CN103898468A - 一种零件表面金属镀层缺陷的修复方法 - Google Patents

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王君
杨林生
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Abstract

本发明公开了一种零件表面金属镀层缺陷的修复方法,针对工程用零部件表面镀层在镀制过程、运输过程以及使用过程形成的缺陷或损伤,本发明在真空环境下采用磁控溅射技术,使用和表面镀层相同或相近的材料对缺陷或损伤进行修复。结合合适的前处理和后处理方法,磁控溅射沉积层能够对各类不同镀层上的缺陷或损伤进行有效修复。修复区性能等同或优于原镀层,同时在经济性和环保性方面也具有很大优势。

Description

—种零件表面金属镀层缺陷的修复方法
技术领域:
[0001] 本发明涉及一种零件表面金属镀层缺陷的修复方法,涉及真空磁控溅射镀膜技术领域,具体是利用该技术对电沉积、化学沉积镀层表面缺陷或损伤进行修复,从而恢复工程用零部件镀层的功能。
背景技术:
[0002] 在各工程领域,电沉积、化学沉积金属覆盖层(包括铬、镍、铜、锌等)被广泛用来提高零件的外观质量、导电性、耐腐蚀以及耐磨擦磨损等性能。在提供各种用途的涂层同时,由于电沉积、化学沉积过程涉及到温度、镀液配方、镀液理化性能及镀槽设置等工艺参数,完全避免电沉积、化学沉积过程的缺陷几乎是不可能的。另外,电沉积、化学沉积后处理、后续加工、运输乃至服役过程的轻微磕碰、刮擦及不合理安装及使用也会造成金属镀层的损伤。
[0003] 镀层的缺陷和损伤会使其使用性能受到影响,严重的会导致相应零部件功能的丧失乃至设备无法运行。缺陷和损伤按几何特点可以分为点状、线状和面状三类。对已发生的缺陷和损伤,镀层生产企业往往进行整体化学或机械退镀后再重新实施电沉积、化学沉积工艺。上述工艺过程和电沉积、化学沉积过程一样,存在着严重的污染问题。另外,对于仅发生在局部区域的镀层缺陷和损伤进行上述处理,也存在着严重的浪费问题。近年来发展起来的电刷镀和热喷涂等技术,虽然可以实现局部修复,但前者存在着膜层结合力的问题,后者则受到材料体系的制约。
[0004] 磁控溅射镀膜技术是众多真空镀膜技术的一种,具有“低温、高速”等优点。由于基于气相过程,所以该技术完全避免了污染物的产生。由于溅射现象的广泛性,可以使用和电沉积、化学沉积相同或相近的材料作为磁控溅射靶材,辅以合适的前处理和后处理,在工程用零部件镀层缺陷或损伤位置处选择性的沉积上材质相同、组织结构相似并且结合紧密的修复涂层。
发明内容:
[0005] 为克服现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种使用磁控溅射进行镀层修复的方法。针对不同类型的电沉积、化学沉积镀层,可以对缺陷或损伤位置进行选择性的修复。修复区域具有和原镀层材质相同、组织结构相似并且结合紧密的特点。和原有修复方法相比,本发明不仅具有明显的经济优势,而且可以完全避免传统修复方法所造成的污染。
[0006] 本发明解决技术问题采用如下技术方案:
[0007]—种零件表面金属镀层缺陷的修复方法,按如下步骤进行:
[0008] (A)、对工程用零部件金属镀层表面缺陷或损伤位置进行物理及化学预清洗;
[0009] (B)、对缺陷或损伤位置进行喷砂处理及镀前清洗;
[0010] (C)、选择合适的装夹具对待处理零件进行安装,并使缺陷或损伤位置处于真空室内;[0011] (D)、对真空室进行抽气,对金属镀层缺陷或损伤位置进行加热及等离子体清洗;
[0012](E)、向真空室内充入氩气,并将压力控制在0.5Pa-10Pa之间,当零件表面被加热达到200-400°C时,进行步骤F ;
[0013] (F)、将真空室内的溅射源通电,采用和电镀层相同或相近的靶材,对缺陷或损伤位置进行溅射镀膜;
[0014] (G)、膜层厚度达到要求后,溅射源断电,真空室充保护性气体,保温0.5-1小时后,断开加热电源,并等待零件降温;
[0015] (H)、零件温度降到室温后,取出零件并对缺陷或损伤位置进行后续加工,使其尺寸和外观达到要求。
[0016] 所述金属镀层缺陷包括电沉积、化学沉积过程中形成的针孔、麻点、起泡以及小面积的剥离和起皮;所述损伤包括运输、安装、使用过程中形成的点状、线状的碰伤、划伤。
[0017] 所述金属镀层是以装饰、耐腐蚀、耐磨损为目的的,通过电沉积、化学沉积制备而得的覆盖在工程用零部件表面的工程用金属覆盖层,为铬、镍、铜、锌或铝覆盖层。
[0018] 所述化学预清洗是以清除表面油污、灰尘、锈迹为目的而采用的清理手段,所述清理手段包括酒精清洗、喷砂、砂纸打磨。
[0019] 步骤B中所述喷砂处理及镀前清洗包括:采用200#以上石英砂作为磨料,对缺陷或损伤位置进行局部喷砂处理,并对镀层完好区域进行保护,喷砂目的在于消除缺陷和损伤的锐边,改善膜层结合状况。
[0020] 步骤D中所述加热为电阻加热或辐射加热方式对待修复区域进行处理,根据材料体系的不同,处理温度在200-400°C范围内。
[0021] 步骤D中所述等离子体清洗是将待处理工程用零部件置于负电位-50V~-200V,使真空室内发生等离子体辉光放电,并利用放电产生的氩离子对缺陷或损伤位置进行轰击,清洗过程是为了提高修复涂层和工程用零部件基材以及已有涂层间结合力而进行的处理。
[0022] 步骤G中所述膜层厚度比原电沉积、化学沉积涂层厚度高5~10微米。
[0023] 步骤G中所述保护性气体为纯度大于99.9%的氮气或氩气。
[0024] 所述加工采用磨削或抛光加工方法,使修复区域的尺寸和外观达到使用要求。
[0025] 与已有技术相比,本发明的有益效果体现在:
[0026] 本发明针对不同类型的电沉积、化学沉积镀层,可以对缺陷或损伤位置进行选择性修复。修复区域具有和原镀层材质相同、组织结构相似并且结合紧密的特点。和原有修复方法相比,本发明不仅具有明显的经济优势,而且可以完全避免传统修复方法所造成的污染。
[0027] 以下通过具体实施方式,对本发明作进一步说明。
具体实施方式:
[0028] 实施例:本发明零件表面金属镀层缺陷的修复方法,按如下步骤进行:
[0029] 步骤1:物理及化学预清洗
[0030] 针对缺陷和损伤位置结合后续修复要求,对工程用零部件进行去油、去污处理,再用酒精擦拭。清洁区域应包含零部件密封区域以及零件所有位于真空室以内的部分。[0031 ] 步骤2:喷砂处理和镀前清洗
[0032] 喷砂处理可以清除锐边以及缺陷或损伤位置处结合力不足的原始镀层,可以使几何形状复杂的缺陷或损伤变为对于一个小面积区域(对于点缺陷)或小面积的条带区域(对于线缺陷)的处理,并可进一步提高表面清洁度/粗糙度从而最终使修复层结合牢固。
[0033] 喷砂处理针对缺陷或损伤区域进行,对于数量较多的零件,可以加工专用护具;数量较少的,可以直接使用胶带保护。喷砂处理可以采用的磨料为200#以上的石英砂,磨除的镀层厚度应大于缺陷或损伤的深度,并小于膜层的整体厚度。
[0034] 喷砂完成后用压缩空气吹除待修复区域的浮尘,再使用酒精对工程用零件位于真空室内部分,尤其是待修复的区域进行清洗并擦拭。
[0035] 步骤3:零件装夹和安装
[0036] 磁控溅射修复过程是在真空条件下完成的,除了小型零件可以整体放置在真空室内外,尺寸较大的零件必须采用合适的装夹具进行安装以满足真空抽气的要求。[0037] 对于整体放置在真空室内的零件,需要进行适当固定或支撑,并使待修复缺陷或损伤位置位于磁控溅射源前6~IOcm (单靶溅射情况下),或位于共焦焦点处(多靶共溅射情况下)。尺寸较大的杆状零件,在满足上述要求的同时,可以使用双胶圈密封形式进行密封。对于待修复区域位于平面上或杆件直径较大时,则可使用吸盘式密封形式进行密封。
[0038] 步骤4:真空室抽气、零件加热和等离子体清洗
[0039] 启动泵抽系统对真空室抽气,抽气达到的系统本底真空优于lX10_3Pa、系统漏率低于容许漏率后,可对零件加热并同时进行等离子体清洗。
[0040] 对于小尺寸零件,可以整体加热到指定温度;尺寸较大的零件,通常采用电阻加热或辐射加热对缺陷或损伤区域进行局部加热。根据基体材料以及镀层材料的不同,加热温度控制在200~400°C之间。
[0041] 加热同时即可进行等离子体清洗。具体办法是将真空室内通入氩气,将真空度控制在0.5Pa~IOPa之间,将待处理工程用零部件置于负电位(-50V~-200V),使真空室内发生等离子体辉光放电(约20分钟)。电离产生的氩离子会进一步清洗缺陷或损伤位置,进而提高最终修复涂层的质量。
[0042] 步骤5:通入工艺气体到指定压力
[0043] 磁控溅射利用工艺气体分子电离后产生的正离子对靶材的轰击而产生溅射效应。需要镀制金属薄膜时,工艺气体通常采用纯度较高(纯度>99.9% )的氩气,工艺气体的压力(及真空室内的压强)控制在0.5Pa~IOPa之间。
[0044] 步骤6:溅射镀膜
[0045] 当真空室内气体压力(真空度)以及零件待修复区域温度达到要求后,即可进行磁控溅射镀膜对缺陷或损伤位置进行修复。
[0046] 溅射所使用的靶材应尽量和电沉积、化学沉积镀层的材质相同。修复的速度(沉积速率)和磁控溅射靶的数量以及单靶的功率密度密切相关。采用直流电源溅射时,靶功率密度控制在10~20W/cm2范围。溅射修复层的厚度应比原电沉积、化学沉积涂层厚度高出5~10微米,以便于后续加工。
[0047] 步骤7:保温处理
[0048] 磁控溅射修复层厚度达到要求后,即可断开溅射电源。通入保护性气体,对待处理区域进行保温,其目的是减小修复区域新沉积的磁控溅射镀层的内应力。保温温度和溅射时零件的温度一致或略高;保温时间随溅射镀层的厚度增加而增加,一般在0.5~I小时以内。
[0049] 步骤8:后续加工
[0050] 保温时间达到要求后,便可断开加热电源,让零件随炉冷却到室温。根据零件的使用要求,进行后续加工。由于预留的加工余量仅为几个微米,所以后续加工的手段通常为磨削或抛光处理。
[0051]根据上述方法描述,本发明可以实现对不同尺寸、不同几何形状、不同材料的电沉积、化学沉积镀层表面缺陷或损伤的修复。上述方法描述仅给出了本发明的一类可行方式,其它利用磁控溅射及相似工艺对电沉积、化学沉积镀层缺陷修复的方法亦属于本发明专利的权利要求范围。

Claims (10)

1.一种零件表面金属镀层缺陷的修复方法,其特征在于按如下步骤进行: (A)、对工程用零部件金属镀层表面缺陷或损伤位置进行物理及化学预清洗; (B)、对缺陷或损伤位置进行喷砂处理及镀前清洗; (C)、选择合适的装夹具对待处理零件进行安装,并使缺陷或损伤位置处于真空室内; (D)、对真空室进行抽气,对金属镀层缺陷或损伤位置进行加热及等离子体清洗; (E)、向真空室内充入氩气,并将压力控制在0.5Pa-10Pa之间,当零件表面被加热达到200-400°C时,进行步骤F ; (F)、将真空室内的溅射源通电,采用和电镀层相同或相近的靶材,对缺陷或损伤位置进行溅射镀膜; (G)、膜层厚度达到要求后,溅射源断电,真空室充保护性气体,保温0.5-1小时后,断开加热电源,并等待零件降温; (H)、零件温度降到室温后,取出零件并对缺陷或损伤位置进行后续加工,使其尺寸和外观达到要求。
2.根据权利要求1所述的一种零件表面金属镀层缺陷的修复方法,其特征在于,所述金属镀层缺陷包括电沉积、化学沉积过程中形成的针孔、麻点、起泡以及小面积的剥离和起皮;所述损伤包括运 输、安装、使用过程中形成的点状、线状的碰伤、划伤。
3.根据权利要求1所述的一种零件表面金属镀层缺陷的修复方法,其特征在于,所述金属镀层是以装饰、耐腐蚀、耐磨损为目的的,通过电沉积、化学沉积制备而得的覆盖在工程用零部件表面的工程用金属覆盖层,为铬、镍、铜、锌或铝覆盖层。
4.根据权利要求1所述的一种零件表面金属镀层缺陷的修复方法,其特征在于,所述化学预清洗是以清除表面油污、灰尘、锈迹为目的而采用的清理手段,所述清理手段包括酒精清洗、喷砂、砂纸打磨。
5.根据权利要求1所述的一种零件表面金属镀层缺陷的修复方法,其特征在于,步骤B中所述喷砂处理及镀前清洗包括:采用200#以上石英砂作为磨料,对缺陷或损伤位置进行局部喷砂处理,并对镀层完好区域进行保护,喷砂目的在于消除缺陷和损伤的锐边,改善膜层结合状况。
6.根据权利要求1所述的一种零件表面金属镀层缺陷的修复方法,其特征在于,步骤D中所述加热为电阻加热或辐射加热方式对待修复区域进行处理,根据材料体系的不同,处理温度在200-400°C范围内。
7.根据权利要求1所述的一种零件表面金属镀层缺陷的修复方法,其特征在于,步骤D中所述等离子体清洗是将待处理工程用零部件置于负电位-50V~-200V,使真空室内发生等离子体辉光放电,并利用放电产生的氩离子对缺陷或损伤位置进行轰击,清洗过程是为了提高修复涂层和工程用零部件基材以及已有涂层间结合力而进行的处理。
8.根据权利要求1所述的一种零件表面金属镀层缺陷的修复方法,其特征在于,步骤G中所述膜层厚度比原电沉积、化学沉积涂层厚度高5~10微米。
9.根据权利要求1所述的一种零件表面金属镀层缺陷的修复方法,其特征在于,步骤G中所述保护性气体为纯度大于99.9%的氮气或氩气。
10.根据权利要求1所述的一种零件表面金属镀层缺陷的修复方法,其特征在于,所述加工采用磨削或抛光加工方法,使修复区域的尺寸和外观达到使用要求。
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