CN101260508A - 采用碳氮钛铬复合涂层表面处理高尔夫球头的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用碳氮钛铬复合涂层表面处理高尔夫球头的方法，高尔夫球头复合金属化合物物膜的膜层共有四层：第一层钝金属钛层；第二层钛加少量碳化钛和适量碳化铬；第三层氮化钛层；第四层非晶碳膜层。在真空条件下，将金属气化后形成等离子体通过合金化原理，使高尔夫球头表面形成一种新材料的涂层，具有良好的外观、良好的耐溶剂性能、耐盐雾性性能、耐冲击性能和良好的金属附着牢度，特别是高尔夫球头表面具有硬度和韧性的综合物理性能，而且表面光滑，具有黑珍珠般的装饰效果，克服单一膜层单一金属化合物的硬而脆的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及表面处理高尔夫球头的方法，特别是一种采用碳氮钛铬复合涂层表面处理高尔夫球头的方法。
背景技术
表面处理高尔夫球头的方法一般采用在高尔夫球头表面电镀一层金属膜，上述方法缺点是污染环境。如中国专利公开号CN1010874A，名称为：“高尔夫球头表面硬化处理方法”公开的技术方案，采用高能量光束照射高尔夫球头，对高尔夫球头表面进行热处理，使高尔夫球头表面达到硬化的效果，上述方法缺点是高能量光束照射仪器价格昂贵，难以实施。也有采用自动沉积涂料，通过化学反应使涂料自动覆盖在高尔夫球头表面。采用丙烯酸乳液或采用环氧树脂作为基本材料制作的自动沉积涂料，上述方法缺点在于丙烯酸乳液自动沉积涂料易产生热粘冷脆现象，抗回粘性，耐热性不佳，环氧树脂的户外耐候性较差。还有采用涂层技术，如：氮化钛或碳化钛它们都是一种单一的金属化合物。在它们构成的组织结构上，构成它们的非金属元素与金属元素的原子半径比值小于0.59，在金属学上称它们为间隙相。在性能上共同的特点就是硬而脆，而且在膜层的生长过程中都是以柱状晶粒形成并长大的。为了获得一定的厚度，这种垂直于工作表面生长的柱状晶常常长的较为发达，同时柱状晶粒之间又存在着较多的杂质，因此抗腐性能较差，表面光洁度也差，内应力大易剥落。
发明内容
本发明的目的是针对上述的特点，研制一种采用碳氮钛铬复合涂层表面处理高尔夫球头的方法，碳氮钛铬复合涂层是一种新型复合涂层，它是在真空条件下，将金属气化后形成等离子体通过合金化原理，使高尔夫球头表面形成一种新材料的涂层，具有良好的外观、良好的耐溶剂性能、耐盐雾性性能、耐冲击性能和良好的金属附着牢度，特别是高尔夫球头表面具有硬度和韧性的综合物理性能。
本发明的目的是这样实现的：
1、本发明的理论基础
本发明是物理气象沉积PVD技术实践中获得的一种新型复合涂层。是多种复合涂层，每层中又是一种多元合金组成的复合金属化合物。在真空条件下，将金属气化后形成等离子体，通过合金化原理、使高尔夫球头表面形成常规金属合金材料中没有的多层复合涂层。仅仅是零点几到几个微米的多层复合化，就能获得特殊的物理化学性能，具有综合的强韧性，用于用户要求的装饰为主的高尔夫球头是理想的复合涂层。
2、本发明的技术方案
本发明应用真空室设置多个中频溅射靶、有铬靶、钛靶、石墨靶，另外增设一个钛材电弧靶，目的在于使高尔夫球头实现多层膜和多种合金元素的复合金属化合物膜。
A、高尔夫球头复合金属化合物物膜的膜层共有四层
第一层：钝金属钛层；
第二层：钛加少量碳化钛和适量碳化铬；
第三层：氮化钛层；
第四层：非晶碳膜层。
B、碳氮钛铬复合金属化合物
金属元素钛、铬和非金属元素碳、氮形成复合的金属化合物是碳氮钛铬。由于合金元素的相互作用在形成复合的金属化合物时比单一的金属化合物强度高、脆性小、应力小，因而就显著改善了高尔夫球头膜层的韧性，获得较好的强韧性。
C、复合金属化合物复合层
本发明在实现高尔夫球头复合金属化合物复合层时，在整个工艺过程中通过非金属元素、碳、氮之分压的控制，并在高尔夫球头的各膜层之间有意的制造了一个浓度梯度，每一个过渡区间，前一层逐渐减小，后一层逐渐增多的渐变过程中有利于高尔夫球头膜层的层与层之间的结合和性能的渐变。
D、非晶碳膜层
最外一层以碳为主的非晶碳膜层，其中由少量的金刚石结构和一定数量的石墨结构共同组成。所以高尔夫球头膜层才具有珍珠般的亮黑色，摩擦系数很小，而这一表面层的获得则是通过严格的乙炔分压的控制来获得，它是一个逐渐增加的渐变过程。
3、本发明的工艺流程
A、抽真空
用低真空系统粗抽至真空室真空度为2帕～4帕时，打开分子泵抽高真空达4×10-3帕～6.5×10-3帕，同时打开加热器对真空室加热至175℃～215℃。
B、高尔夫球头的工件辉光清洗
真空导入氩气，控制真空度达2.5帕～4帕，高尔夫球头工件偏压900V～1000V，电流2A～3A，时间500秒～700秒，占空比为60％～80％，高尔夫球头的工件清洗完毕对真空室抽高真空。
C、复合涂层
抽真空后，真空室导入氩气85SCCM，真空度控制到1.01×10-1帕～3×10-1帕。
(1)对高尔夫球头工件进行金属钛离子轰击，电压800V～1000V，占空比50％～70％，电流2A～5A，时间500秒～600秒，同时开启钛柱弧靶，离子轰击源，电压25V，电流120A，温度175℃～185℃。
(2)高尔夫球头膜层第一层膜的形成，纯钛膜。这一层膜实际上是由柱弧钛靶离子轰击形成的，这一过程在高偏压、反溅射的作用下，一面起到轰击作用，另一面事实上也有相当一部分钛元素沉积到高尔夫球头工件上形成纯钛膜。
(3)高尔夫球头膜层第二层膜的形成，是以钛为主，其余少量的碳化钛和一定数量的碳化铬。这一设计的目的为的是强化钝钛，增加其强度，使膜层硬度逐渐增加，以配合与第三层，更硬膜层的结合，时间400秒～500秒。
(4)高尔夫球头膜层第三膜层的形成，这一层以氮化钛层为主，氮气分三序逐渐导入真空室，最终增加到30SCCM，时间500秒～600秒形成一定的氮化钛层。
(5)高尔夫球头膜层第四层膜的形成，这一层是碳氮钛铬层。将氮气、乙炔气分成20序逐渐导入，每序时间随各序不同有所变化。调整石墨靶电流，而其中钛、铬靶电流则自始至终基本不变。高尔夫球头工件偏压则由高到低，从500V逐渐降至20V～60V。
(6)高尔夫球头膜层第四层膜的形成，从第10序开始，工件偏流逐渐减少这意味着进入最后的碳膜形成。由于石墨结构在膜中的形成使膜层又黑又亮，这一层中乙炔导入是关键，控制膜层厚度至0.8微米～1.2微米时，整个工艺完成。
采用本发明使高尔夫球头表面形成多层膜和多种合金元素的复合金属化合物膜，具有良好的外观，良好的耐溶性能，耐盐雾性能，耐冲击性能和良好的金属附着牢度，使高尔夫球头表面具有硬度和韧性综合物理性能，而且表面光滑，具有黑珍珠般的装饰效果，克服单一膜层单一金属化合物的硬而脆的缺点。
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明
实施例：
采用碳氮钛铬复合涂层表面处理高尔夫球头的方法的工艺流程如下：
A、抽真空
用低真空系统粗抽至真空室真空度为3帕时，打开分子泵抽高真空达5×10-3帕，同时打开加热器对真空室加热至185℃。
B、高尔夫球头工件辉光清洗
真空导入氩气，控制真空度达3帕，高尔夫球头工件偏压950V，电流2.5A，时间600秒，占空比为70％，高尔夫球头工件清洗完毕对真空室抽高真空。
C、复合涂层
抽真空后，真空室导入氩气85SCCM，真空度控制到2×10-1帕。
(1)对高尔夫球头工件进行金属钛离子轰击，电压900V，占空比60％，电流4A，时间550秒，同时开启钛柱弧靶，离子轰击源，电压25V，电流120A，温度180℃。
(2)高尔夫球头膜层第一层膜的形成，纯钛膜。这一层膜实际上是由柱弧钛靶离子轰击形成的，这一过程在高偏压、反溅射的作用下，一面起到轰击作用，另一面事实上也有相当一部分钛元素沉积到高尔夫球头工件上形成纯钛膜。
(3)高尔夫球头膜层第二层膜的形成，是以钛为主，其余少量的碳化钛和一定数量的碳化铬。这一设计的目的为的是强化钝钛，增加其强度，使膜层硬度逐渐增加，以配合与第三层，更硬膜层的结合，时间450秒。
(4)高尔夫球头膜层第三膜层的形成，这一层以氮化钛层为主，氮气分三序逐渐导入真空室，最终增加到30SCCM，时间550秒形成一定的氮化钛层。
(5)高尔夫球头膜层第四层膜的形成，这一层是碳氮钛铬层。将氮气、乙炔气分成20序逐渐导入，每序时间随各序不同有所变化。调整石墨靶电流，而其中钛、铬靶电流则自始至终基本不变。高尔夫球头工件偏压则由高到低，从500V逐渐降至40V。
(6)高尔夫球头膜层第四层膜的形成，从第10序开始，工件偏流逐渐减少这意味着进入最后的碳膜形成。由于石墨结构在膜中的形成使膜层又黑又亮，这一层中乙炔导入是关键，控制膜层厚度至0.9微米时，整个工艺完成。
Claims (1)
1、一种采用碳氮钛铬复合涂层表面处理高尔夫球头的方法，其特征是：采用碳氮钛铬复合涂层表面处理高尔夫球头的工艺流程如下：
A、抽真空
用低真空系统粗抽至真空室真空度为2帕～4帕时，打开分子泵抽高真空达4×10-3帕～6.5×10-3帕，同时打开加热器对真空室加热至175℃～215℃；
B、高尔夫球头的工件辉光清洗
真空导入氩气，控制真空度达2.5帕～4帕，高尔夫球头工件偏压900V～1000V，电流2A～3A，时间500秒～700秒，占空比为60％～80％，高尔夫球头的工件清洗完毕对真空室抽高真空；
C、复合涂层
抽真空后，真空室导入氩气85SCCM，真空度控制到1.01×10-1帕～3×10-1帕；
(1)对高尔夫球头工件进行金属钛离子轰击，电压800V～1000V，占空比50％～70％，电流2A～5A，时间500秒～600秒，同时开启钛柱弧靶，离子轰击源，电压25V，电流120A，温度175℃～185℃；
(2)高尔夫球头膜层第一层膜的形成，纯钛膜，这一层膜实际上是由柱弧钛靶离子轰击形成的，这一过程在高偏压、反溅射的作用下，一面起到轰击作用，另一面事实上也有相当一部分钛元素沉积到高尔夫球头工件上形成纯钛膜。
(3)高尔夫球头膜层第二层膜的形成，是以钛为主，其余少量的碳化钛和一定数量的碳化铬，这一设计的目的为的是强化钝钛，增加其强度，使膜层硬度逐渐增加，以配合与第三层，更硬膜层的结合，400秒～500秒；
(4)高尔夫球头膜层第三膜层的形成，这一层以氮化钛层为主，氮气分三序逐渐导入真空室，最终增加到30SCCM，时间500秒～600秒形成一定的氮化钛层；
(5)高尔夫球头膜层第四层膜的形成，这一层是碳氮钛铬层，将氮气、乙炔气分成20序逐渐导入，每序时间随各序不同有所变化，调整石墨靶电流，而其中钛、铬靶电流则自始至终基本不变，高尔夫球头工件偏压则由高到低，从500V逐渐降至20V～60V；
(6)高尔夫球头膜层第四层膜的形成，从第10序开始，工件偏流逐渐减少这意味着进入最后的碳膜形成，由于石墨结构在膜中的形成使膜层又黑又亮，这一层中乙炔导入是关键，控制膜层厚度至0.8微米～1.2微米时，整个工艺完成。
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