CN102758175A - 镀膜件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种镀膜件,其包括基材及形成于基材表面的合金层,该合金层含有铁、硅、硼及碳,其中铁的原子百分含量为60~95%,硅的原子百分含量为1~20%,硼的原子百分含量为1~10%,碳的原子百分含量为1~10%。本发明还提供一种上述镀膜件的制备方法。本发明镀膜件的制备方法,采用PVD镀膜技术并使用特殊成份的合金靶,在基材的表面制备获得合金层,所述合金层具有较高的硬度且与基材附着牢固,可有效防止基材被磨损,相应地延长了镀膜件的使用寿命。所述制备方法工艺简单、绿色环保且成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种镀膜件及其制备方法。
背景技术
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition, PVD)制备保护性涂层已成功地应用于工业。对于一些硬度不高的金属基材,通常在其表面PVD镀过渡金属氮化物和/或碳化物等陶瓷涂层。该类陶瓷涂层具有较高的硬度、良好的化学稳定性,是各类金属基材表面强化硬质薄膜的首选材料。然而它们同时具有高脆性、高残余应力、与金属基材结合力差等缺陷,在施加外力的情况下,所镀的陶瓷涂层容易因为内部的应力缺陷导致失效。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种有效解决上述问题的PVD镀膜件。
另外,本发明还提供一种上述镀膜件的制备方法。
一种镀膜件,其包括基材及形成于基材表面的合金层,该合金层含有铁、硅、硼及碳,其中铁的原子百分含量为60~95%,硅的原子百分含量为1~20%,硼的原子百分含量为1~10%,碳的原子百分含量为1~10%。
一种镀膜件的制备方法,其包括如下步骤:
提供基材;
制备一合金靶,该合金靶中含有铁、硅、硼及碳;
采用溅射法,并使用上述步骤制备的合金靶,在基材的表面形成一合金层,该合金层含有铁、硅、硼及碳,其中铁的原子百分含量为60~95%,硅的原子百分含量为1~20%,硼的原子百分含量为1~10%,碳的原子百分含量为1~10%。
本发明镀膜件的制备方法,采用PVD镀膜技术并使用特殊成份的合金靶,在基材的表面制备获得合金层,所述合金层具有较高的硬度,可有效防止基材被磨损,且所述合金层与基材附着牢固,克服了一般硬质膜层具有高脆性、高残余应力等缺陷,相应地延长了镀膜件的使用寿命。所述制备方法工艺简单、绿色环保且成本低廉。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例镀膜件的剖视图;
图2是本发明一较佳实施例真空镀膜机的示意图。
主要元件符号说明
镀膜件 | 10 |
基材 | 11 |
合金层 | 13 |
真空镀膜机 | 20 |
镀膜室 | 21 |
合金靶 | 23 |
轨迹 | 25 |
真空泵 | 30 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1,本发明一较佳实施方式的镀膜件10包括基材11、及形成于基材11表面的合金层13。
基材11的材质可为不锈钢或铜合金,但不限于该两种材质。
该合金层13含有铁、硅、硼及碳,其中铁的原子百分含量为60~95%,硅的原子百分含量为1~20%,硼的原子百分含量为1~10%,碳的原子百分含量为1~10%。该合金层13的厚度为50~100nm。该合金层13具有较高的硬度。
本发明一较佳实施方式的镀膜件10的制备方法包括如下步骤:
提供基材11。该基材11的材质可为不锈钢或铜合金,但不限于该两种材质。
对该基材11进行预处理,该预处理可包括除油除蜡、去离子水喷淋及烘干等步骤。
制备合金靶23,该合金靶23中含有铁、硅、硼及碳,其中铁的原子百分含量为60~95%,硅的原子百分含量为1~20%,硼的原子百分含量为1~10%,碳的原子百分含量为1~10%。
该合金靶23的制备采用电弧熔炼法,使用块状的铁、硅、硼及碳为原料,其中原料中铁、硅、硼及碳的原子百分含量分别为60~95%、1~20%、1~10%及1~10%;将原料放入一水冷铜坩埚中进行熔炼,熔炼温度为2000~2500℃,反复熔炼至形成均匀的合金坯。
该合金靶23的制备也可采用高频感应熔炼法,使用块状或粉状的铁、硅、硼及碳为原料,其中原料中铁、硅、硼及碳的原子百分含量分别为60~95%、1~20%、1~10%及1~10%;将原料放入一坩埚中进行熔炼,对坩埚进行感应加热,熔炼温度为1800~2000℃,反复熔炼至形成均匀的合金坯。
对合金坯进行机械加工使形成相应的靶材形状,即制得合金靶23。
采用溅射法在基材11的表面形成一合金层13,该合金层13含有铁、硅、硼及碳,其中铁的原子百分含量为60~95%,硅的原子百分含量为1~20%,硼的原子百分含量为1~10%,碳的原子百分含量为1~10%。
结合参阅图2,提供一真空镀膜机20,该真空镀膜机20包括一镀膜室21及连接于镀膜室21的一真空泵30,真空泵30用以对镀膜室21抽真空。该镀膜室21内设有转架(未图示)、相对设置的二合金靶23。转架带动基材11沿圆形的轨迹25公转,且基材11在沿轨迹25公转时亦自转。
形成该合金层13的具体操作方法可为:将基材11固定于镀膜室21内的转架上,抽真空使该镀膜室21的本底真空度为8×10-3Pa,加热该镀膜室21使基材11的温度为100~180℃;向镀膜室21内通入工作气体氩气,氩气的流量为150~300sccm,开启并设定合金靶23的功率为10~15kw,设定施加于基材11的偏压为-100~-150V,沉积所述合金层13。沉积所述合金层13的时间为40~70min。
该合金层13的厚度为50~100nm,其具有较高的硬度。这是由于硅、硼及碳的加入,一方面能导致铁基合金的晶格结构发生畸变,可有效抵抗晶体位错的移动,从而提高合金层13的强度;另一方面硅、硼及碳元素大部分与铁形成共价键,而共价键的强度较高,从而有效提高了合金层13的硬度。
下面通过实施例来对本发明进行具体说明。
实施例1
本实施例所使用的真空镀膜机20为中频磁控溅射镀膜机。
本实施例所使用的基材11为不锈钢。
制备合金靶23:采用电弧熔炼法,使用块状的铁、硅、硼及碳为原料,其中原料中铁、硅、硼及碳的原子百分含量分别为70%、15%、10%及5%,将原料混合进行熔炼,熔炼温度为2500℃。
沉积合金层13:基材11的温度为100℃,工作气体氩气的流量为150sccm,靶材24的功率为15kW,施加于基材11的偏压为-100V,沉积时间为40min。
本实施例中合金层13的厚度为50nm。
实施例2
本实施例所使用的真空镀膜机20为中频磁控溅射镀膜机。
本实施例所使用的基材11为铜合金。
制备合金靶23:采用高频感应熔炼法,使用块状的铁、硅、硼及碳为原料,其中原料中铁、硅、硼及碳的原子百分含量分别为90%、5%、4%及1%,将原料混合进行熔炼,熔炼温度为2000℃。
沉积合金层13:基材11的温度为180℃,工作气体氩气的流量为300sccm,靶材24的功率为10kW,施加于基材11的偏压为-150V,沉积时间为60min。
本实施例中合金层13的厚度为100nm。
硬度测试结果表明,由本发明实施例1及2所制得的合金层13的铅笔硬度均大于9H。
本发明镀膜件10的制备方法,采用PVD镀膜技术并使用特殊成份的合金靶23,在基材11的表面制备获得合金层13,所述合金层13具有较高的硬度,可有效防止基材11被磨损,且该合金层13与基材11附着牢固,克服了一般硬质膜层具有高脆性、高残余应力等的缺陷,相应地延长了镀膜件10的使用寿命。所述制备方法工艺简单、绿色环保,且使用的合金靶,其原料成本及制造成本低廉,可降低镀膜件10的制备成本。
Claims (9)
1.一种镀膜件,包括基材及形成于基材表面的合金层,其特征在于:该合金层含有铁、硅、硼及碳,其中铁的原子百分含量为60~95%,硅的原子百分含量为1~20%,硼的原子百分含量为1~10%,碳的原子百分含量为1~10%。
2.如权利要求1所述的镀膜件,其特征在于:该基材的材质为不锈钢或铜合金。
3.如权利要求1所述的镀膜件,其特征在于:该合金层采用溅射法形成,其厚度为50~100nm。
4.一种镀膜件的制备方法,其包括如下步骤:
提供基材;
制备一合金靶,该合金靶中含有铁、硅、硼及碳;
采用溅射法,并使用上述步骤制备的合金靶,在基材的表面形成一合金层,该合金层含有铁、硅、硼及碳,其中铁的原子百分含量为60~95%,硅的原子百分含量为1~20%,硼的原子百分含量为1~10%,碳的原子百分含量为1~10%。
5.如权利要求4所述的镀膜件的制备方法,其特征在于:该基材的材质为不锈钢或铜合金。
6.如权利要求4所述的镀膜件的制备方法,其特征在于:所述制备合金靶的步骤采用如下方式实现:采用电弧熔炼法,使用块状的铁、硅、硼及碳为原料,其中原料中铁、硅、硼及碳的原子百分含量分别为60~95%、1~20%、1~10%及1~10%;将原料放入一水冷铜坩埚中进行熔炼,熔炼温度为2000~2500℃。
7.如权利要求4所述的镀膜件的制备方法,其特征在于:所述制备合金靶的步骤采用如下方式实现:采用高频感应熔炼法,使用块状或粉状的铁、硅、硼及碳为原料,其中原料中铁、硅、硼及碳的原子百分含量分别为60~95%、1~20%、1~10%及1~10%;将原料放入一坩埚中进行熔炼,熔炼温度为1800~2000℃。
8.如权利要求4所述的镀膜件的制备方法,其特征在于:溅射形成所述合金层的步骤的工艺参数为:基材的温度为100~180℃,以氩气为工作气体,氩气的流量为150~300sccm,合金靶的功率为10~15kw,施加于基材的偏压为-100~-150V,沉积时间为40~70min。
9.如权利要求4所述的镀膜件的制备方法,其特征在于:该合金层的厚度为50~100nm。
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