CN102758175A

CN102758175A - 镀膜件及其制备方法

Info

Publication number: CN102758175A
Application number: CN2011101067842A
Authority: CN
Inventors: 张新倍; 陈文荣; 蒋焕梧; 陈正士; 戴龙文; 林顺茂
Original assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-10-31
Also published as: US20120276405A1

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

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

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

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；

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。