CN102485950A - 镀膜件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镀膜件，其包括基材、形成于基材表面的打底层、形成于打底层表面的过渡层及形成于过渡层表面的硬质层，该打底层为Ni-Cr合金层，该过渡层为Ni-CrC层，该硬质层为B 4C层。本发明镀膜件的膜系逐层过渡较好，膜层内部没有明显的应力产生，这样在施加外力的情况下，所镀的膜层不会因为内部的应力缺陷导致失效，有效地提高了镀膜件的使用寿命，且使镀膜件具有较高的硬度。此外，本发明还提供一种上述镀膜件的制备方法。

Description

镀膜件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种镀膜件及其制备方法。

背景技术

过渡金属氮化物、碳化物和碳氮化物具有高硬度、高抗磨损性能和良好的化学稳定性等优异性能。因此，通常将过渡金属氮化物、碳化物和碳氮化物以薄膜的形式镀覆在刀具或模具表面，以此来提高刀具和模具的使用寿命。

但是此类镀膜件的制备过程中，由于硬质膜层与基体间的热膨胀系数相差较大，且不同组分的膜层的成份和结构有明显的变化，膜层间存在不可避免的热应力，晶格匹配带来的内应力，这些应力在薄膜制备完成后往往不能消除，因而膜层与基体结合力较差，薄膜在使用过程中容易发生剥离，从而影响了此类镀膜件的使用寿命及其应用范围。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种有效解决上述问题的镀膜件。

另外，还有必要提供一种制备上述镀膜件的方法。

一种镀膜件，其包括基材、形成于基材表面的打底层、形成于打底层表面的过渡层及形成于过渡层表面的硬质层，该打底层为Ni-Cr合金层，该过渡层为Ni-CrC层，该硬质层为B₄C层。

一种镀膜件的制备方法，其包括如下步骤：

提供基材；

在基材表面形成打底层，该打底层为Ni-Cr合金层；

在打底层的表面形成过渡层，该过渡层为Ni-CrC层；

在过渡层的表面形成硬质层，该硬质层为B₄C层。

本发明镀膜件在基材的表面沉积Ni-Cr合金层作为打底层，再在打底层的表面沉积Ni-CrC层作为过渡层，再在过渡层的表面沉积B₄C层作为硬质层，膜系逐层过渡较好，膜层内部没有明显的应力产生，这样在施加外力的情况下，所镀的膜层不会因为内部的应力缺陷导致失效，有效地提高了镀膜件的使用寿命，且使镀膜件具有较高的硬度。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例镀膜件的剖视图。

主要元件符号说明

镀膜件    10

基材      11

打底层    13

过渡层    15

硬质层    17

具体实施方式

请参阅图1，本发明一较佳实施方式镀膜件10包括基材11、形成于基材11表面的打底层13、形成于打底层13表面的过渡层15及形成于过渡层15表面的硬质层17。

该基材11的材质为含有Ni和Cr的不锈钢。

该打底层13可以磁控溅射的方式形成。该打底层13为Ni-Cr合金层。该打底层13的厚度可为200～400nm。

该过渡层15可以磁控溅射的方式形成。该过渡层15为Ni-CrC层。该过渡层15的厚度可为300～600nm。

该硬质层17可以磁控溅射的方式形成。该硬质层17为B₄C层。该硬质层17的厚度可为500～1000nm。

所述打底层13、过渡层15和硬质层17的总厚度为1～2μm。

本发明一较佳实施方式的镀膜件10的制备方法，其包括以下步骤：

(a)提供一基材11，该基材11的材质为含有Ni和Cr的不锈钢。

(b)将基材11放入无水乙醇中进行超声波清洗，以去除基材11表面的污渍，清洗时间可为5～10min。

(c)对经上述处理后的基材11的表面进行氩气等离子体清洗，以进一步去除基材11表面的油污，以及改善基材11表面与后续镀层的结合力。该等离子体清洗的具体操作及工艺参数可为：将基材11放入一磁控溅射镀膜机(图未示)的镀膜室内，将该镀膜室抽真空至3.0×10^-5Pa，然后向镀膜室内通入流量为500sccm(标准状态毫升/分钟)的氩气(纯度为99.999％)，并施加-200～-500V的偏压于基材11，对基材11表面进行氩气等离子体清洗，清洗时间为3～10min。

(d)采用磁控溅射法在经氩气等离子体清洗后的基材11上溅镀一打底层13，该打底层13为Ni-Cr合金层。溅镀该打底层13在所述磁控溅射镀膜机中进行。使用Ni-Cr合金靶，其中所述Ni-Cr合金靶中Ni的质量百分含量为20～50％，以氩气为工作气体，氩气流量可为300～500sccm。溅镀时对基材11施加-100～-300V的偏压，并加热所述镀膜室使基材11的温度为100～200℃，镀膜时间可为15～35min。该打底层13的厚度可为200～400nm。

(e)继续采用磁控溅射法在所述打底层13的表面溅镀一过渡层15。该过渡层15为Ni-CrC层。溅镀该过渡层15使用上述步骤中使用的Ni-Cr合金靶，以乙炔为反应气体，乙炔流量可为100～300sccm，以氩气为工作气体，氩气流量可为300～500sccm。溅镀时对基材11施加-100～-300V的偏压，基材11的温度为100～200℃，镀膜时间可为20～40min。该过渡层15的厚度可为300～600nm。由于Ni与C较难形成NiC相，因此过渡层15中主要为CrC硬质相与金属Ni。

(f)继续采用磁控溅射法在所述过渡层15的表面溅镀一硬质层17。该硬质层17为B₄C层。溅镀该硬质层17使用硼靶(纯度大于99％)，以乙炔为反应气体，乙炔流量可为40～100sccm，以氩气为工作气体，氩气流量可为400～500sccm。溅镀时对基材11施加-100～-300V的偏压，基材11的温度为100～200℃，镀膜时间可为45～85min。该硬质层17的厚度可为500～1000nm。

本发明较佳实施方式镀膜件10在不锈钢基材11的表面沉积Ni-Cr合金层作为打底层13，再在打底层13的表面沉积Ni-CrC层作为过渡层15，再在过渡层15的表面沉积B₄C层作为硬质层17，膜系逐层过渡较好，膜层内部没有明显的应力产生，这样在施加外力的情况下，所镀的膜层不会因为内部的应力缺陷导致失效，有效地提高了镀膜件10的使用寿命，且使镀膜件10具有较高的硬度。

Claims (10)

1.一种镀膜件，其包括基材、形成于基材表面的打底层、形成于打底层表面的过渡层及形成于过渡层表面的硬质层，其特征在于：该打底层为Ni-Cr合金层，该过渡层为Ni-CrC层，该硬质层为B4C层。

2.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述基材为含有Ni和Cr的不锈钢。

3.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述打底层以磁控溅射的方式形成，该打底层的厚度为200～400nm。

4.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述过渡层以磁控溅射的方式形成，该过渡层的厚度为300～600nm。

5.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述硬质层以磁控溅射的方式形成，该硬质层的厚度为500～1000nm。

6.一种镀膜件的制备方法，其包括如下步骤：

提供基材；

在基材表面形成打底层，该打底层为Ni-Cr合金层；

在打底层的表面形成过渡层，该过渡层为Ni-CrC层；

在过渡层的表面形成硬质层，该硬质层为B4C层。

7.如权利要求6所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述形成打底层的步骤采用如下方式实现：采用磁控溅射法，使用Ni-Cr合金靶，其中靶材中Ni的质量百分含量为20～50％，以氩气为工作气体，氩气流量为300～500sccm，基材偏压为-100～-300V，加热使基材的温度为100～200℃，镀膜时间为15～35min。

8.如权利要求6所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述形成过渡层的步骤采用如下方式实现：采用磁控溅射法，使用Ni-Cr合金靶，其中靶材中Ni的质量百分含量为20～50％，以乙炔为反应气体，乙炔流量为100～300sccm，以氩气为工作气体，氩气流量为300～500sccm，基材偏压为-100～-300V，基材的温度为100～200℃，镀膜时间为20～40min。

9.如权利要求6所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述形成硬质层的步骤采用如下方式实现：采用磁控溅射法，使用硼靶，以乙炔为反应气体，乙炔流量为40～100sccm，以氩气为工作气体，氩气流量为400～500sccm，基材偏压为-100～-300V，基材的温度为100～200℃，镀膜时间为45～85min。

10.如权利要求6所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述基材为含有Ni和Cr的不锈钢。

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