一種不銹鋼表面制備多功能薄膜的工藝方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于不銹鋼材料表面防護技術領域，具體涉及一種采用磁控濺射制備氧化鉻薄膜的工藝方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)代生產過程中，機械、化工、冶金、紡織等行業(yè)使用的各種不同的類型的機械設備越來越多，這些機械設備都包含易磨損和易腐蝕部件。目前，這些部件主要是用耐磨鑄鐵和硬質合金。由于摩擦過程中自身所產生的高溫或是環(huán)境條件的苛刻，這就更加加重了不耐高溫的金屬部件的磨損和腐蝕。隨著科技的發(fā)展，人們對機械部件的要求也越來越高，金屬耐磨、耐蝕材料已經不能滿足更高技術要求，為此，急需尋求各種替代材料。
[0003]氧化鉻薄膜是近年來發(fā)展出來并受到重視的一種耐磨、耐蝕涂層。因為氧化鉻具有硬度高，摩擦系數(shù)低、熔點很高(達到2266°C)。因此抗磨蝕能力強，而且具有與基體結合力強，脆性低，內應力較小等優(yōu)點。因此在機械行業(yè)中得到了廣泛的應用。此外氧化鉻薄膜還具有高的抗高溫氧化性能，耐腐蝕性能及特有的光學性能等，所以在其他方面也有較廣泛的應用前景。對于不同的用途涂層常采用不同的制備方法如化學氣相沉積，等離子體噴涂，輝光放電，磁控濺射，不同的制備方法具有不同的優(yōu)缺點。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明為了改善不銹鋼表面耐磨性和耐蝕性等問題，通過改變?yōu)R射工藝參數(shù)，能夠在不銹鋼表面獲得不同厚度的均勻、致密的氧化鉻陶瓷涂層，這種涂層不僅提高了不銹鋼表面耐磨性和硬度，而且還提高了抗高溫氧化性以及耐蝕性能。
[0005]本發(fā)明采用的技術方案具體過程如下:
[0006]首先將不銹鋼片切割成10 X 10 X 1mm3的基體片，在預磨機上用400至2000目砂紙依次打磨去除氧化層，使表面粗糙度Ra達到5，然后基體片用酒精與乙醚體積比3:1的混合溶液擦洗，除去表面的油脂、水及其它污垢并用冷風吹干；
[0007]濺射前通過機械真空栗和擴散栗組成的兩級抽氣系統(tǒng)進行抽真空使其真空度達至IJ2X10 4Pa，然后通入高純氬氣，流量為45cm3/min，啟動設備在恒功率為lkw的條件下，對靶材鉻進行預濺射5分鐘，目的是去除靶材鉻表面的氧化層，保持靶面清潔，
[0008]移開擋板，通入高純氧氣作為反應氣體，控制氬氣和氧氣流量比使鍍膜室內氬氣與氧氣的體積比為13:5，濺射氣壓控制在6 X 10 2Pa，基體片溫度保持在260°C，樣品臺以20r/min速度旋轉，目的是使薄膜沉積均勻，待靶電壓穩(wěn)定后，開始濺射并計時，
[0009]濺射過程中的工藝參數(shù):電壓為0?250V ;氧氣流量為1.8cm3/min ;濺射氣壓為6 X 10 2Pa和革El基距為20mm，派射時間20?60min，
[0010]濺射完成后，關閉氬氣流量，使薄膜只有在氧氣環(huán)境下的真空室冷卻到室溫，讓其表面充分反應，最后打開真空室取出鍍好的薄膜樣品，可在不銹鋼基體獲得一層均勻致密且硬度高，耐磨性、耐蝕性好的氧化鉻薄膜，所制備的薄膜厚度為2-3.5 μπι。
[0011]本發(fā)明技術方法對不銹鋼表面進行改性具有成本低、效率高、操作簡單、涂層精度高以及濺射溫度低、產品不變形等諸多優(yōu)點。本發(fā)明通過控制氬氣和氧氣流量比使其鍍膜室氬氣與氧氣的濃度比、工作電壓、沉積時間等其他參數(shù)達到協(xié)同作用，所得涂層厚度、涂層耐磨性、涂層硬度達到最佳。經過改性處理后的不銹鋼，其表面得到的氧化鉻陶瓷涂層致密均勻、硬度高、耐磨性好、氧化鉻陶瓷涂層與基體結合力強，增加了其使用壽命且氧化鉻涂層腐蝕電流明顯降低；改性處理后的不銹鋼對基體可長期提供有效的保護作用。
【附圖說明】
[0012]圖1為以下各實施例中，不同電壓下氧化鉻涂層在3.5%氯化鈉溶液中的動電位極化曲線。
[0013]圖2為以下各實施例中，不同工作電壓下氧化鉻涂層的硬度曲線。
[0014]圖3為以下各實施例中，不同工作電壓下氧化鉻涂層的磨損體積曲線。
【具體實施方式】
[0015]不銹鋼表面磁控濺射氧化鉻涂層的方法具體實施過程如下:
[0016]以下各實施例的預處理過程均為:首先將不銹鋼樣品線切割成10X 10X 1mm3在預磨機上用400至2000目砂紙依次打磨去除氧化層，然后基體片用酒精與乙醚體積比3:1的混合溶液仔細擦洗，除去表面的油脂，水和其它污垢并用冷風吹干。
[0017]實施例1:
[0018]濺射前通過機械真空栗和擴散栗組成的兩級抽氣系統(tǒng)進行抽真空使其真空度達至IJ2X 10 4Pa。然后通入高純氬氣，流量為45cm3/min，啟動設備在恒功率為lkw的條件下，對靶進行預濺射(5分鐘)目的是去除靶表面的氧化層，保持靶面清潔。移開擋板，再通入高純氧氣作為反應氣體，控制氬氣和氧氣流量比使其鍍膜室氬氣與氧氣的濃度比為13:5，濺射氣壓控制在6X10 2Pa，基體溫度保持在260°C。樣品臺以20r/min速度旋轉目的是使薄膜沉積均勻，待靶電壓穩(wěn)定后，開始濺射并計時。濺射過程中具體的工藝參數(shù):電壓為0V ;氧氣流量為1.8cm3/min ;濺射氣壓為6 X 10 2Pa和靶基距為20mm，濺射時間20min。濺射完成后，關閉氬氣流量，使薄膜只有在氧氣環(huán)境下的真空室冷卻到室溫，讓其表面充分反應，最后打開真空室取出鍍好的薄膜樣品?？稍诓讳P鋼基體獲得一層均勻致密且硬度高，耐磨性、耐蝕性好的氧化鉻薄膜，所制備的薄膜厚度為2 μπι。
[0019]實施例2:
[0020]濺射前通過機械真空栗和擴散栗組成的兩級抽氣系統(tǒng)進行抽真空使其真空度達至IJ2X 10 4Pa。然后通入高純氬氣，流量為45cm3/min，啟動設備在恒功率為lkw的條件下，對靶進行預濺射(5分鐘)目的是去除靶表面的氧化層，保持靶面清潔。移開擋板，再通入高純氧氣作為反應氣體，控制氬氣和氧氣流量比使其鍍膜室氬氣與氧氣的濃度比為13:5，濺射氣壓控制在6X10 2Pa，基體溫度保持在260°C。樣品臺以20r/min速度旋轉目的是使薄膜沉積均勻，待靶電壓穩(wěn)定后，開始濺射并計時。濺射過程中具體的工藝參數(shù):電壓為25V ;氧氣流量為1.8cm3/min ;濺射氣壓為6 X 10 2Pa和靶基距為20mm，濺射時間23min。濺射完成后，關閉氬氣流量，使薄膜只有在氧氣環(huán)境下的真空室冷卻到室溫，讓其表面充分反應，最后打開真空室取出鍍好的薄膜樣品?？稍诓讳P鋼基體獲得一層均勻致密且硬度高，耐磨性、耐蝕性好的氧化鉻薄膜，所制備的薄膜厚度為3.Ο μπι。
[0021]實施例3:
[0022]濺射前通過機械真空栗和擴散栗組成的兩級抽氣系統(tǒng)進行抽真空使其真空度達至IJ2X 10 4Pa。然后通入高純氬氣，流量為45cm3/min，啟動設備在恒功率為lkw的條件下，對靶進行預濺射(5分鐘)目的是去除靶表面的氧化層，保持靶面清潔。移開擋板，再通入高純氧氣作為反應氣體，控制氬氣和氧氣流量比使其鍍膜室氬氣與氧氣的濃度比為13:5，濺射氣壓控制在6X10 2Pa，基體溫度保持在260°C。樣品臺以20r/min速度旋轉目的是使薄膜沉積均勻，待靶電壓穩(wěn)定后，開始濺射并計時。濺射過程中具體的工藝參數(shù):電壓為50V ;氧氣流量為1.8cm3/min ;濺射氣壓為6 X 10 2Pa和靶基距為20mm，濺射時間32min。濺射完成后，關閉氬氣流量，使薄膜只有在氧氣環(huán)境下的真空室冷卻到室溫，讓其表面充分反應，最后打開真空室取出鍍好的薄膜樣品?？稍诓讳P鋼基體獲得一層均勻致密且硬度高，耐磨性、耐蝕性好的氧化鉻薄膜，所制備的薄膜厚度為4.0 μπι。
[0023]實施例4:
[0024]濺射前通過機械真空栗和擴散栗組成的兩級抽氣系統(tǒng)進行抽真空使其真空度達至IJ2X 10 4Pa。然后通入高純氬氣，流量為45cm3/min，啟動設備在恒功率為lkw的條件下，對靶進行預濺射(5分鐘)目的是去除靶表面的氧化層，保持靶面清潔。移開擋板，再通入高純氧氣作為反應