CN102787297B - 锌基合金真空离子镀铬工艺代替现行电镀铬工艺 - Google Patents
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Abstract
一种钢铁、锌基合金真空离子镀铬工艺代替现行电镀铬工艺，属于材料表面技术领域。其特征是：离子镀铬工艺代替现行电镀装饰铬工艺和离子镀超硬铬代替电镀硬铬。工件与真空室之间，施加有脉冲负变偏压，电压为100-2000V，膜层与工件之间有0.5－4微米（μ）的过渡层提高镀膜附着性，离子镀氮化锆、或氮化铬代替现行电镀装饰铬工艺中电镀镍层；离子镀铬或钴代替电镀装饰铬工艺中电镀铬层；离子镀超硬铬代替电镀硬铬，离子镀金属化合物光亮剂镀膜，如三氧化二鋁或二氧化硅提高离子镀膜光亮性。本发明的效果和益处是：膜层中没有Ｎｉ元素，对人体无害；没有三废排放无须治理；附着性好，致密性好，耐蚀性强，硬度高耐磨性好。
Description
技术领域
本发明属材料表面技术领域，涉及到用真空离子镀工艺铬代替现行电镀装饰铬和离子镀超硬铬代替电鍍硬铬工艺方法。
背景技术
现行电镀装饰铬和电鍍硬铬工艺，广泛应用在材料表面抗大气腐蚀装饰镀膜和耐磨镀膜。现行电镀铬工艺方法：
上挂具-化学除油--水洗-电化学除油--水洗--酸活化-含氰电镀铜打底-水洗--镀光亮镍-水洗--镀铬--水洗--烘干-检验-包装-入库.
现行电镀铬工艺缺点是：电镀工艺使用酸碱盐严重污染环境；电镀过程中产生有毒物质如六价铬，使用氰化物等对人体有害；电镀层中有镉、镍元素，易引起皮肤癌；电镀膜与工件之间没有过渡层,影响附着性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是根除现行电镀铬工艺的缺点。
本发明技术方案是采用真空阴极电弧镀-磁控溅射-电子束离子镀技术，如图1所示。
本发明工艺过程:
步骤一：工件6材质：钢铁、锌基合金，经抛光清洗烘干装入真空窒1中。
步骤二：真空室1抽真空5，真空度达到（1-3）X10-3Pa。
步骤三：开动加热装置8，钢铁工件6加热温度＜200℃，锌基合金工件6加热温度＜100℃。
步骤四：工件6溅射清洗，由离子源通入氩气（Ar）11，真空度调至1-5Pa，开动工件6脉冲负偏压电源4，工件6上施加脉冲负偏压工艺：电压-（900—2000）V，占空比50%--70%，溅射清洗时间10-20min。
步骤五：工件6离子镀底膜铬（Cr）或锆（Zr）代替现行电镀铬工艺中氰电镀铜层，膜层与工件6表面形成形成0.5-4微米（μ）厚度的过渡层，提高镀膜附着性，详见图2及图3，并能防止锌基合金中锌（Zn）元素在真空离子镀过程中挥发，真空室1抽真空5，由离子源通入氩气（Ar）11，真空度调至（3-5）X10-1Pa，
开动磁控溅射靶电源3，从磁控溅射靶2上溅射出铬（Cr）或锆（Zr）原子沉积在工件6表面上，磁控溅射靶电源3电压为350V—550V，开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲变負偏压工艺：电压-200V，占空比10-30%，时间4-8min→-400V占空比10-30%时间2-4min→-600V占空比10-30%时间2-4min→-（900—2000）V占空比10-30%时间6-10min→-300V占空比10-30%时间2-4min。
步骤六：工件6离子镀耐蚀镀膜代替现行电镀铬工艺中电镀镍层，阴极电弧离子镀氮化锆(ZrN)、或氮化铬（CrN），离子镀氮化锆(ZrN)及氮化铬（CrN）镀膜耐蚀性好于现行电镀铬工艺中电镀镍层，详见表1、表2，氮化铬(CrN)镀层硬度好于现行电镀硬铬，详见表4，真空室1真空度调至在（3--5）X10-1Pa,由离子源通入氩(Ar)和氮气(N2)11，开动阴极电弧源电源9，从阴极电弧源10靶材上溅射出高能量粒子锆（Zr）或铬（Cr），并与氮离子(N+)相互作用形成氮化锆（ZrN）或氮化铬（CrN）沉积在工件6表面上，每个弧源电流达到额定电流80A或100A或120A，开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲负偏压工艺：电压-100V-300V，占空比20%～70%，镀膜时间60-120min。
步骤七：工件6离子镀金属化合物光亮剂镀膜五氧化三钛（Ti3O5）或三氧化二鋁（Al2O3）或二氧化硅（SiO2）或氧化锆（ZrO2）或氧化锌（ZnO）提高离子镀膜光亮性，真空室1真空度调至在（5--8）X10-2Pa,由离子源通入氩气（Ar）和氧气（O2）11，开动e型电子枪7，从e型电子枪7上坩埚中蒸发出五氧化三钛（Ti3O5）或三氧化二鋁（Al2O3）或二氧化硅（SiO2）或氧化锆（ZrO2）或氧化锌（ZnO），沉积在工件6表面上，
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲負偏压工艺：电压-200V，占空比10%-30%，时间10-60min，步骤七开始操作时间是在步骤六最后余下5min时开始，便于金属化合物光亮剂与离子镀氮化锆(ZrN)、或氮化铬（CrN）镀膜进行掺杂，提高镀膜光亮性和附着性。
步骤八：工件6离子镀铬(Cr)或离子镀钴（Co）代替现行电镀装饰铬工艺中电镀铬层，离子镀铬(Cr)或离子镀钴（Co）镀膜耐蚀性好于现行电镀铬工艺中镀铬层，详见表1，表2，真空室1仃止送入氮气（N2），真空度调至在（3--5）X10-1Pa，
开动磁控溅射靶电源3，从磁控溅射靶2上溅射出铬（Cr）或钴（Co）原子并沉积在工件6表面上，磁控溅射靶电源3电压为350V—550V，开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲负偏压工艺：电压-100V-300V，占空比20%～70%，镀膜时间10min～30min。
步骤九：钢铁工件真空离子镀超硬鉻镀膜工艺代替现行电镀硬铬工艺，
开动阴极电弧源电源9，从阴极电弧源10靶材上溅射出高能粒子铬（Cr）与氮离子(N+)相互作用形成氮化铬（CrN）沉积在工件6表面上，每个弧源电流达到额定电流80A或100A或120A，开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲负偏压工艺：电压-100V-300V，占空比30%～70%，镀膜时间60-120min，仃止送入氮气，真空度调至3-5X10-1pa，开动磁控溅射靶电源3，从磁控溅射靶2上溅射出铬（Cr）原子并沉积在工件6表面上，磁控溅射靶电源3电压为350V—550V，
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲负偏压工艺：电压-100V-300V，占空比（20%～70%），镀膜时间10min～30min。离子镀氮化铬(CrN)镀层硬度好于现行电镀硬铬，离子镀氮化铬(CrN)和厂离子镀铬(Cr)复合镀膜其硬度也好于现行电镀硬铬,详见表4。
步骤十：工件6离子镀金属化合物光亮剂镀膜五氧化三钛（Ti3O5）或三氧化二鋁（Al2O3）或二氧化硅（SiO2）或氧化锆（ZrO2）或氧化锌（ZnO）提高离子镀膜光亮性，真空室1真空度调至在（5--8）X10-2Pa,由离子源通入氩气（Ar）和氧气（O2）11，
开动e型电子枪7，从e型电子枪7上坩埚中蒸发出五氧化三钛（Ti3O5）或三氧化二鋁（Al2O3）或二氧化硅（SiO2）或氧化锆（ZrO2）或氧化锌（ZnO）沉积在工件6表面上，镀膜时间为10—60min,
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲变負偏压工艺：电压-200V，占空比10-30%，时间10-60min，步骤九开始操作时间是在步骤八最后余下5min时开始，便于金属化合物光亮剂与铬（Cr）或锆（Co）进行掺杂，提高镀膜光亮性和附着性。
步骤十一：真空室冷却，冷却至70—80℃后打开炉门取出工件。
步骤十二：镀膜性能检测。
步骤十三：质量检查合格入库。
本发明工艺优点：
1、在真空条件下进行工艺操作，不用酸碱盐,不允许用液体,没有三废排放,对环境没有污染,不需治理污染投资。
2、生产过程中不产生六价铬、不用氰化物,离子镀对人体无害。
3、离子镀层没有镉、镍元素不会易引起皮肤癌。
4、镀膜与基材之间可以形成0.5-4微米（μ）宽度过渡层,所以镀膜的附着性比电镀膜好，如图2、图3、图4所示。
5、离子镀氮化铬和氮化鋯耐蚀性好于电镀镍，离子镀铬和钴耐蚀性好于电镀铬，如表1、表2、表3所示。
6、离子镀氮化铬(CrN)及离子镀氮化铬+离子镀铬复合镀层硬度均高于现行电镀硬铬,如表4所示。
本发明的效果和益处是钢铁、锌基合金真空离子镀铬工艺代替现行电镀装饰铬工艺和离子镀超硬铬代替电鍍硬铬工艺,根除电镀对环境污染及对人体危害。
附图说明
附图1是阴极电弧镀-磁控溅射-电子束离子镀装置示意图。
图中：1真空室；2磁控溅射靶；3磁控溅射靶电源；4脉冲偏压电源；5抽真空；6工件；7e型电子枪；8加热装置；9阴极电弧源电源；10阴极电弧源；11通入Ar、N2、O2离子源。
附图2是钢铁工件与离子镀铬膜之间过渡层电子探针分析图。
图中：（a）工件脉冲负偏压-500V、（b）工件脉冲负偏压-1000V
（c）工件脉冲负偏压-1500V、（d）工件脉冲负偏压-2000V。
工件随脉冲负偏压增加，其过渡层也加宽，其厚度为0.5-4微米（μ）。
附图3是锌基合金离子镀铬电子探针分析图。
鋅基合金离子镀鉻,工件施加脉冲变負偏压工艺：电压-980V占空比20%，时间6min,可形成0.8微米（μ）厚度过渡层。
附图4是钢铁工件与离子镀铬膜之间过渡层电子探针分析
图中：工件脉冲负偏压-1500V，钢铁工件与离子镀铬膜之间过渡层，其厚度为3微米（μ）。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例1.钢铁工件真空离子镀铬工艺代替现行电镀装饰铬工艺采用阴极电弧镀-磁控溅射-电子束离子镀技术如图1所示，进行钢铁工件真空离子镀铬工艺代替现行电镀装饰铬工艺。
工件名称：小五金、窗框，工件材质：普通碳钢
步骤一：工件6经抛光清洗烘干装入真空窒1中。
步骤二：真空室1抽真空5，真空度达到3X10-3Pa。
步骤三：开动热加热装置8，工件6温度＜200℃。
步骤四：工件6溅射清洗，由离子源通入氩气（Ar）11，真空度调至5Pa，开动工件6脉冲负偏压电源4，工件6施加脉冲负偏压工艺：电压-1500V，占空比70%，溅射清洗时间15min。
步骤五：工件6离子镀底膜铬(Cr)代替现行电镀铬工艺中含氰电镀铜，膜层与工件6表面形成2微米（μ）厚度的过渡层，提高镀膜附着性，详见图2，真空室1抽真空5，由离子源通入氩气（Ar）11，真空度调至3X10-1Pa，开动磁控溅射靶电源3，从磁控溅射靶2上溅射出铬（Cr）原子沉积在工件6表面上，磁控溅射靶电源3电压为480V，
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲负变偏压工艺：电压-100V→-800V占空比20%时间2min→-1000V占空比20%时间10min→-300V占空比20%时间2min。
步骤六：工件6离子镀耐蚀镀膜代替现行电镀铬工艺中电镀镍层，阴极电离子镀氮化锆(ZrN)，离子镀氮化锆(ZrN)镀膜耐蚀性比电镀镍层好，详见表1，真空室1真空度调至在3X10-1Pa,由离子源通入氩(Ar)和氮气(N2)11，开动阴极电弧源电弧源电源9，从阴极电弧源10上溅射出高能量锆（Zr）粒子，与氮离子(N+)相互作用形成氮化锆（ZrN），沉积在工件6表面上，每个弧源电流达到额定电流100A，
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲负偏压工艺：电压-200V，占空比50%，镀膜时间120min。
步骤七：工件6离子镀金属化合物光亮剂镀膜五氧化三钛(Ti3O5)提高镀膜光亮性，真空室1真空度调至在8X10-2Pa,由离子源通入氩(Ar)及氧气（O2）11，开动e-型电子枪7,从e-型电子枪7上坩埚中蒸发出五氧化三钛(Ti3O5)沉积在工件6表面上。
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲負偏压工艺：电压-200V，占空比20%时间20min，
步骤七开始操作时间是在步骤六最后余下5min时开始，便于金属化合物光亮剂与离子镀氮化锆(ZrN)镀膜进行掺杂，提高镀膜光亮性和附着性。
步骤八：工件6离子镀铬(Cr)代替现行电镀铬工艺中电镀铬层，离子镀铬(Cr)镀层耐蚀性比电镀铬层好，详见表1，
真空室1仃止送入氮气（N2）11真空度调至在3X10-1Pa，
开动磁控溅射靶电源3，从磁控溅射靶2上溅射出铬（Cr）
并沉积在工件6表面上，磁控溅射靶电源3电压为-450V，
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲负偏压工艺：电压-200V，占空比50%，镀膜时间20min。
步骤九：工件6离子镀金属化合物光亮剂镀膜五氧化三钛(Ti3O5)提高镀膜光亮性，真空室1真空度调至在8X10-2Pa,由离子源通入氩(Ar)及氧气（O2）11，开动e-型电子枪7,从e-型电子枪7上坩埚中蒸发出五氧化三钛(Ti3O5)沉积在工件6表面上,
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲变負偏压工艺：电压-200V，占空比20%，时间20min，
步骤九开始操作时间是在步骤八最后余下5min时开始，便于金属光亮剂与铬（Cr）进行掺杂，提高镀膜光亮性和附着性。
步骤十：真空室冷却，冷却至80℃后打开炉门取出工件。
步骤十一：钢铁真空离子镀铬工艺代替现行电镀装饰铬性能测试。
1.钢铁工件与离子镀铬膜之间过渡层电子探针分析结果,如图2所示，工件随脉冲负偏压增加，其过渡层也加宽，其厚度为0.5-4微米（μ）。
2.镀膜耐蚀性测试，测试项目：极化曲线测试结果,如表1所示,
测试条件：设备名称：Corrtest-CS350电化学工作站，辅助电极为Pt电极，参比电极为Ag/AgCl电极腐蚀液为3.5%NaCl溶液，水域温度25℃。
表1镀膜耐蚀性测试结果：
| 材料 | 自腐蚀电位Ecorr(mV) |
| 电镀铬（Cr） | -443.9 |
| 电镀镍（Ni） | -507.7 |
| 离子镀氮化锆（ZrN） | -420mV |
| 离子镀铬（Cr） | -314.1 |
结论：根据自腐蚀电位赿高耐蚀性赿好原则：
（1）离子镀氮化锆（ZrN）耐蚀性都好于电镀镍，完全可以代替电镀镍。
（2）离子镀铬（Cr）耐蚀性都好于电镀铬。
步骤十二：质量检查合格入库。
实施例2.锌基合金真空离子镀鈷工艺代替现行电镀装饰铬工艺，采用阴极电弧镀-磁控溅射-电子束离子镀技术如图1所示，进行锌基合金真空离子镀鈷工艺代替现行电镀装饰铬工艺。
工件名称：门窗把手、水龙头、浴室器具，材质：锌基合金
步骤一：工件6经抛光、清洗、烘干装入真空窒1中。
步骤二：真空室1抽真空5，真空度达到3X10-3Pa。
步骤三：工件6开动加热装置8，工件6温度＜90℃。
步骤四：工件6溅射清洗，由离子源通入氩气（Ar）11，真空度调至2Pa，开动工件6冲负偏压电源4，工件6上施加脉冲负偏压工艺：电压-980V，占空比60%，溅射清洗时间15min。
步骤五：工件6离子镀底膜铬（Cr）代替现行电镀铬工艺中电镀含氰铜层，膜层与工件6表面形成0.8微米（μ）厚度的过渡层，提高镀膜附着性，详见图3，并能防止锌基合金中锌（Zn）元素在真空离子镀过程中挥发，真空室1抽真空5，由离子源通入氩气（Ar）11，真空度调至4X10-1Pa，开动磁控溅射靶电源3，从磁控溅射靶2上溅射出铬（Cr）原子并沉积在工件6表面上，磁控溅射靶电源3电压为450V，
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲变負偏压工艺：电压-200V占空比20%，时间6min→-400V占空比20%时间2min→-600V占空比20%时间2min→-980V占空比20%时间6min→-300V占空比20%时间2min。
步骤六：工件6离子镀耐蚀镀膜代替现行电镀铬工艺中电镀镍层，阴极电弧离子镀氮化铬（CrN），离子镀氮化铬（CrN）镀膜耐蚀性比电镀镍层好，详见表2，
真空室1真空度调至在4X10-1Pa,由离子源通入氬(Ar)和氮气(N2)11，开动阴极电弧源电弧源电源9，从阴极电弧源10上溅射出高能量粒子铬（Cr），与氮离子（N+）相互作用形成氮化铬（CrN），沉积在工件6表面上，每个弧源电流达到额定电流100A，
开动工件6脉冲偏压电源4工件6施加脉冲负偏压工艺：电压
-200V，占空比48%，镀膜时间120min。
步骤七：工件6离子镀金属化合物光亮剂镀膜三氧化二鋁（Al2O3）提高离子镀膜光亮性，
真空室1真空度调至在8X10-2Pa,由离子源通入氩气（Ar）和氧气（O2）11，
开动e型电子枪7，从e型电子枪7上坩埚中蒸发三氧化二鋁（Al2O3）沉积在工件6表面上，
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲負偏压工艺：电压-200V，占空比20%，时间15min，
步骤七开始操作时间是在步骤六最后余下5min时开始，便于金属化合物光亮剂与离子镀氮化鉻(CrN)镀膜进行掺杂，提高镀膜光亮性和附着性。
步骤八：工件6离子镀钴（Co）代替现行电镀铬工艺中镀铬层，离子镀钴（Co）镀膜耐蚀性比电镀铬层好，详见表2，
真空室1仃止送入氦气（N2）11，真空度调至在4X10-1Pa，
开动磁控溅射靶电源3，从磁控溅射靶2上溅射出钴（Co）
原子并沉积在工件6表面上，磁控溅射靶电源3电压为450V，
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲负偏压工艺：电压-200V占空比50%镀膜时间20min。
步骤九：工件6离子镀金属化合物光亮剂镀膜三氧化二鋁（Al2O3）提高离子镀膜光亮性，
真空室1真空度调至在8X10-2Pa,由离子源通入氩气（Ar）和氧气（O2）11，
开动e型电子枪7，从e型电子枪7上坩埚中蒸发三氧化二鋁（Al2O3）沉积在工件6表面上，
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲变負偏压工艺：电压-200V，占空比20%，时间15min，
步骤九开始操作时间是在步骤八最后余下5min时开始，便于金属光亮剂与钴（Co）进行掺杂，提高镀膜光亮性和附着性。
步骤十：真空室冷却，冷却至70℃后打开炉门取出工件。
步骤十一：锌基合金真空离子镀鈷工艺代替现行电镀装饰铬性能测试,
1.锌基合金工件与离子镀铬膜之间过渡层电子探针分析结果,如图3所示，鋅基合金离子镀鉻,工件施加脉冲变負偏压工艺：电压-980V占空比20%时间6min,可形成0.8微米（μ）厚度过渡层。
2.镀膜耐蚀性测试，测试项目：极化曲线测试结果如表2所示,
测试条件：设备：Corrtest-CS350电化学工作站，腐蚀液为3.5%NaCl溶液，水域温度25℃。
表2镀膜耐蚀性测试结果：
| 材料 | 自腐蚀电位Ecorr(mV) |
| 电镀铬（Cr） | -443.9 |
| 电镀镍（Ni） | -507.7 |
| 离子镀氮化铬（CrN） | -451 |
| 离子镀钴（Co） | -248.7 |
结论：根据自腐蚀电位赿高耐蚀性赿好原则：
（1）离子镀氮化铬（CrN），耐蚀性都好于电镀镍，完全可以代替电镀镍。
（2）离子镀钴（Co）耐蚀性好都于电镀铬。
步骤十二：质量检查合格入库。
实施例3.钢铁工件真空离子镀超硬鉻镀膜工艺代替现行电镀硬铬工艺，
采用阴极电弧镀-磁控溅射-电子束离子镀技术如图1所示，进行钢铁工件真空离子镀氮化铬和离子镀铬复合镀膜工艺代替现行电镀硬铬工艺，
工件名称：搬手、机床顶针，工件材质：45
步骤一：工件6经抛光超声波清洗烘干后，装入真空室1中。
步骤二：真空室1抽真空5，真空度达到2X10-3Pa。
步骤三：开动加热装置8，工件6温度＜195℃。
步骤四：工件6溅射清洗，由离子源通入氩气（Ar）11，真空度调至3Pa，开动工件6脉冲负偏压电源4，工件6上施加脉冲负偏压工艺：电压-1500V，占空比60%，溅射清洗时间15min。
步骤五：工件6离子镀底膜铬(Cr)代替现行电镀铬工艺中含氰电镀铜，膜层与工件6表面形成3微米（μ）厚度的过渡层，详见图4，提高离子镀膜附着性。
真空室1抽真空5，由离子源通入氩气（Ar）11，真空度调至3X10-1Pa，开动阴极电弧源电源9，从阴极电弧源10溅射出上的铬（Cr）子并沉积在工件6表面上，每个阴极弧源电流达到额定电流100A，
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲负变偏压工艺：电压-100V→-800V占空比20%时间2min→-1500V占空比20%时间8min→-300V占空比20%时间2min。
步骤六：工件6离子镀氮化铬(CrN)，代替现行电镀硬铬工艺中电镀镍层和部份电镀鉻层，离子镀氮化铬(CrN)镀膜耐蚀性和硬度均高于电镀硬铬，如表3表4所示，真空室1真空度调至在3X10-1Pa,由离子源通入氩(Ar)和氮气(N2)11，
开动阴极电弧源电源9，从阴极电弧源10上靶材铬（Cr）溅射出高能量铬（Cr）原子与氮离子（N+）相互作用形成氮化铬（CrN）沉积在工件6表面上，每个弧源电流达到额定电流100A，
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲负偏压工艺：电压-200V，占空比50%，镀膜时间120min。
步骤七：工件6离子镀铬(Cr),部份代替现行电镀硬铬工艺中电镀铬层，
离子镀铬(Cr)耐蚀性好于电镀硬铬，如表3所示，
真空室1仃止送入氮气（N2），真空度调至在（3--5）X10-1Pa，
开动磁控溅射靶电源3，从磁控溅射靶2上溅射出铬（Cr）
原子并沉积在工件6表面上，磁控溅射靶电源3电压为450V，
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲负偏压工艺：
电压-200V，占空比60%,镀膜时间20min，
由离子镀氮化铬和离子镀铬复合镀膜硬度高于电镀硬铬的硬度。
步骤八：工件6离子镀金属化合物光亮剂镀膜二氧化硅（SiO2）提高离子镀膜光亮性，
真空室1真空度调至在8X10-2Pa,由离子源通入氩气（Ar）和氧气（O2）11，
开动e型电子枪7，从e型电子枪7上坩埚中蒸发二氧化硅（SiO2）沉积在工件6表面上，
开动工件6脉冲偏压电源4，工件6施加脉冲变負偏压工艺：电压-200V，占空比20%，时间15min，
步骤八开始操作时间是在步骤七最后余下5min时开始，便于金属光亮剂与铬（Cr）进行掺杂，提高镀膜光亮性和附着性。
步骤九：真空室冷却，冷却至80℃后打开炉门取出工件。
步骤十：钢铁工件真空离子镀超硬鉻镀膜性能检测
1.钢铁工件与离子镀铬膜之间过渡层电子探针分析如图4所示
图中：工件脉冲负偏压-1500V
结论：钢铁工件与离子镀铬膜之间过渡层，其厚度为3微米（μ）。
2.镀膜耐蚀性测试,测试项目--极化曲线,测试结果,如表3所示测试条件：设备：Corrtest-CS350电化学工作站，辅助电极为Pt电极，参比电极为Ag/AgCl电极腐蚀液为3.5%NaCl溶液，水域温度25℃。
表3镀膜耐蚀性测试结果
| 材料 | 自腐蚀电位Ecorr(mV) |
| 电镀硬铬（Cr） | -443.9 |
| 电镀镍（Ni） | -507.7mV |
| 离子镀氮化铬（CrN） | -451 |
| 离子镀铬（Cr） | -314.1 |
结论：根据自腐蚀电位越高耐蚀性更好的原则，离子镀氮化铬和离子镀铬的耐蚀性都好于电镀镍及电镀硬铬。
3.钢铁工件真空离子镀氮化铬及离子镀铬工艺代替现行电镀硬铬硬度测试结果,如表4所示,
表4离子镀氮化铬镀膜及电镀硬铬镀膜硬度测试结果
| 镀膜工艺方法 | 硬度Hv（MPa） |
| 电镀硬铬 | 0.7 |
| 离子镀氮化铬 | 20 |
| 离子镀氮化铬+离子镀铬 | 16 |
结论：离子镀超硬氮化铬硬度远远高于电镀硬鉻硬度。
步骤十一：质量检查合格入库。
Claims (1)
1.一种锌基合金真空离子镀铬工艺代替现行电镀铬工艺，其特征是锌基合金工件（6）采用真空阴极电弧镀-磁控溅射-电子束离子镀技术，步骤包括：锌基合金工件（6）离子镀底膜铬（Cr）或锆（Zr）代替现行电镀铬工艺中含氰电镀铜层，真空室抽真空，由离子源通入氩气（Ar），真空度调至（3-5）X10-1Pa，开动磁控溅射靶电源，从磁控溅射靶上溅射出铬（Cr）或锆（Zr）原子沉积在锌基合金工件表面上，磁控溅射靶电源电压为350V-550V，开动锌基合金工件脉冲偏压电源，锌基合金工件施加脉冲变负偏压工艺：电压-200V，占空比10-30%，时间4-8min→-400V占空比10-30%时间2-4min→-600V占空比10-30%时间2-4min→-（900-2000）V占空比10-30%时间6-10min→-300V占空比10-30%时间2-4min，膜层与锌基合金工件表面形成0.5-4微米厚度的过渡层，提高离子镀膜附着性，防止锌基合金工件（6）锌元素在真空离子镀过程中挥发；
锌基合金工件（6）离子镀氮化锆或氮化铬代替现行电镀铬工艺中电镀镍层，真空室真空度调至在（3-5）X10-1Pa，由离子源通入氩(Ar)和氮气(N2)，开动阴极电弧源电源，从阴极电弧源靶材上溅射出高能量粒子锆（Zr）或铬（Cr），并与氮离子(N+)相互作用形成氮化锆（ZrN）或氮化铬（CrN）沉积在锌基合金工件表面上，每个弧源电流达到额定电流80A或100A或120A，开动锌基合金工件脉冲偏压电源，锌基合金工件施加脉冲负偏压工艺：电压-100V-300V，占空比20%～70%，镀膜时间60-120min；
锌基合金工件（6）离子镀金属化合物光亮剂镀膜五氧化三钛（Ti3O5）或三氧化二铝（Al2O3）或二氧化硅（SiO2）或氧化锆（ZrO2）或氧化锌（ZnO）提高离子镀膜光亮性，真空室真空度调至在（5-8）X10-2Pa,由离子源通入氩气（Ar）和氧气（O2），开动e型电子枪，从e型电子枪上坩埚中蒸发出五氧化三钛（Ti3O5）或三氧化二铝（Al2O3）或二氧化硅（SiO2）或氧化锆（ZrO2）或氧化锌（ZnO） 沉积在锌基合金工件表面上，开动锌基合金工件脉冲偏压电源，锌基合金工件施加脉冲变负偏压工艺：电压-200V，占空比10-30%，时间10-60min；开始操作时间是在上一步骤最后余下5min时开始，便于金属化合物光亮剂与离子镀氮化锆(ZrN)、或氮化铬（CrN）镀膜进行掺杂，提高镀膜光亮性和附着性；
锌基合金工件（6）离子镀铬或离子镀钴代替现行电镀铬工艺中电镀铬层，真空室停止送入氮气（N2），真空度调至在（3-5）X10-1Pa，开动磁控溅射靶电源，从磁控溅射靶上溅射出铬（Cr）或钴（Co）原子并沉积在锌基合金工件表面上，磁控溅射靶电源电压为350V-550V，开动锌基合金工件脉冲偏压电源，锌基合金工件施加脉冲负偏压工艺：电压-100V-300V，占空比20%～70%，镀膜时间10min～30min；
锌基合金工件（6）离子镀氮化铬和离子镀铬复合镀膜代替电镀硬铬，开动阴极电弧源电源，从阴极电弧源靶材上溅射出高能粒子铬（Cr）与氮离子(N+)相互作用形成氮化铬（CrN）沉积在锌基合金工件表面上，每个弧源电流达到额定电流80A或100A或120A，开动锌基合金工件脉冲偏压电源，锌基合金工件施加脉冲负偏压工艺：电压-100V-300V，占空比30%～70%，镀膜时间60-120min，停止送入氮气，真空度调至3-5X10-1Pa，开动磁控溅射靶电源，从磁控溅射靶上溅射出铬（Cr）原子并沉积在锌基合金工件表面上，磁控溅射靶电源电压为350V—550V，开动锌基合金工件脉冲偏压电源，锌基合金工件施加脉冲负偏压工艺：电压-100V-300V，占空比（20%～70%），镀膜时间10min～30min；
锌基合金工件（6）离子镀金属化合物光亮剂镀膜五氧化三钛（Ti3O5）或三氧化二铝（Al2O3）或二氧化硅（SiO2）或氧化锆（ZrO2）或氧化锌（ZnO）提高离子镀膜光亮性，真空室真空度调至在（5-8）X10-2Pa,由离子源通入氩气（Ar） 和氧气（O2），开动e型电子枪，从e型电子枪上坩埚中蒸发出五氧化三钛（Ti3O5）或三氧化二铝（Al2O3）或二氧化硅（SiO2）或氧化锆（ZrO2）或氧化锌（ZnO），沉积在锌基合金工件表面上，开动锌基合金工件脉冲偏压电源，锌基合金工件施加脉冲负偏压工艺：电压-200V，占空比10%-30%，时间10-60min；开始操作时间是在上一步骤最后余下5min时开始，便于金属化合物光亮剂与铬（Cr）进行掺杂，提高镀膜光亮性和附着性。
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Granted publication date: 20140611 Termination date: 20170720 |
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