CN105039918A - 一种在石墨工件表面沉积金属扩散层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在石墨工件表面沉积金属扩散层的方法，首先将待沉积石墨工件和欲渗金属并排放置于空心阴极罩体内，构成等电位辉光放电阴极；将所述空心阴极罩体放置于直流脉冲渗金属设备的腔体中；在真空室内，惰性气体氩气在外加高压的作用下发生电离，轰击到所述欲渗金属上，使欲渗金属元素从表面被溅射出来；所述欲渗金属元素通过空间运输达到所述待沉积石墨工件的表面并被吸附，在所述待沉积石墨工件的表面沉积一层金属扩散层。该方法可以使金属扩散层与石墨工件结合牢固，不易磨损脱落，同时还具有轻金属良好的机械性能和电学性能。
Description
技术领域
本发明涉及防热材料技术领域，尤其涉及一种在石墨工件表面沉积金属扩散层的方法。
背景技术
目前，防热材料是国防、航空航天领域重要的工程材料，对其在高压、高温或高速冲刷条件下所发挥的作用有以下要求：一是绝热效果好，进而保护其他工件所处环境温度适宜；二是维持气动外形，保证其气动力学关系不变。为了提高飞行器的效率和精度，急需提高防热材料的服役温度和降低尺寸烧蚀率，而石墨工件渗金属防热材料正是在这种背景需求下而创造出的一种防热材料,它以石墨工件为基体,在石墨工件表面渗入轻金属如Ti来实现隔热的目的。
但现有技术中缺乏有效的在石墨工件表面渗金属的工艺方法，从而影响了该新型防热材料的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种在石墨工件表面沉积金属扩散层的方法，使金属扩散层与石墨工件结合牢固，不易磨损脱落，同时还具有轻金属良好的机械性能和电学性能。
一种在石墨工件表面沉积金属扩散层的方法，所述方法包括：
将待沉积石墨工件和欲渗金属并排放置于空心阴极罩体内，构成等电位辉光放电阴极；
将所述空心阴极罩体放置于直流脉冲渗金属设备的腔体中；
在真空室内，惰性气体氩气在外加高压的作用下发生电离，轰击到所述欲渗金属上，使欲渗金属元素从表面被溅射出来；
所述欲渗金属元素通过空间运输达到所述待沉积石墨工件的表面并被吸附，在所述待沉积石墨工件的表面沉积一层金属扩散层。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，该方法可以使金属扩散层与石墨工件结合牢固，不易磨损脱落，同时还具有轻金属良好的机械性能和电学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供在石墨工件表面沉积金属扩散层的方法流程示意图；
图2为本发明所举实例所用到的发生装置结构示意图；
图3为本实例1中待沉积石墨工件表面的纯钛金属扩散层的XRD物相检测示意图；
图4为本实例2中待沉积石墨工件表面的钨钼合金扩散层的XRD物相检测示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供在石墨工件表面沉积金属扩散层的方法流程示意图，所述方法包括：
步骤11：将待沉积石墨工件和欲渗金属并排放置于空心阴极罩体内，构成等电位辉光放电阴极；
在该步骤中，所述待沉积石墨工件与所述欲渗金属之间的距离为5～10mm。其石墨工件为高强度、高纯度、高密度的石墨板切割而成。
这里欲渗金属可以包括：金属纯钛或钨钼合金。
步骤12：将所述空心阴极罩体放置于直流脉冲渗金属设备的腔体中；
在该步骤中，空心阴极罩体为不锈钢材质或石墨材质，并放置于金属不锈钢或石墨材质的底板上，且所述底板置于直流脉冲渗金属设备的阴极架上；
所述直流脉冲渗金属设备的阴极架与直流脉冲电源的负极连接，且所述直流脉冲电源的正极与所述直流脉冲渗金属设备的腔体连接并接地。
另外，在具体实现中，在所述空心阴极罩体的一侧还开有圆孔，所述直流脉冲渗金属设备的腔体侧壁对应所述圆孔的部位设有透明窗，正对所述透明窗的部位设有红外测温仪；
利用所述红外测温仪对所述欲渗金属进行测温。
在上述直流脉冲渗金属设备的腔体下壁还可设有出气口和进气口。
步骤13：在真空室内，惰性气体氩气在外加高压的作用下发生电离，轰击到所述欲渗金属上，使欲渗金属元素从表面被溅射出来；
步骤14：所述欲渗金属元素通过空间运输达到所述待沉积石墨工件的表面并被吸附，在所述待沉积石墨工件的表面沉积一层金属扩散层。
下面以具体的实例对上述方法进行详细说明，如图2所示为本发明所举实例所用到的发生装置的结构示意图，图2中包括：欲渗金属1、待沉积石墨工件2、空心阴极罩体3、绝缘垫片4、腔体5、阳极接地6、直流脉冲电源7、抽气系统气体通道8和供气系统气体通道9，利用该发生装置实施本发明所述方法：
实施例1、待沉积石墨工件2的尺寸大小可调，本实例1中使用的石墨工件尺寸为30mm×25mm×8mm，将待沉积石墨工件和欲渗金属按图2所示摆放，空心阴极罩体、欲渗金属构成等电位辉光放电阴极，并将其置于直流脉冲渗金属设备的腔体中，利用红外测温仪对欲渗金属进行测温。
该实例中，欲渗金属为纯钛合金，空心阴极罩体的材质为不锈钢，该欲渗金属与待沉积石墨工件间的距离为8mm。
在放电前采用机械泵将本底气压抽至2Pa以下，进气口一端与质量流量控制器连接，通过质量流量控制器分别控制氩气流量和气体气压，气体流量为90～100sccm，放电气压为30～50Pa；
采用直流脉冲电源施加高压，脉冲电流占空比30％，电压控制在750～850V，电流2.0～4.0A，放电时间为6～8h，通过红外测温仪对欲渗金属进行测温，温度控制在750～850℃；
经过离子溅射沉积后，在待沉积石墨工件的表面形成厚度为5.2μm的均匀、致密的纯钛金属扩散层，如图3所示为本实例1中待沉积石墨工件表面的纯钛金属扩散层的XRD物相检测示意图，在该待沉积石墨工件的表面形成了TiC陶瓷相和金属钛沉积层。
实施例2、该实施例2与实施例1不同之处在于，欲渗金属为钨钼合金。
空心阴极罩体材质为不锈钢，该欲渗金属与待沉积石墨工件间的距离为8mm。
在放电前采用机械泵将本底气压抽至2Pa以下，进气口一端与质量流量控制器连接，通过质量流量控制器分别控制氩气流量和气体气压，气体流量为90～100sccm，放电气压为30～50Pa；
采用直流脉冲电源，脉冲电流占空比30％～50％，电压控制在750～850V，电流2.0～4.0A，放电时间为6～8h，通过红外测温仪对欲溅射元素源极进行测温，温度控制在750～850℃；
经过离子溅射沉积后，在待沉积石墨工件的表面形成厚度为5.0μm的均匀、致密的钨钼合金沉积层，如图4所示为本实例2中待沉积石墨工件表面的钨钼合金扩散层的XRD物相检测示意图，在该待沉积石墨工件的表面形成了钨钼合金沉积层。
综上所述，本发明实施例所提供的方法可以使金属扩散层与石墨工件结合牢固，不易磨损脱落，同时还具有轻金属良好的机械性能和电学性能，可以用于取代轻金属钛、铝、镁等的使用，其在经济方面的效益也蔚为可观。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种在石墨工件表面沉积金属扩散层的方法，其特征在于，所述方法包括：
将待沉积石墨工件和欲渗金属并排放置于空心阴极罩体内，构成等电位辉光放电阴极；
将所述空心阴极罩体放置于直流脉冲渗金属设备的腔体中；
在真空室内，惰性气体氩气在外加高压的作用下发生电离，轰击到所述欲渗金属上，使欲渗金属元素从表面被溅射出来；
所述欲渗金属元素通过空间运输达到所述待沉积石墨工件的表面并被吸附，在所述待沉积石墨工件的表面沉积一层金属扩散层。
2.根据权利要求1所述在石墨工件表面沉积金属扩散层的方法，其特征在于，
所述空心阴极罩体为不锈钢材质或石墨材质，并放置于金属不锈钢或石墨材质的底板上，且所述底板置于直流脉冲渗金属设备的阴极架上；
所述直流脉冲渗金属设备的阴极架与直流脉冲电源的负极连接，且所述直流脉冲电源的正极与所述直流脉冲渗金属设备的腔体连接并接地。
3.根据权利要求1所述在石墨工件表面沉积金属扩散层的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述空心阴极罩体的一侧开有圆孔，所述直流脉冲渗金属设备的腔体侧壁对应所述圆孔的部位设有透明窗，正对所述透明窗的部位设有红外测温仪；
利用所述红外测温仪对所述欲渗金属进行测温。
4.根据权利要求1所述在石墨工件表面沉积金属扩散层的方法，其特征在于，
所述待沉积石墨工件与所述欲渗金属之间的距离为5～10mm。
5.根据权利要求1所述在石墨工件表面沉积金属扩散层的方法，其特征在于，
所述欲渗金属包括：金属纯钛或钨钼合金。
6.根据权利要求1所述在石墨工件表面沉积金属扩散层的方法，其特征在于，
在所述直流脉冲渗金属设备的腔体下壁还设有出气口和进气口。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4520268A (en) * | 1983-05-26 | 1985-05-28 | Pauline Y. Lau | Method and apparatus for introducing normally solid materials into substrate surfaces |
| CN2397127Y (zh) * | 1999-10-11 | 2000-09-20 | 中国科学院力学研究所 | 金属低温渗入的装置 |
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Patent Citations (2)
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| 赵云 等: "Ti6Al4V合金表面等电位空心阴极辉光放电W-Mo共渗层耐冲刷腐蚀性研究，", 《第十一次全国热处理大会论文集》 * |
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