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CN106756854A - 一种防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材及其制备方法 - Google Patents

一种防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材及其制备方法，所述防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材包括金属基材基底(0)，所述防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材由内向外依次为金属基材基底(0)、金属钛层(1)、氧化铟锡层(2)、氮化钛层(3)、第一氧化硅层(4)、镍基合金层(5)、氮化锆钛层(6)、第二氧化硅层(7)、氮化铬锆钛层(8)和氮化铬锆铝钛层(9)。本发明具备较高的硬度、优秀的防冲蚀和耐摩擦性能，致密均匀，颜色柔和。

Description

一种防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属基材制造技术领域，具体涉及一种防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材及其制备方法。
背景技术
从公元十八世纪开始，金属表面处理即成为不管是研发或应用上，均极受重视且应用广泛的技术，其主要内容为电镀及阳极防蚀等技术，经长年研发改善，此类处理技术已相当成熟，其成品功能往往能满足客户要求且质量良好，但污染严重及基材限制始终是其最大瓶颈。
目前最常用的制备CoPt磁性薄膜的方法是磁控溅射法。氩离子被阴极加速并轰击阴极靶表面，将靶材表面原子溅射出来沉积在基底表面上形成薄膜。通过更换不同材质的靶和控制不同的溅射时间，便可以获得不同材质和不同厚度的薄膜。磁控溅射法具有镀膜层与基材的结合力强、镀膜层致密、均匀等优点。以金属、合金、低价金属化合物或半导体材料作为靶阴极，在溅射过程中或在基片表面沉积成膜过程中与气体粒子反应生成化合物薄膜，这就是反应磁控溅射。反应磁控溅射广泛应用于化合物薄膜的大批量生产。
现在金属基材的防冲蚀耐摩擦的问题亟待解决，目前，缺乏一种具有防冲蚀耐摩擦性能好的防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种具有防冲蚀耐摩擦性能好的防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本发明的一种防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材，所述防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材包括金属基材基底，所述金属基材基底由内向外依次为金属钛层、氧化铟锡层、氮化钛层、第一氧化硅层、镍基合金层、氮化锆钛层、第二氧化硅层、氮化铬锆钛层和氮化铬锆铝钛层。
进一步地，所述金属钛层的厚度为18～30nm，所述氧化铟锡层的厚度为0.6～1.5μm，所述氮化钛层的厚度为0.3～1.2μm，所述第一氧化硅层的厚度为0.2～0.8μm。
进一步地，所述镍基合金层的厚度为1.0～1.6μm，所述氮化锆钛层的厚度为0.2～0.8μm，所述第二氧化硅层的厚度为0.6～1.2μm，所述氮化铬锆钛层的厚度为1.2～1.6μm，所述氮化铬锆铝钛层的厚度为1～1.4μm。
更进一步地，所述金属基材基底的材质为不锈钢、铁或铜。
本发明所述的防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用平衡或非平衡磁控溅射方式，镀膜设备置于洁净度十万级以内、湿度小于60％的洁净室内，设备冷却水温度在15～25℃；镀膜时本底真空要求：镀膜室真空度＜2.3×10-3Pa、真空室真空度＜1Pa；
(2)金属基材基底经清洗机清洗后，依次通过进入室和隔离室，到达镀膜室，进入镀膜室后，关闭隔离室与镀膜室间的隔离阀，抽真空至本地真空，之后通入氩气和工艺气体维持真空度在0.2～0.8Pa；
(3)待镀膜室腔体内总气压稳定后，将金属基材基底正对溅射靶面，金属基材基底与靶面之间的距离保持在5～18cm，连续开启中频电源、直流电源和射频电源，依次在金属基材基底膜层；
(4)镀膜过程中基底传输速度保持平稳均匀，速度范围为0.6～2.8m/min，制得防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材。
进一步地，在步骤(2)和(3)中，镀制时工艺气体为氧气或氮气。
进一步地，在步骤(3)中，电源采用恒功率的范围为3～40kw或恒电流的范围为3～30A。
有益效果：本发明具备较高的硬度、优秀的防冲蚀和耐摩擦性能，致密均匀，颜色柔和。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明膜系采用金属钛层和金属氮化物组成，金属钛层用于过渡并提高膜层结合力，金属氮化物具备较高的硬度、耐摩擦和耐腐蚀性能。
(2)本发明的镍基合金层提高了膜层防冲蚀、耐摩擦性能，各层之间无明显界限，采用梯度变化特点，各层膜层元素之间金属含量、膜层结构梯度变化，且氮气含量也呈梯度变化。
(3)本发明膜层最外层为氮化铬锆铝钛膜，可在提高整体膜层的防冲蚀性能、耐摩擦性能的同时，具备低的摩擦系数，膜层摩擦系数小于0.39，提高了本发明的防冲蚀能力。
附图说明
图1为本发明的防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材的示意图；
其中，0金属基材基底、金属钛层1、氧化铟锡层2、氮化钛层3、第一氧化硅层4、镍基合金层5、氮化锆钛层6、第二氧化硅层7、氮化铬锆钛层8、氮化铬锆铝钛层9。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明的一种防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材，所述防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材包括金属基材基底0，所述金属基材基底0由内向外依次为金属钛层1、氧化铟锡层2、氮化钛层3、第一氧化硅层4、镍基合金层5、氮化锆钛层6、第二氧化硅层7、氮化铬锆钛层8和氮化铬锆铝钛层9。
所述金属钛层1的厚度为18nm，所述氧化铟锡层2的厚度为1.5μm，所述氮化钛层3的厚度为0.8μm，所述第一氧化硅层4的厚度为0.2μm。
所述镍基合金层5的厚度为1.4μm，所述氮化锆钛层6的厚度为0.2μm，所述第二氧化硅层7的厚度为0.6μm，所述氮化铬锆钛层8的厚度为1.6μm，所述氮化铬锆铝钛层9的厚度为1.2μm。
所述金属基材基底0的材质为不锈钢。
本发明所述的防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材的制备方法，包括如下步骤：
(1)采用平衡或非平衡磁控溅射方式，镀膜设备置于洁净度十万级以内、湿度小于60％的洁净室内，设备冷却水温度在15℃；镀膜时本底真空要求：镀膜室真空度＜2.3×10- 3Pa、真空室真空度＜1Pa；
(2)金属基材基底经清洗机清洗后，依次通过进入室和隔离室，到达镀膜室，进入镀膜室后，关闭隔离室与镀膜室间的隔离阀，抽真空至本地真空，之后通入氩气和工艺气体维持真空度在0.6Pa；镀制时工艺气体为氧气。
(3)待镀膜室腔体内总气压稳定后，将金属基材基底正对溅射靶面，金属基材基底与靶面之间的距离保持在18cm，连续开启中频电源、直流电源和射频电源，依次在金属基材基底膜层；镀制时工艺气体为氧气或氮气。电源采用恒功率为20kw或恒电流为3A。
(4)镀膜过程中基底传输速度保持平稳均匀，速度范围为0.6m/min，制得防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：本发明的一种防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材，所述金属钛层1的厚度为20nm，所述氧化铟锡层2的厚度为0.6μm，所述氮化钛层3的厚度为0.3μm，所述第一氧化硅层4的厚度为0.6μm。
所述镍基合金层5的厚度为1.0μm，所述氮化锆钛层6的厚度为0.8μm，所述第二氧化硅层7的厚度为0.8μm，所述氮化铬锆钛层8的厚度为1.2μm，所述氮化铬锆铝钛层9的厚度为1μm。
所述金属基材基底0的材质为铁。
本发明所述的防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材的制备方法，包括如下步骤：
在步骤(1)中，采用平衡或非平衡磁控溅射方式，镀膜设备置于洁净度十万级以内、湿度小于60％的洁净室内，设备冷却水温度在25℃；镀膜时本底真空要求：镀膜室真空度＜2.3×10-3Pa、真空室真空度＜1Pa；
在步骤(2)中，金属基材基底经清洗机清洗后，依次通过进入室和隔离室，到达镀膜室，进入镀膜室后，关闭隔离室与镀膜室间的隔离阀，抽真空至本地真空，之后通入氩气和工艺气体维持真空度在0.2Pa；镀制时工艺气体为氮气。
在步骤(3)中，待镀膜室腔体内总气压稳定后，将金属基材基底正对溅射靶面，金属基材基底与靶面之间的距离保持在18cm，连续开启中频电源、直流电源和射频电源，依次在金属基材基底膜层；镀制时工艺气体为氧气或氮气。电源采用恒功率为3kw或恒电流为26A。
在步骤(4)中，镀膜过程中基底传输速度保持平稳均匀，速度范围为2.8m/min，制得防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：本发明的一种防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材，所述金属钛层1的厚度为30nm，所述氧化铟锡层2的厚度为1.2μm，所述氮化钛层3的厚度为1.2μm，所述第一氧化硅层4的厚度为0.8μm。
所述镍基合金层5的厚度为1.6μm，所述氮化锆钛层6的厚度为0.6μm，所述第二氧化硅层7的厚度为1.2μm，所述氮化铬锆钛层8的厚度为1.3μm，所述氮化铬锆铝钛层9的厚度为1.4μm。
所述金属基材基底0的材质为铜。
本发明所述的防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材的制备方法，包括如下步骤：
在步骤(1)中，采用平衡或非平衡磁控溅射方式，镀膜设备置于洁净度十万级以内、湿度小于60％的洁净室内，设备冷却水温度在23℃；镀膜时本底真空要求：镀膜室真空度＜2.3×10-3Pa、真空室真空度＜1Pa；
在步骤(2)中，金属基材基底经清洗机清洗后，依次通过进入室和隔离室，到达镀膜室，进入镀膜室后，关闭隔离室与镀膜室间的隔离阀，抽真空至本地真空，之后通入氩气和工艺气体维持真空度在0.8Pa；镀制时工艺气体为氧气或氮气。
在步骤(3)中，待镀膜室腔体内总气压稳定后，将金属基材基底正对溅射靶面，金属基材基底与靶面之间的距离保持在5cm，连续开启中频电源、直流电源和射频电源，依次在金属基材基底膜层；镀制时工艺气体为氧气或氮气。电源采用恒功率的范围为40kw或恒电流的范围为30A。
在步骤(4)中，镀膜过程中基底传输速度保持平稳均匀，速度范围为2.5m/min，制得防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材。
尽管本文较多地使用了金属基材基底0、金属钛层1、氧化铟锡层2、氮化钛层3、第一氧化硅层4、镍基合金层5、氮化锆钛层6、第二氧化硅层7、氮化铬锆钛层8、氮化铬锆铝钛层9等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材，其特征在于：所述防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材包括金属基材基底(0)，所述金属基材基底(0)由内向外依次为金属钛层(1)、氧化铟锡层(2)、氮化钛层(3)、第一氧化硅层(4)、镍基合金层(5)、氮化锆钛层(6)、第二氧化硅层(7)、氮化铬锆钛层(8)和氮化铬锆铝钛层(9)。
2.根据权利要求1所述的防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材，其特征在于：所述金属钛层(1)的厚度为18～30nm，所述氧化铟锡层(2)的厚度为0.6～1.5μm，所述氮化钛层(3)的厚度为0.3～1.2μm，所述第一氧化硅层(4)的厚度为0.2～0.8μm。
3.根据权利要求2所述的防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材，其特征在于：所述镍基合金层(5)的厚度为1.0～1.6μm，所述氮化锆钛层(6)的厚度为0.2～0.8μm，所述第二氧化硅层(7)的厚度为0.6～1.2μm，所述氮化铬锆钛层(8)的厚度为1.2～1.6μm，所述氮化铬锆铝钛层(9)的厚度为1～1.4μm。
4.根据权利要求3所述的防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材，其特征在于：所述金属基材基底(0)的材质为不锈钢、铁或铜。
5.权利要求1至4任一项所述的防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)采用平衡或非平衡磁控溅射方式，镀膜设备置于洁净度十万级以内、湿度小于60％的洁净室内，设备冷却水温度在15～25℃；镀膜时本底真空要求：镀膜室真空度＜2.3×10- 3Pa、真空室真空度＜1Pa；
(2)金属基材基底经清洗机清洗后，依次通过进入室和隔离室，到达镀膜室，进入镀膜室后，关闭隔离室与镀膜室间的隔离阀，抽真空至本地真空，之后通入氩气和工艺气体维持真空度在0.2～0.8Pa；
(3)待镀膜室腔体内总气压稳定后，将金属基材基底正对溅射靶面，金属基材基底与靶面之间的距离保持在5～18cm，连续开启中频电源、直流电源和射频电源，依次在金属基材基底膜层；
(4)镀膜过程中基底传输速度保持平稳均匀，速度范围为0.6～2.8m/min，制得防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材。
6.根据权利要求5所述的防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材的制备方法，其特征在于：在步骤(2)和(3)中，镀制时工艺气体为氧气或氮气。
7.根据权利要求5所述的防冲蚀耐摩擦镀膜金属基材的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中，电源采用恒功率的范围为3～40kw或恒电流的范围为3～30A。
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