CN115595538B - 不锈钢列管式散热器表面TiAlN膜层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不锈钢列管式散热器表面TiAlN膜层的制备方法，包括采用铝钛合金靶材，质量占比为铝67±0.1％，钛33±0.1％,铝、钛总含量不低于99.99％。采用湿玻璃喷丸对工件进行前处理，提升工件表面一致性，采用柠檬酸和表面活性剂为主要成分的清洗剂对工件表面进行清洗，提升表面活性。采用600V电压、50％脉冲比对工件表面进行轰击清洗，防止工件表面温度过高。采用2段式膜层沉积方案，提升膜层与基体的附着力同时保证膜层耐蚀性和耐磨性。本发明能够有效解决不锈钢列管式散热器表面镀TiAlN膜层的过程中产生焊缝裂纹以及膜层附着力不合格等问题，确保镀TiAlN膜层的致密度大、附着力好。
Description
技术领域
本发明属于散热器表面处理技术领域，具体涉及一种不锈钢列管式散热器表面多弧离子镀TiAlN膜层的方法。
背景技术
多弧离子镀技术是离子镀技术的一种改进方法,该方法是把弧光放电作为金属蒸发源的表面涂层技术，具有镀膜速度高,膜层的致密度大,膜的附着力好等特点。
不锈钢列管式散热器经钎焊、氩弧焊加工完成后，为了提升零件表面的外观质量、耐蚀性及耐磨性，需要对产品进行镀TiAlN膜层处理，TiAlN膜层可以增加不锈钢表面的耐蚀性、耐磨性。
如图1所示，为不锈钢列管式散热器的产品结构示意图，由于产品结构的原因，镀膜过程中工件温度过高会造成焊缝裂纹(例如图1中A处)或因为内外温差过大造成结构损坏，而工件表面清洁不干净造成膜层附着力不合格等问题。
发明内容
本发明旨在提供一种不锈钢列管式散热器表面TiAlN膜层的制备方法，该方法能够解决不锈钢列管式散热器表面镀TiAlN膜层的过程中产生焊缝裂纹以及膜层附着力不合格等问题，确保镀TiAlN膜层的致密度大、附着力好。
本发明是通过如下技术方案予以实现的：
不锈钢列管式散热器表面TiAlN膜层的制备方法，采用多弧离子镀在不锈钢列管式散热器表面形成TiAlN膜层，镀膜过程中采用铝钛合金靶材，质量占比为铝67±0.1％，钛33±0.1％，铝、钛总含量不低于99.99％。
进一步，所述多弧离子镀包括前处理和镀膜，其中：
所述前处理至少包括以下两个步骤，
步骤1，采用湿玻璃喷丸对不锈钢列管式散热器表面进行清理；
步骤2，采用柠檬酸和表面活性剂为主要成分的清洗剂对不锈钢列管式散热器表面进行清洗；
所述镀膜包括，
采用600V电压、50％脉冲比对不锈钢列管式散热器表面进行轰击清洗；
采用2段式膜层沉积。
进一步，所述前处理的步骤1和步骤2之间还包括对不锈钢列管式散热器进行烘烤处理。
进一步，所述烘烤处理的温度为240±10℃，时间4±0.1h。
作为一种选择，所述前处理的步骤1中，采用220～260目粒径玻璃珠，0.4～0.6MPa压力对待镀膜的不锈钢列管式散热器表面进行清理；
作为一种选择，所述前处理的步骤2中，采用超声波清洗的方式配合以柠檬酸和表面活性剂为主要成分的清洗剂对不锈钢列管式散热器表面进行清洗。
作为一种选择，所述超声波清洗的频率为24kHz，时间30min，清洗完成后，用清水将不锈钢列管式散热器表面残留的清洗剂漂洗干净。
作为一种选择，所述前处理的步骤2之后还包括依次进行的烘干和装配不锈钢列管式散热器，并且在完成烘干后24h内进行不锈钢列管式散热器表面镀膜。
作为一种选择，所述烘干温度为100±10℃，时间为0.5±0.1h。
进一步，所述镀膜时，在1h内将真空炉的真空度降至1×10-3Pa，在30±5min内将真空炉温度升至150℃±10℃。
进一步，所述镀膜时，
第1段膜层沉积时电压低于第2段膜层沉积时电压；
第1段膜层沉积时电流等于第2段膜层沉积时电流；
第1段膜层沉积时氮气流量大于第2段膜层沉积时氮气流量，且第1段膜层沉积时氮气的保持时间短于第2段膜层沉积时氮气的保持时间。
通过本发明方法加工的零件可以有效提升不锈钢表面的耐蚀性、耐磨性，防止不锈钢列管式散热器在多弧离子镀加工中发生焊缝开裂和膜层脱落现象造成的零件报废问题。
与现有技术相比，本发明具备以下特点：
(1)采用湿玻璃喷丸对不锈钢列管式散热器进行前处理，提升了不锈钢列管式散热器表面一致性，解决了传统处理流程中采用机械抛光无法解决的不锈钢列管式散热器死角无法抛光及不锈钢列管式散热器表面表面状态不一致的问题。
(2)采用柠檬酸和表面活性剂为主要成分的清洗剂对不锈钢列管式散热器表面进行清洗，提升表面活性。
(3)采用600V电压、50％脉冲比对不锈钢列管式散热器表面进行轰击清洗，防止不锈钢列管式散热器表面温度过高，造成不锈钢列管式散热器上的焊缝出现裂纹。
(4)因镀膜过程中电压、氮气流量高会造成膜层硬度低，虽然与基体的附着力好，但耐摩性、耐腐蚀性下降，为了保证膜层的附着力、耐摩性和耐腐蚀性，本发明采用2段式镀膜方案，前段采用相对低的电压、相对高的氮气流量和相对短的保持时间，保证膜层附着力，后段采用相对高的电压、相对小的氮气流量和相对长的保持时间，保证膜层耐摩性和耐腐蚀性。
(5)由于不锈钢列管式散热器结构复杂，传统的常规清洗方案不能将不锈钢列管式散热器表面和内腔的油污完全清除干净，本发明采用了高温烘烤方案，可以完全将内腔油污等去除干净。
(6)因镀膜前的轰击工序会在不锈钢列管式散热器表面产生高温，造成不锈钢列管式散热器的外部和内部温差大，本发明通过调节轰击功率、电压及脉冲占比，控制不锈钢列管式散热器的表面温度，将不锈钢列管式散热器的表面温度控制在300℃以内，防止不锈钢列管式散热器过热现象的发生，避免损坏不锈钢列管式散热器内部结构。
(7)本发明的镀膜方法解决了不锈钢列管式散热器表面多弧离子镀TiAlN膜层过程中产生的外观质量不一致、焊缝裂纹及膜层附着力不合格等问题。
附图说明
图1为不锈钢列管式散热器结构图；
图2为多弧离子镀镀膜过程中各参数设置表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。
本实施例中，不锈钢列管式散热器表面TiAlN膜层的制备过程中包括：采用湿玻璃喷丸对不锈钢列管式散热器进行前处理，提升不锈钢列管式散热器表面一致性；采用柠檬酸和表面活性剂为主要成分的清洗剂(柠檬酸和表面活性剂的配比根据不锈钢成分调整，一般选择二者的质量百分比在3:7)对不锈钢列管式散热器表面进行清洗，提升表面活性；采用600V电压、50％脉冲比对不锈钢列管式散热器表面进行轰击清洗，防止不锈钢列管式散热器表面温度过高；采用2段式膜层沉积方案，提升膜层与基体的附着力。
如图2所示，为多弧离子镀镀膜过程中各参数设置表，镀膜过程中采用铝钛合金靶材，质量占比为铝67±0.1％，钛33±0.1％，铝钛含量不低于99.99％。具体工艺流程为：
1.喷丸：采用220～260目粒径玻璃珠材料，0.4～0.6MPa压力对待进行镀膜的工件表面进行清理，去除工件表面的焊接氧化皮，提升工件表面状态的一致性；采用湿喷玻璃丸方案对不锈钢表面进行清理，解决了以往流程中采用机械抛光中无法解决的工件死角无法抛光及工件表面状态的一致性问题；
2.烘烤：喷丸完成后，对工件进行高温烘烤处理，温度240±10℃，时间4±0.1h，去除工件上的油污等杂质；由于不锈钢列管式散热器结构复杂，常规清洗方案不能将工件的油污完全清除干净，采用高温烘烤方案，可以完全将表面和内腔油污等去除干净(避免内腔油污在镀膜过程中渗出表面)；
3.清洗：工件喷玻璃丸完成后，使用柠檬酸和表面活性剂为主要成分的清洗剂(清洗剂中柠檬酸和表面活性剂的质量百分比为3:7)对工件表面进行超声波清洗，频率24KHz，时间30min；清洗完成后，用清水将工件表面残留的清洗剂漂洗干净；
4.烘干：清洗完成后，将工件表面水分烘干，温度100±10℃，时间0.5±0.1h，并于24h内完成入炉镀膜加工；
5.装配：零件清洗烘干后，按图纸要求保护零件并进行装配；
6.镀膜：①工件入炉后，在1h内将真空炉的真空度降至1×10-3Pa；②在30±5min内将真空炉温度升至150℃±10℃；③充气，向炉体中充入纯度为99.9％的氮气，保证10s内真空炉的真空度升至不大于9Pa；④蚀刻：10min内将电压从100V升至600V；功率从1KW升至7KW；在600V(脉冲占比50％)、7KW保持180min；⑤第1段镀膜：电压60V；电流80A；氮气流量：950mL/min；保持70min；⑥第2段镀膜：电压80V；电流80A；氮气流量：850mL/min；保持75min；因镀膜前的轰击工序会在工件表面产生高温，造成工件的外部和内部温差大，通过调节轰击功率、电压及脉冲占比，控制工件表面温度，将工件表面温度控制在300℃以内，防止工件过热；因镀膜过程中电压、氮气流量高会造成膜层硬度低，但与基体的附着力好，但耐摩性、耐腐蚀性下降，为保证膜层的附着力、耐摩性和耐腐蚀性，采用2段式镀膜方案，前段采用电压60V、电流80A、氮气流量950mL/min、保持70min参数，保证膜层附着力，后段采用电压80V、电流80A、氮气流量850mL/min，保持75min，保证膜层耐摩性和耐腐蚀性。
7.出炉：镀膜完成后，随炉冷却至80℃以下方可出炉；
上述实施例并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案基础上所做出的变形、修饰或等同替换等，均应落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.不锈钢列管式散热器表面TiAlN膜层的制备方法，其特征在于：采用多弧离子镀在不锈钢列管式散热器表面形成TiAlN膜层，镀膜过程中采用铝钛合金靶材，质量占比为铝67±0.1％，钛33±0.1％，铝、钛总含量不低于99.99％；
所述多弧离子镀包括前处理和镀膜，其中：
所述前处理至少包括以下两个步骤，
步骤1，采用湿玻璃喷丸对不锈钢列管式散热器表面进行清理；
步骤2，采用柠檬酸和表面活性剂为主要成分的清洗剂对不锈钢列管式散热器表面进行清洗；
所述镀膜包括，
采用600V电压、50％脉冲比对不锈钢列管式散热器表面进行轰击清洗，将不锈钢列管式散热器的表面温度控制在300℃以内；
采用2段式膜层沉积；
第1段膜层沉积时电压低于第2段膜层沉积时电压；
第1段膜层沉积时电流等于第2段膜层沉积时电流；
第1段膜层沉积时氮气流量大于第2段膜层沉积时氮气流量，且第1段膜层沉积时氮气的保持时间短于第2段膜层沉积时氮气的保持时间；
第1段采用相对低的电压、相对高的氮气流量和相对短的保持时间，保证膜层附着力，第2段采用相对高的电压、相对小的氮气流量和相对长的保持时间，保证膜层耐摩性和耐腐蚀性。
2.根据权利要求1所述的不锈钢列管式散热器表面TiAlN膜层的制备方法，其特征在于：所述前处理的步骤1和步骤2之间还包括对不锈钢列管式散热器进行烘烤处理。
3.根据权利要求2所述的不锈钢列管式散热器表面TiAlN膜层的制备方法，其特征在于：所述烘烤处理的温度为240±10℃，时间4±0.1h。
4.根据权利要求1所述的不锈钢列管式散热器表面TiAlN膜层的制备方法，其特征在于：
所述前处理的步骤1中，采用220～260目粒径玻璃珠，0.4～0.6MPa压力对待镀膜的不锈钢列管式散热器表面进行清理；
所述前处理的步骤2中，采用超声波清洗的方式配合以柠檬酸和表面活性剂为主要成分的清洗剂对不锈钢列管式散热器表面进行清洗。
5.根据权利要求4所述的不锈钢列管式散热器表面TiAlN膜层的制备方法，其特征在于：所述超声波清洗的频率为24kHz，时间30min，清洗完成后，用清水将不锈钢列管式散热器表面残留的清洗剂漂洗干净。
6.根据权利要求1所述的不锈钢列管式散热器表面TiAlN膜层的制备方法，其特征在于：所述前处理的步骤2之后还包括依次进行的烘干和装配不锈钢列管式散热器，并且在完成烘干后24h内进行不锈钢列管式散热器表面镀膜。
7.根据权利要求6所述的不锈钢列管式散热器表面TiAlN膜层的制备方法，其特征在于：所述烘干温度为100±10℃，时间为0.5±0.1h。
8.根据权利要求1所述的不锈钢列管式散热器表面TiAlN膜层的制备方法，其特征在于：所述镀膜时，在1h内将真空炉的真空度降至1×10-3Pa，在30±5min内将真空炉温度升至150℃±10℃。
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