CN103255383B - 一种铝基碳化硅复合材料表面镀层制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铝基碳化硅复合材料表面镀层制备方法，该方法是将铝基碳化硅复合材料构件置于真空炉内，抽真空，接通直流电源，在构件与真空室壳体之间加上负偏压，充氩产生辉光放电轰击构件进行净化处理，清除表面氧化膜和吸附物；接通弧光电源，磁控电弧蒸发Ni-Cu合金靶材，在电场作用下靶材粒子加速沉积在构件表面，形成均匀的Ni-Cu合金层；关闭弧光电源和直流电源，氩气保护降温后出炉。采用这种方法，由于离子轰击预处理可使铝基碳化硅复合材料达到洁净表面，加之沉积粒子在电场下的加速作用以及粒子对基材表面的轰击作用，从而使Ni-Cu合金镀层与铝基碳化硅复合材料表面形成牢固的结合。

Description

一种铝基碳化硅复合材料表面镀层制备方法

技术领域:

本发明属于金属复合材料表面改性技术领域，具体涉及一种铝基碳化硅复合材料表面镀层制备方法。

背景技术:

铝基碳化硅(AlSiC)复合材料因其具有高比强度和比刚度、低热膨胀系数、低密度、高微屈服强度、良好的尺寸稳定性、导热性以及耐磨、耐疲劳等优异的力学性能和物理性能，被用于电子封装构件材料。但铝基碳化硅复合材料封装构件在实际使用时往往要与不同材料进行连接。

钎焊是连接铝基碳化硅复合材料应用较多的一类方法。但是当钎料放置于待焊金属界面之间时，由于铝基碳化硅复合材料表面有许多裸露的碳化硅颗粒，而碳化硅颗粒的润湿性较差，从而在接头界面上形成了大量的颗粒与钎料之间的弱连接，结合强度难以达到基体合金的连接强度；此外铝基复合材料表面有一层致密的氧化膜,它严重阻碍两个连接表面之间的扩散结合。用机械或化学清理后又立即生成, 即使在高真空条件下, 这层氧化膜也难于分解, 影响原子扩散。因此, 如何解决碳化硅颗粒的润湿性及控制表面氧化膜行为是铝基复合材料扩散连接的技术关键。

为了改善铝基碳化硅复合材料的焊接性能和提高构件耐腐蚀性能,常需要在其表面镀覆镍(磷) 、铜等镀层进行改性。目前使用较多的方法有电镀和化学镀。其中电镀由于受到SiC体积分数的影响，镀层在结合界面仅与Al形成有效结合，而与碳化硅颗粒只能形成弱连接，从而镀层与铝基碳化硅复合材料之间的结合力大打折扣。为了解决镀层与SiC的结合问题，许多研究者试图利用化学镀镍(磷) 、铜等以实现镀层与SiC的结合，但依然发现结合强度有限。

发明内容:

本发明的目的是针对铝基碳化硅(AlSiC)复合材料表面电镀和化学镀结合力不足的问题，而提供一种铝基碳化硅复合材料表面镀层制备方法，具体地说，是在铝基碳化硅复合材料表面离子镀Ni-Cu合金的方法，即以铝基碳化硅复合材料为基材，Ni-Cu合金为镀材制成弧靶，采用离子镀手段，在真空条件下，Ni-Cu合金靶材磁控电弧蒸发，在电场作用下加速沉积在铝基碳化硅复合材料表面，形成Ni-Cu合金镀层。采用这种方法，由于离子轰击预处理可使铝基碳化硅复合材料达到洁净表面，加之沉积粒子在电场下的加速作用以及粒子对基材表面的轰击作用，从而使Ni-Cu合金镀层与铝基碳化硅复合材料表面形成牢固的结合。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种铝基碳化硅复合材料表面镀层制备方法，包括以下步骤：

第一步、按Ni、Cu一定重量百分比冶炼制作Ni-Cu合金靶材；将Ni-Cu合金靶材和铝基碳化硅复合材料构件置于离子镀膜真空室内，抽真空至10^-1—10^-3Pa；

第二步、接通直流电源，在铝基碳化硅构件与真空室壳体之间加上200—350V负偏压，通氩气至15－30Pa，产生辉光放电，等离子轰击构件表面进行净化处理，清除构件表面的氧化膜和吸附物，时间3-7min；

第三步、接通弧光电源，在Ni-Cu合金靶材表面产生弧光放电，单靶工作电流为30－70A，并将直流电源调至400-500V负偏压，磁控电弧发射靶材粒子在电场作用下，加速沉积在铝基碳化硅构件表面，形成均匀的镀覆层，沉积时间50-150min；

第四步、关闭弧光电源和直流电源，氩气保护降温后出炉。

所述的步骤（1）将铝基碳化硅复合材料构件置于离子镀膜真空室内是指，放置构件时待镀部位朝向离子源，以便电弧发射的靶材粒子易于沉积在构件表面待镀部位。

所述的步骤（2）和（3）的工艺参数优选：抽真空至0.1-0.001Pa，充氩后真空度20-25Pa，构件表面净化预处理负偏压250-350V，轰击时间4-6min，单靶工作电流为35－65A，离子镀过程中，负偏压调至400-500V。

所述的Ni-Cu合金靶材成分以重量百分比计为：Ni 0-100%、Cu 0-100%。

所述的镀覆层为Ni-Cu合金，其成分以重量百分比计为：Ni 0-100%、Cu 0-100%。

本发明的积极效果是：

1、真空条件下，采用离子轰击预处理可有效去除复合材料裸露的碳化硅颗粒表面的吸附物，去除铝基表面致密的氧化膜，净化活化效果好，使沉积粒子与基材能够达到原子间键合，膜层附着力强。

2、本发明的Ni-Cu合金靶材，在上述工艺参数条件下易于起弧蒸发，且粒子发射速率高，可以实现快速离子镀膜。

3、本发明的镀覆层为Ni-Cu合金，可以有效改善钎焊钎料的润湿性，有助于连接件之间的结合。

具体实施方式：

实施例1：

    厚度为3mm的铝基碳化硅复合材料板材构件，长、宽尺寸为100mm×20mm，在其表面离子镀一层Ni30%-Cu70%合金膜，工艺步骤为：

第一步、按Ni：Cu= 30%：70%重量百分比冶炼制作Ni-Cu合金靶材；将Ni30%-Cu70%合金靶材和铝基碳化硅复合材料板材置于离子镀膜真空室内，抽真空至约0.1Pa；

第二步、接通直流电源，在铝基碳化硅复合材料构件与真空室壳体之间加上250V负偏压，通氩气至20Pa，产生辉光放电，等离子轰击构件表面进行净化处理，清除构件表面的氧化膜和吸附物，时间6min；

第三步、接通弧光电源，在Ni30%-Cu70%合金靶材表面产生弧光放电，单靶工作电流为40A，并将负偏压调至400V。磁控电弧发射的靶材粒子在电场作用下，沉积在铝基碳化硅构件表面，形成均匀的镀覆层，时间120min；

第四步、关闭弧光电源和直流电源，氩气保护降温后出炉。

实施例2：

    厚度为5mm的铝基碳化硅复合材料板材构件，长、宽尺寸为120mm×25mm，在其表面离子镀一层Ni50%-Cu50%合金膜，工艺步骤为：

第一步、按Ni：Cu= 50%：50%重量百分比冶炼制作Ni-Cu合金靶材；将Ni50%-Cu50%合金靶材和将铝基碳化硅复合材料板材置于离子镀膜真空室内，抽真空至约0.01Pa；

第二步、接通直流电源，在铝基碳化硅复合材料构件与真空室壳体之间加上300V负偏压，通氩气至24Pa，产生辉光放电，等离子轰击构件表面进行净

化处理，清除构件表面的氧化膜和吸附物，时间5min；

第三步、接通弧光电源，在Ni50%-Cu50%合金靶材表面产生弧光放电，单靶工作电流为50A，并将负偏压调至450V。磁控电弧发射的靶材粒子在电场作用下，沉积在铝基碳化硅构件表面，形成均匀的镀覆层，时间90min；

第四步、关闭弧光电源和直流电源，氩气保护降温后出炉。

实施例3：

厚度为8mm的铝基碳化硅复合材料板材构件，长、宽尺寸为150mm×30mm，在其表面离子镀一层Ni75%-Cu25%合金膜，工艺步骤为：

第一步、按Ni：Cu= 75%：25%重量百分比冶炼制作Ni-Cu合金靶材；将Ni75%-Cu25%合金靶材和将铝基碳化硅复合材料板材置于离子镀膜真空室内，抽真空至约0.001Pa；

第二步、接通直流电源，在铝基碳化硅复合材料构件与真空室壳体之间加上350V负偏压，通氩气至28Pa，产生辉光放电，等离子轰击构件表面进行净

化处理，清除构件表面的氧化膜和吸附物，时间4min；

第三步、接通弧光电源，在Ni75%-Cu25%合金靶材表面产生弧光放电，单靶工作电流为60A，并将负偏压调至500V。磁控电弧发射的靶材粒子在电场作用下，沉积在铝基碳化硅构件表面，形成均匀的镀覆层，时间60min；

第四步、关闭弧光电源和直流电源，氩气保护降温后出炉。

Claims (1)

1.一种铝基碳化硅复合材料表面镀层制备方法，其特征在于，选择长、宽、厚尺寸为150mm×30mm×8mm的铝基碳化硅复合材料板材，在其表面离子镀一层Ni75%-Cu25%合金膜的工艺步骤为：

第一步、按Ni：Cu= 75%：25%重量百分比冶炼制作Ni-Cu合金靶材；将Ni75%-Cu25%合金靶材和铝基碳化硅复合材料板材置于离子镀膜真空室内，抽真空至0.001Pa；

第二步、接通直流电源，在铝基碳化硅复合材料板材与真空室壳体之间加上350V负偏压，通氩气至28Pa，产生辉光放电，等离子轰击板材表面进行净化处理，清除板材表面的氧化膜和吸附物，时间4min；

第三步、接通弧光电源，在Ni75%-Cu25%合金靶材表面产生弧光放电，单靶工作电流为60A，并将负偏压调至500V；磁控电弧发射的靶材粒子在电场作用下，沉积在铝基碳化硅复合材料板材表面，形成均匀的镀覆层，时间60min；

第四步、关闭弧光电源和直流电源，氩气保护降温后出炉。