内再依次进行离子清洗、沉积纯铬打底层、沉积过渡层以及沉积工作层等步骤，得到具有表面镀层的分梳辊针布。本发明还提供一种分梳辊针布。本发明的方法得到的分梳辊针布具有一定韧性、高耐磨、高转速、低振动、以及低摩擦的特性，有效满足分梳辊对纤维的分梳和转移，使纤维的粗节和棉结现象明显大幅度减少。

Description

基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法、分梳辊 针布
技术领域
本发明涉及分梳辊针布技术领域，具体而言涉及一种基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法、分梳辊针布。
背景技术
随着我国纺织业的进一步推进产业结构调整，为提高竞争能力的优化升级，需加大机电一体化的先进纺织机械和高性能、高功能性纤维的开发应用。分梳辊针布(基体材料常为中、高碳钢和碳素结构钢)作为纺织机械装备中的重要、精密关键的典型代表，其性能直接影响着纤维产品的质量。
分梳辊针布通常用于长疲劳寿命、高运行稳定性和高耐磨性等工况条件，要求具有较低的摩擦系数，较好的耐磨性和一定的组装韧性，非粘着性好，齿部表面光洁，不损伤纤维，走熟期短，使用寿命长。但是分梳辊针布常用耐磨层材料在实际应用时常产生裂纹，而且还会从金属针布主体上剥离下来，由此造成的凹陷会给分梳辊的正常工作造成严重影响，直接影响成纱的质量。
目前，国内普遍采用电镀硬铬和化学镍磷共镀工艺对分梳辊针布表面进行改性，虽一定程度上可改善其力学性能，但仅能增加20％～30％的使用寿命；且由于针布较长，造成硬铬复合镀层厚度不均匀，服役性能不稳定；又由于针布本身退火温度偏低，不能高温驱氢，化学镀镍磷复合镀层的性能也不理想。
微弧离子镀技术是一种依靠靶面的“非熔发射”脱靶机制，使靶面粒子脱靶沉积到工件表面形成“纳米颗粒结构镀层”的真空镀膜技术。同时，微弧离子镀在通过提高靶材表面的电流密度(真空腔内的电流密度高于磁控溅射离子镀)，靶面形成强辉弱弧的效果，提高了单位时间内的粒子沉积速率，使得沉积时间短，工艺效率大大提升。该技术在克服了磁控溅射膜层结合力弱、均匀性差和多弧离子镀粗糙度差的缺点，综合了磁控溅射和多弧离子镀的优点，膜层结合力高，兼具低摩擦系数，保证薄膜表面的粗糙度和均匀性。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，该方法得到的分梳辊针布具有一定韧性、高耐磨、高转速、低振动、以及低摩擦的特性，有效满足分梳辊对纤维的分梳和转移，使纤维的粗节和棉结现象明显大幅度减少。
根据本发明目的的第一方面，提供一种基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将清洗后的待镀层分梳辊针布置于微弧离子镀设备的真空腔室中的工作盘上，并启动工作盘；其中，所述真空腔室内设有铬靶材和纯石墨靶材；
S2、对真空腔室抽真空，再通入氩气，之后开启铬靶材的靶电流密度，并对S1中的待镀层分梳辊针施加脉冲偏压，进行等离子体清洗，得到第一阶段工件；
S3、调整铬靶材的靶电流密度，对第一阶段工件施加脉冲偏压，在第一阶段工件的表面沉积纯铬打底层，得到第二阶段工件；
S4、调整铬靶材的靶电流密度，并开启石墨靶材的靶电流密度，对第二阶段施加脉冲偏压，在第二阶段工件的表面沉积过渡层，得到第三阶段工件；
S5、保持S4中铬靶材和石墨靶材的靶电流密度，对第三阶段工件施加脉冲偏压，在第三阶段工件的表面沉积工作层，得到具有表面镀层的分梳辊针布。
优选的，所述步骤S2中，具体步骤如下：对真空腔室抽真空，使所述真空腔室的真空度小于5.0×10-3Pa，再通入气流量为7sccm～100sccm的氩气，保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-1Pa～6.5×10-1Pa；
直接在铬靶材上施加0.006A/cm2～0.016A/cm2电流密度，同时，对待镀层分梳辊针布施加负偏压值为400V～600V、脉冲宽度为0.2μs～5μs、且脉冲频率为100KHz～400KHz的脉冲偏压，对待镀层分梳辊针进行离子清洗，得到第一阶段工件，离子清洗时间为1min～60min。
优选的，所述步骤S3中，具体步骤如下：保持7sccm～100sccm的氩气流量，并保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-1Pa～6.5×10-1Pa；
将铬靶材的靶电流密度调节至0.004A/cm2～0.6A/cm2，同时，对第一阶段工件施加脉冲偏压，其中，负偏压值为10～150V、脉冲宽度为0.2μs～5μs、脉冲频率为100KHz～400KHz，在第一阶段工件的表面沉积纯铬打底层，沉积时间为1min～30min，得到第二阶段工件。
优选的，所述步骤S4中，具体步骤如下：保持7sccm～100sccm的氩气流量，并保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-1Pa～6.5×10-1Pa；
将铬靶材的靶电流密度调节至0.02A/cm2～0.12A/cm2，同时，将石墨靶材的靶电流密度调节至0.02A/cm2～0.4A/cm2；同时，对第二阶段工件施加脉冲偏压，其中，负偏压值保持在10～150V、脉冲宽度为0.2μs～5μs、脉冲频率为100KHz～400KHz，在第二阶段工件的表面沉积过渡层，沉积时间为20min～70min，得到第三阶段工件。
优选的，所述步骤S5中，具体步骤如下：保持7sccm～100sccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为1.0×10-1Pa～6.5×10-1Pa；
维持S4中铬靶材和石墨靶材的电流密度参数不变；同时，对第三阶段工件施加脉冲偏压，其中，偏压值调节至10～150V、脉冲宽度为0.2μs～5μs、脉冲频率为100KHz～400KHz，在第三阶段工件的表面沉积工作层，沉积时间为120min～480min，得到具有表面镀层的分梳辊针布。
优选的，铬靶材上靶电流密度的调节速率均为0.0002A/cm2/min～0.06A/cm2/min，石墨靶材的靶电流密度的调节速率为0.0002A/cm2/min～0.04A/cm2/min。
优选的，铬靶材和石墨靶材相邻放置，且每种靶材数量为2个。
优选的，铬靶材与分梳辊针布轴心之间的距离为60mm～150mm，石墨靶材与分梳辊针布轴心之间的距离为60mm～150mm，所述工作架公自转旋转转速为1r/min～20r/min。
优选的，分梳辊针布表面镀层的中Cr元素含量为4～30at％。
根据本发明目的的第二方面，提供一种分梳辊针布，该分梳辊针布的表面镀层由前述基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法制备所得。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用的微弧离子镀膜技术是通过调制脉冲电压施加模式，使开通的电压脉冲宽度小于“诱发微区熔池”的临界时间、电流脉冲宽度又足以维持有效沉积，且复合镀层中的Cr打底层具有良好的粘着性，有效提升镀层的膜基结合力，工作层的掺铬非晶碳层由于自润滑性能良好，故制备的镀层致密结合力高、摩擦系数低。
2、本发明的制备方法通过提高靶材表面的电流密度，使得靶面形成强辉弱弧的效果，提高了单位时间内的粒子沉积速率，使得沉积时间短，工艺效率大大提升，且具有界面强化效应，得到的镀层晶粒组织细小，镀层韧性好，同时更能精准的调节分梳辊针布单位面积的电参数，达到精确控制成分的作用，提高了分梳辊针布在服役时的性能。
附图说明
图1是本发明的基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法的工艺流程图。
图2是本发明的镀层后的分梳辊针布的实物图。
图3是实施例1的分梳辊针布微弧离子镀复合镀层的截面扫描形貌图。
图4是实施例1的分梳辊针布微弧离子镀复合镀层的表面微观形貌图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。
分梳辊针布，因其基体较薄较软且后续面临压缩安装的问题，因此要求镀层和基体之间必须要有结合力高和韧性良好的冶金结合界面，但是仅仅依靠较低的基片温度往往不足以满足上述要求，因此，本发明通过镀层制备方法中的离子清洗、沉积打底层、过渡层和工作层的结构设计来完成。
镀层的沉积工艺参数对于镀层的微观组织结构有显著影响，并最终影响镀层的性能，本发明通过较大的电流密度，轰击出数量更多、能量更强的等离子体，这些能量较高的等离子体在发生碰撞后沉积在基体上时，基体表面会产生高密度的离子流，使得沉积粒子更充分的与表面发生原子嵌合和生长，得到镀层的结构组织更细化且致密。
结合图1，本发明提供一种基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，通过对待处理分梳辊针布进行脱脂、水洗、超声清洗后，热风烘干；再置于微弧离子镀设备真空腔室中的工件台内再依次进行离子清洗、沉积纯铬打底层、沉积过渡层以及沉积工作层等步骤，得到具有表面镀层的分梳辊针布。
首先，在微弧离子镀的离子清洗过程，相对于溅射清洗，采用稍强的脉冲频率和偏压有利于微弧离子镀技术的绕镀性提升，使得轰击出更多更强的等离子体作用于基体上；偏压和脉冲频率的提升同时使得轰击出的等离子体更加活跃，轰击基材时易使得基材表面达到原子级别的凹陷，从而增加打底层和基材表面的结合强度。
其次，在沉积打底层中，虽然增大了电流密度，但是粒子在发生联级碰撞，其基体升温慢，使得层间的应力减小，进一步保证了打底层和基体的结合力，在打底层底部嵌合较好的基础上，其组织结构会与基体表面结合的更紧密且快速生长，形成一种柱状结构的组织，保证其良好的膜基结合力。
接着，在沉积过渡层时，适时的延长了过渡层的时间，避免了由于工作层靶电流密度的突变带来的缺陷，保证了组织的均匀变化，使得组织变化不突兀，结合力好。
最后，在沉积工作层中，继续维持过渡层沉积时的高电流密度沉积工作层，使得工作层截面呈致密的柱状晶结构，没有空隙，其表面组织致密平整，几乎没有分界线，且粗糙度小；同时，针对微弧离子镀中碳靶的场强，结合大的电流密度可以更快速的轰击粒子，提高沉积速率，提高了工艺效率。
在具体的实施例中，提供一种基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，包括以下步骤：
S1、将清洗后的待镀层分梳辊针布置于微弧离子镀设备的真空腔室中的工作盘上，并启动工作盘；其中，所述真空腔室内设有铬靶材和纯石墨靶材。
S2、对真空腔室抽真空，再通入氩气，之后开启铬靶材的靶电流密度，并对S1中的待镀层分梳辊针施加脉冲偏压，进行等离子体清洗，得到第一阶段工件。
S3、调整铬靶材的靶电流密度，对第一阶段工件施加脉冲偏压，在第一阶段工件的表面沉积纯铬打底层，得到第二阶段工件。
S4、调整铬靶材的靶电流密度，并开启石墨靶材的靶电流密度，对第二阶段工件施加脉冲偏压，在第二阶段工件的表面沉积过渡层，得到第三阶段工件。
S5、保持S4中铬靶材和石墨靶材的靶电流密度，对第三阶段工件施加脉冲偏压，在第三阶段工件的表面沉积工作层，得到具有表面镀层的分梳辊针布，如图2所示。
在优选的实施例中，所述步骤S2中，具体步骤如下：对真空腔室抽真空，使所述真空腔室的真空度小于5.0×10-3Pa，再通入气流量为7sccm～100sccm的氩气，保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-1Pa～6.5×10-1Pa。
直接在铬靶材上施加0.006A/cm2～0.016A/cm2电流密度，同时，对待镀层分梳辊针布施加负偏压值为400V～600V、脉冲宽度为0.2μs～5μs、且脉冲频率为100KHz～400KHz的脉冲偏压，对待镀层分梳辊针进行离子清洗，得到第一阶段工件，离子清洗时间为1min～60min。
通过开启靶电流密度加强离子清洗，选用较小的靶电流密度进行常规清洗，这是因为较小的靶电流密度不会造成靶材金属沉积到工件的表面，并保证清洗效果。
在优选的实施例中，所述步骤S3中，具体步骤如下：保持7sccm～100sccm的氩气流量，并保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-1Pa～6.5×10-1Pa。
将铬靶材的靶电流密度调节至0.004A/cm2～0.6A/cm2，同时，对第一阶段工件施加脉冲偏压，其中，负偏压值为10～150V、脉冲宽度为0.2μs～5μs、脉冲频率为100KHz～400KHz，在第一阶段工件的表面沉积纯铬打底层，沉积时间为1min～30min，得到第二阶段工件。
在更为优选的实施例中，纯铬打底层的厚度为200～500nm，可以保证较好地轰击清洗刚轮表面的杂质，又可以避免物质在工件表面的沉积。
在优选的实施例中，所述步骤S4中，具体步骤如下：保持7sccm～100sccm的氩气流量，并保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-1Pa～6.5×10-1Pa。
将铬靶材的靶电流密度调节至0.02A/cm2～0.12A/cm2，同时，将石墨靶材的靶电流密度调节至0.02A/cm2～0.4A/cm2；同时，对第二阶段工件施加脉冲偏压，其中，负偏压值保持在10～150V、脉冲宽度为0.2μs～5μs、脉冲频率为100KHz～400KHz，在第二阶段工件的表面沉积过渡层，沉积时间为20min～70min，得到第三阶段工件。
在更为优选的实施例中，过渡层厚度为300～1000nm，铬含量在4～30at％，过渡层的作用是保证打底层向工作层均匀梯度过渡，从而赋予两层之间较强的结合强度。
在优选的实施例中，所述步骤S5中，具体步骤如下：保持7sccm～100sccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为1.0×10-1Pa～6.5×10-1Pa。
维持S4中铬靶材和石墨靶材的电流密度参数不变；同时，对第二工件施加脉冲偏压，其中，偏压值调节至10～150V、脉冲宽度为0.2μs～5μs、脉冲频率为100KHz～400KHz，在第二工件的表面沉积工作层，沉积时间为120min～480min，得到具有表面镀层的分梳辊针布。
在更为优选的实施例中，工作层的厚度为1000～3000nm，工作层为掺铬非晶碳层，但铬含量较少，工作层以碳为主，有自润滑效果，可以沉积纳米结构工作层，保证膜层具有低的摩擦系数，提高膜层的力学性能。
在优选的实施例中，铬靶材上靶电流密度的调节速率均为0.0002A/cm2/min～0.06A/cm2/min，石墨靶材的靶电流密度的调节速率为0.0002A/cm2/min～0.04A/cm2/min。
在优选的实施例中，铬靶材和石墨靶材相邻放置，且每种靶材数量为2个，有利于产品的工业化、高效率批量生产。
在优选的实施例中，铬靶材与分梳辊针布轴心之间的距离为60mm～150mm，石墨靶材与分梳辊针布轴心之间的距离为60mm～150mm，所述工作架公自转旋转转速为1r/min～20r/min。
在优选的实施例中，铬靶材纯度不低于99.5％，石墨靶材纯度不低于99.95％。
在优选的实施例中，分梳辊针布表面镀层的中Cr元素含量为4～30at％。
在其他优选的实施例中，步骤S1中使用的清洗后的待镀层分梳辊针，清洗过程为：对待处理分梳辊针布进行脱脂、水洗、超声清洗后，热风烘干，即可。
在另一个优选的实施例中，提供一种分梳辊针布，该分梳辊针布的表面镀层由前述制备方法制备所得。
前述中，第一阶段工件是指对清洗后的待镀层分梳辊针进行等离子清洗后的工件，第二阶段工件是指在第一阶段工件的表面沉积纯铬打底层后的工件，第三阶段工件是指在第二阶段工件的表面沉积过渡层后的工件。
下面将结合具体的示例和试验，对前述分梳辊针布的表面银镀层的制备及其效果进行示例性试验和对比。当然本发明的实施例并不以此为限。
下述实施例中所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施方式中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
【实施例1】
步骤1：对待处理分梳辊针布进行脱脂、水洗、超声清洗后，热风烘干。
步骤2：将步骤1得到的分梳辊针布置于微弧离子镀设备真空腔室中的工件架内，该工作架在下述各步骤中保持公自转旋转(10r/min)，所述真空腔室内放置有铬靶材(纯度99.5％)和纯石墨靶材(纯度99.95％)各两套，各自相邻放置；公转盘卡轮带动自转，速度大概为10r/min。
步骤3：等离子体清洗
将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度为3.0×10-3Pa，再通入气流量为20sccm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为1.5×10-1Pa。
直接在铬靶材上施加0.008A/cm2电流密度，同时，对分梳辊针布施加负偏压值为400V、脉冲宽度为1.5μs、且脉冲频率为100KHz的脉冲偏压，以对针布进行离子清洗，离子清洗时间为30min。
步骤4：沉积纯铬打底层
此步骤中，保持20sccm的氩气流量，将两个铬靶材的靶电流密度均调节至0.6A/cm2，同时，将施加在分梳辊针布上的负偏压值调节至150V、脉冲宽度为1.5μs、且脉冲频率为50KHz的脉冲偏压，沉积纯铬打底层时间为15min。
步骤5：沉积过渡层
此步骤中，保持20sccm的氩气流量，将铬靶材的靶电流密度调节至0.012A/cm2，同时，将石墨靶材的靶电流密度调节至0.36A/cm2；同时，将施加在分梳辊针布上的负偏压值保持在150V、脉冲宽度为1.5μs、且脉冲频率为50KHz的脉冲偏压，沉积过渡层时间为20min。
步骤6：沉积碳基镀层工作层
此步骤中，保持20sccm的氩气流量，维持金属铬靶材和石墨靶材的电流密度参数不变；同时，保持施加在针布上的脉冲偏压参数不变，或将施加在针布上的偏压值调节至120V、脉冲宽度为1.5μs、且脉冲频率为50KHz的脉冲偏压，沉积碳层工作层时间为120min。
此实施例中，得到的分梳辊用针布表面减摩延寿复合镀层的厚度为1.5μm，硬度为1100HV，摩擦系数为0.11。
【实施例2】
步骤1：对待处理分梳辊针布进行脱脂、水洗、超声清洗后，热风烘干。
步骤2：将步骤1得到的分梳辊针布置于微弧离子镀设备真空腔室中的工件架内，该工作架在下述各步骤中保持公自转旋转(5r/min)，所述真空腔室内放置有铬靶材(纯度99.9％)和纯石墨靶材(纯度99.99％)各两套，各自相邻放置；公转盘卡轮带动自转，速度大概为5r/min。
步骤3：等离子体清洗
将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度为4.0×10-3Pa，再通入气流量为50sccm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为3.0×10-1Pa；
直接在铬靶材上施加0.012A电流密度，同时，对分梳辊针布施加负偏压值为450V、脉冲宽度为0.5μs、且脉冲频率为250KHz的脉冲偏压，以对针布进行离子清洗，离子清洗时间为15min。
步骤4：沉积纯铬打底层
此步骤中，保持50sccm的氩气流量，将两个铬靶材的靶电流密度均调节至0.3A/cm2，同时，将施加在分梳辊针布上的负偏压值调节至90V、脉冲宽度为0.5μs、且脉冲频率为250KHz的脉冲偏压，沉积纯铬打底层时间为15min。
步骤5：沉积过渡层
此步骤中，保持50sccm的氩气流量，将铬靶材的靶电流调节至0.06A/cm2，同时，将石墨靶材的靶电流密度调节至0.3A/cm2；同时，将施加在分梳辊针布上的负偏压值保持在90V、脉冲宽度为0.5μs、且脉冲频率为250KHz的脉冲偏压，沉积过渡层时间为40min。
步骤6：沉积碳基镀层工作层
此步骤中，保持50sccm的氩气流量，维持金属铬靶材和石墨靶材的电流密度不变；同时，保持施加在针布上的脉冲偏压参数不变，或将施加在针布上的偏压值调节至60V、脉冲宽度为0.5μs、且脉冲频率为250KHz的脉冲偏压，沉积碳层工作层时间为360min。
此实施例中，得到的分梳辊用针布表面减摩延寿复合镀层的厚度为3.5μm，硬度为850HV，摩擦系数为0.18。
【实施例3】
步骤1：对待处理分梳辊针布进行脱脂、水洗、超声清洗后，热风烘干。
步骤2：将步骤1得到的分梳辊针布置于微弧离子镀设备真空腔室中的工件架内，该工作架在下述各步骤中保持公自转旋转(15r/min)，所述真空腔室内放置有铬靶材(纯度99.99％)和纯石墨靶材(纯度99.99％)各两套，各自相邻放置；公转盘卡轮带动自转，速度大概为15r/min。
步骤3：等离子体清洗
将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度为5.0×10-3Pa，再通入气流量为80sccm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为6.0×10-1Pa。
直接在铬靶材上施加0.016A/cm2电流密度，同时，对分梳辊针布施加负偏压值为600V、脉冲宽度为1μs、且脉冲频率为400KHz的脉冲偏压，以对针布进行离子清洗，离子清洗时间为60min。
步骤4：沉积纯铬打底层
此步骤中，保持80sccm的氩气流量，将两个铬靶材的靶电流密度均调节至0.1A/cm2，同时，将施加在分梳辊针布上的负偏压值调节至120V、脉冲宽度为1μs、且脉冲频率为150KHz的脉冲偏压，沉积纯铬打底层时间为15min。
步骤5：沉积过渡层
此步骤中，保持80ccm的氩气流量，将铬靶材的靶电流密度调节至0.1A/cm2，同时，将石墨靶材的靶电流调节至0.16A/cm2；同时，将施加在分梳辊针布上的负偏压值保持在120V、脉冲宽度为1μs、且脉冲频率为150KHz的脉冲偏压，沉积过渡层时间为70min。
步骤6：沉积碳基镀层工作层
此步骤中，保持80sccm的氩气流量，维持金属铬靶材和石墨靶材的电流密度不变；同时，保持施加在针布上的脉冲偏压参数不变，或将施加在针布上的偏压值调节至90V、脉冲宽度为1μs、且脉冲频率为150KHz的脉冲偏压，沉积碳层工作层时间为480min。
此实施例中，得到的分梳辊针布表面减摩延寿复合镀层的厚度为4.5μm，硬度为720HV，摩擦系数为0.26。
【对比例】
磁控溅射法对分梳辊针布进行镀层
步骤1：首先对待进行超声波除蜡和除油清洗，利用空压机吹干后将长直工件直接放入四靶磁控溅射离子镀设备的真空室中，所述真空腔室内放置有铬靶材和纯石墨靶材，将真空腔室抽真空使真空腔室的真空度小于6.0×10-3Pa，并往真空腔室内通入氩气，气体流量为20sccm，保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-3Pa～8.0×10-3Pa；
步骤2：对步骤1的针布进行溅射轰击清洗，保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-3Pa，对铬靶材施加0.01A的电流，对石墨靶材施加0.01A的电流，并对刚轮施加400V的负偏压、脉冲宽度为0.5μs，脉冲频率为25KHz，轰击清洗时间为30min。
步骤3：沉积形成纯铬打底层，在步骤2溅射清洗后持续通入氩气，并保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-3Pa，调节铬靶材的靶电流至5A，调节石墨靶材的电流为0A，同时调节施加在刚轮上的负偏压至120V，脉冲宽度为0.2μs，脉冲频率为25KHz，持续时间为15min沉积形成纯铬打底层。
步骤4：沉积形成过渡层，在步骤3后持续通入氩气，并保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-3Pa，调节铬靶材的靶电流至0.05A，同时调节石墨靶材的靶电流至5A；同时，在刚轮上施加50V的负偏压，脉冲宽度为0.5μs，脉冲频率为250KHz，持续时间为60min沉积形成过渡层。
步骤5：沉积形成类石墨工作层，此步骤中持续通入氩气，并保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-3Pa；保持铬靶材和石墨靶材的电流参数不变；在针布上施加50V的负偏压，脉冲宽度为0.2μs，脉冲频率为250KHz，持续时间960min沉积形成类石墨工作层，类石墨工作层即为石墨自润滑膜层。
【测试】
图2为实施例1的整体效果图，可以看出工件表面在工艺后，其表面光洁；图3-4为实施例1中的镀层结构组织，从图3可以看出，由于制备过程中特定的工艺参数设置，使得脱靶粒子的瞬态密度很大，所以组织结构中不会结晶成“条状”且间隙大的组织，工作镀层由纳米级晶粒组成，组织细小，所以镀层的应力较小，解决并保障了碳基涂层中存在的韧性问题；从图4可以看出，镀层表面组织呈现典型的颗粒状结构特征，其结构致密均匀，组织细腻，镀层表面平整，无团聚现象，表面粗糙度小。
由此可知，分梳辊针布在经本发明方法处理以后，在镀层的截面形貌中可以发现镀层结构内部没有明显的孔洞、裂纹和空隙等缺陷，由于大的电流密度轰击并沉积，碳基离子镀层表面团簇结构直径很小，团簇结构排列较为紧密，团簇之间界限基本没有，镀层表面较为平整，粗糙度小，这些都为针布的压缩组装提供韧性保障和表面自润滑效果保障。因此最后组装后的分梳辊针布整体具有高结合力、低摩擦系数、兼备韧性匹配和齿部光洁等优点，有效延长分梳辊针布的使用寿命。
同时，通过各种力学检测也证实了前面的微观结构分析，发现(附力学性能表格表1)此方法设定特有参数范围后处理得到的复合镀层，对比其他常规处理手段(磁控溅射离子镀)，其摩擦系数降低，结合强度更高(至少提高37.5％)，且塑性指数更高(至少提高25％)，表明其微弧离子镀制备的此类镀层韧性得到极大地保障，减摩自润滑效果也得到提升，由于表面的粗糙度不高，其齿部光洁、工作时不伤纤维、走熟期短和使用寿命长，这些优点能完全满足于纺织领域对于分梳辊表面减摩延寿的要求。
表1
Figure BDA0003404909550000101
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将清洗后的待镀工件分梳辊针布置于微弧离子镀设备的真空腔室中的工作盘上，并启动工作盘；其中，所述真空腔室内设有铬靶材和纯石墨靶材；
S2、对真空腔室抽真空，再通入氩气，之后开启铬靶材的靶电流密度，并对S1中的待镀层分梳辊针施加脉冲偏压，进行等离子体清洗，得到第一阶段工件；
S3、调整铬靶材的靶电流密度，对第一工件施加脉冲偏压，在第一工件的表面沉积纯铬打底层，得到第二阶段工件；
S4、调整铬靶材的靶电流密度，并开启石墨靶材的靶电流密度，对第二工件施加脉冲偏压，在第二工件的表面沉积过渡层，得到第三阶段工件；
S5、保持S4中铬靶材和石墨靶材的靶电流密度，对第三阶段工件施加脉冲偏压，在第三阶段工件的表面沉积工作层，得到具有表面镀层的分梳辊针布。
2.根据权利要求1所述的基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，具体步骤如下：对真空腔室抽真空，使所述真空腔室的真空度小于5.0×10-3Pa，再通入气流量为7sccm～100sccm的氩气，保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-1Pa～6.5×10-1Pa；
直接在铬靶材上施加0.006A/cm2～0.016A/cm2电流密度，同时，对待镀层分梳辊针布施加负偏压值为400V～600V、脉冲宽度为0.2μs～5μs、且脉冲频率为100KHz～400KHz的脉冲偏压，对待镀层分梳辊针进行离子清洗，得到第一阶段工件，离子清洗时间为1min～60min。
3.根据权利要求1所述的基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，具体步骤如下：保持7sccm～100sccm的氩气流量，并保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-1Pa～6.5×10-1Pa；
将铬靶材的靶电流密度调节至0.004A/cm2～0.6A/cm2，同时，对第一阶段工件施加脉冲偏压，其中，负偏压值为10～150V、脉冲宽度为0.2μs～5μs、脉冲频率为100KHz～400KHz，在第一阶段工件的表面沉积纯铬打底层，沉积时间为1min～30min，得到第二阶段工件。
4.根据权利要求1所述的基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，具体步骤如下：保持7sccm～100sccm的氩气流量，并保持真空腔室中的工作气压为1.0×10-1Pa～6.5×10-1Pa；
将铬靶材的靶电流密度调节至0.02A/cm2～0.12A/cm2，同时，将石墨靶材的靶电流密度调节至0.02A/cm2～0.4A/cm2；同时，对第二阶段工件施加脉冲偏压，其中，负偏压值保持在10～150V、脉冲宽度为0.2μs～5μs、脉冲频率为100KHz～400KHz，在第二阶段工件的表面沉积过渡层，沉积时间为20min～70min，得到第三阶段工件。
5.根据权利要求1所述的基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，具体步骤如下：保持7sccm～100sccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为1.0×10-1Pa～6.5×10-1Pa；
维持S4中铬靶材和石墨靶材的电流密度参数不变；同时，对第三工件施加脉冲偏压，其中，偏压值调节至10～150V、脉冲宽度为0.2μs～5μs、脉冲频率为100KHz～400KHz，在第三工件的表面沉积工作层，沉积时间为120min～480min，得到具有表面镀层的分梳辊针布。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，其特征在于，铬靶材上靶电流密度的调节速率均为0.0002A/cm2/min～0.06A/cm2/min，石墨靶材的靶电流密度的调节速率为0.0002A/cm2/min～0.04A/cm2/min。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，其特征在于，铬靶材和石墨靶材相邻放置，且每种靶材数量为2个。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，其特征在于，铬靶材与分梳辊针布轴心之间的距离为60mm～150mm，石墨靶材与分梳辊针布轴心之间的距离为60mm～150mm，所述工作架公自转旋转转速为1r/min～20r/min。
9.根据权利要求1所述的基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法，其特征在于，分梳辊针布表面镀层的中Cr元素含量为4～30at％。
10.一种分梳辊针布，其特征在于，该分梳辊针布的表面镀层由权利要求1-9中任意一项所述的基于微弧离子镀的分梳辊针布表面镀层的制备方法制备所得。
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