CN106381474B - 不锈钢板表面复合耐磨涂层的制备方法 - Google Patents

不锈钢板表面复合耐磨涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种不锈钢板表面复合耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：（1）清洗不锈钢板：为了去除油渍，和去除氧化皮以提高基板表面活性；（2）制备靶材：以W、Mo、Nb纯金属或W‑Mo合金或W‑Nb合金与不锈钢板板一起经1000℃以上的温度进行溶融制作靶材，冷却待用；（3）制备耐磨涂层；（4）冷却抛光，从而在不锈钢板表面获得复合耐磨涂层；采用双层辉光等离子渗金技术，涂层与不锈钢板之间的结合强度高，涂层采用氢气快速冷却，晶粒细小，机械强度高，从而获得良好热导率、电导率的复合耐磨涂层。

Description

不锈钢板表面复合耐磨涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属材料表面改性技术领域，特别涉及一种不锈钢板表面复合耐磨涂层的制备方法。
背景技术
目前，不锈钢薄板是一种价格不高的材料，已经广泛应用于各行各业，但是客户对它的表面质量要求非常高。不锈薄板在生产过程中不可避免会出现各种缺陷，如划伤、麻点、沙孔、暗线、折痕、污染等，从而其表面质量，象划伤、折痕等这些缺陷是高级材不允许出现的，而麻点、沙孔这种缺陷在勺、匙、叉、制作时也是决不允许的，因为抛光时很难抛掉它。需要根据表面各种缺陷出现的程度和频率，来确定其表质量等级，从而来确定产品等级。
因此，现在有必要研发出一种不锈钢板表面复合耐磨涂层的制备方法，来增加不锈钢表面的耐磨性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有的不足，提供一种沉积速率快、质量可控、工作效率高的不锈钢板表面复合耐磨涂层的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，该不锈钢板表面复合耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
（1）清洗不锈钢板：为了去除油渍，先用浓度为3.5~4.5 %碳酸钠碱液清洗不锈钢板10~15min，清洗时温度为65~75℃；然后为了去除氧化皮在浓度为3.5~4.5%稀硫酸中清洗10~15min；再将不锈钢板先后放入丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水中超声25~35min，以提高基板表面活性，吹干待用；
（2）制备靶材：以W、Mo、Nb纯金属或W-Mo合金或W-Nb合金与不锈钢板板一起经1000℃以上的温度进行溶融制作靶材，冷却待用；
（3）制备耐磨涂层：将步骤（1）中清洗后的不锈钢板置于双层辉光等离子渗金设备的基片座上，作为工作极，将步骤（2）制好的靶材放入双层辉光等离子渗金设备的靶材座上，作为源极，且调节靶材座与基片座的距离，使两者之间的距离保持在20mm；启动机械泵，打开旁抽阀Ⅱ，对真空腔室抽真空；当真空度达到1~8Pa时，关闭旁抽阀Ⅱ，打开旁抽阀Ⅰ，并启动分子泵，打开闸板阀，采用分子泵对真空腔室进一步抽真空；当分子泵加速后稳定运行直至真空度达到1~5×10-3Pa；打开氩气阀，通入氩气，对基板进行离子束清洗，清洗时间为3~5 min；清洗完成后关闭氩气阀；待双层辉光等离子渗金设备的真空度达到4~8Pa时，再次打开氩气阀，流量为50sccm，调节真空腔室的压强，使压强保持在30~40Pa，打开装有经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒容器的阀门，向不锈钢板基板喷洒金刚石颗粒，喷洒时间为30~50s，使金刚石颗粒均匀弥散在不锈钢板上；再交闭装有经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒容器的阀门；打开源极电源和工作极电源，控制压差为250~350V，并给基板加热至800~900℃，在不锈钢表面制备渗镀涂层，沉积时间为2~4h，沉积速率为0.08~0.15μm/min；关闭源电极电源和工作极电源，制得耐磨涂层；
（4）冷却抛光：耐磨涂层沉积结束后，通入氢气，氢气流量为3000~4000sccm，使不锈钢板快速冷却，增大过冷度从而细化晶粒，提高涂层的机械强度；冷却后开启进气阀，通入空气，打开真空腔室，取出不锈钢板基板；然后将不锈钢板经抛光机抛光，从而在不锈钢板表面获得复合耐磨涂层。
进一步改进在于，所述步骤（3）中在制备过程中，每当沉积3~5μm涂层后，打开一次装有经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒容器的阀门对不锈钢板表面进行喷洒一次，喷洒时间为30s。
进一步改进在于，经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒的大小为1~2μm。
进一步改进在于，在所述步骤（3）中，不锈钢板表面沉积的耐磨涂层的厚度为18~40μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用双层辉光等离子渗金技术，涂层与不锈钢板之间的结合强度高，涂层采用氢气快速冷却，晶粒细小，机械强度高，从而获得良好热导率、电导率的复合耐磨涂层，增强不锈钢的耐磨性；此该制备方法工艺简单、质量可控、工作效率高，制备过程在全真空条件下，无污染环境、危害人体安全等问题，因此极其适合工业化应用；制备工艺也能适合工业化连续生产，产品成品率高，质量稳定，而且制造成本低廉。
具体实施方式
实施例1：不锈钢板表面复合耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：
（1）清洗不锈钢板：为了去除油渍，先用浓度为3.5 %碳酸钠碱液清洗不锈钢板15min，清洗时温度为75℃；然后为了去除氧化皮在浓度为3.5%稀硫酸中清洗15min；再将不锈钢板先后放入丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水中超声25min，以提高基板表面活性，吹干待用；
（2）制备靶材：以W、Mo、Nb纯金属或W-Mo合金或W-Nb合金与不锈钢板板一起经1000℃以上的温度进行溶融制作靶材，冷却待用；
（3）制备耐磨涂层：将步骤（1）中清洗后的不锈钢板置于双层辉光等离子渗金设备的基片座上，作为工作极，将步骤（2）制好的靶材放入双层辉光等离子渗金设备的靶材座上，作为源极，且调节靶材座与基片座的距离，使两者之间的距离保持在20mm；启动机械泵，打开旁抽阀Ⅱ，对真空腔室抽真空；当真空度达到6Pa时，关闭旁抽阀Ⅱ，打开旁抽阀Ⅰ，并启动分子泵，打开闸板阀，采用分子泵对真空腔室进一步抽真空；当分子泵加速后稳定运行直至真空度达到4×10-3Pa；打开氩气阀，通入氩气，对基板进行离子束清洗，清洗时间为5min；清洗完成后关闭氩气阀；待双层辉光等离子渗金设备的真空度达到6Pa时，再次打开氩气阀，流量为50sccm，调节真空腔室的压强，使压强保持在30Pa，打开装有经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒容器的阀门，向不锈钢板基板喷洒金刚石颗粒，喷洒时间为50s，使金刚石颗粒均匀弥散在不锈钢板上；再交闭装有经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒容器的阀门；打开源极电源和工作极电源，控制压差为350V，并给基板加热至800℃，在不锈钢表面制备渗镀涂层，沉积时间为2.5h，沉积速率约为0.12μm/min；其中在制备过程中，每当沉积3μm涂层后，打开一次装有经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒容器的阀门对不锈钢板表面进行喷洒一次，每次喷洒的条件相同且与第一次一样，喷洒时间为30s；关闭源电极电源和工作极电源，制得耐磨涂层；不锈钢板表面沉积的耐磨涂层的厚度为18μm；
（4）冷却抛光：耐磨涂层沉积结束后，通入氢气，氢气流量为3000sccm，冷却时间为4h，使不锈钢板快速冷却，增大过冷度从而细化晶粒，提高涂层的机械强度；冷却后开启进气阀，通入空气，打开真空腔室，取出不锈钢板基板；然后将不锈钢板经抛光机抛光，从而在不锈钢板表面获得复合耐磨涂层。
实施例2：不锈钢板表面复合耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：
不锈钢板表面复合耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：
（1）清洗不锈钢板：为了去除油渍，先用浓度为4.5 %碳酸钠碱液清洗不锈钢板10min，清洗时温度为65℃；然后为了去除氧化皮在浓度为4.5%稀硫酸中清洗10min；再将不锈钢板先后放入丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水中超声35min，以提高基板表面活性，吹干待用；
（2）制备靶材：以W、Mo、Nb纯金属或W-Mo合金或W-Nb合金与不锈钢板板一起经1000℃以上的温度进行溶融制作靶材，冷却待用；
（3）制备耐磨涂层：将步骤（1）中清洗后的不锈钢板置于双层辉光等离子渗金设备的基片座上，作为工作极，将步骤（2）制好的靶材放入双层辉光等离子渗金设备的靶材座上，作为源极，且调节靶材座与基片座的距离，使两者之间的距离保持在20mm；启动机械泵，打开旁抽阀Ⅱ，对真空腔室抽真空；当真空度达到5Pa时，关闭旁抽阀Ⅱ，打开旁抽阀Ⅰ，并启动分子泵，打开闸板阀，采用分子泵对真空腔室进一步抽真空；当分子泵加速后稳定运行直至真空度达到5×10-3Pa；打开氩气阀，通入氩气，对基板进行离子束清洗，清洗时间为5min；清洗完成后关闭氩气阀；待双层辉光等离子渗金设备的真空度达到5Pa时，再次打开氩气阀，流量为50sccm，调节真空腔室的压强，使压强保持在40Pa，打开装有经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒容器的阀门，向不锈钢板基板喷洒金刚石颗粒，喷洒时间为30s，使金刚石颗粒均匀弥散在不锈钢板上；再交闭装有经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒容器的阀门；打开源极电源和工作极电源，控制压差为250V，并给基板加热至900℃，在不锈钢表面制备渗镀涂层，沉积时间为4h，沉积速率为0.1μm/min；其中在制备过程中，每当沉积3~5μm涂层后，打开一次装有经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒容器的阀门对不锈钢板表面进行喷洒一次，每次喷洒的条件相同且与第一次一样，喷洒时间为30s；关闭源电极电源和工作极电源，制得耐磨涂层；不锈钢板表面沉积的耐磨涂层的厚度为24μm；
（4）冷却抛光：耐磨涂层沉积结束后，通入氢气，氢气流量为3000~4000sccm，使不锈钢板快速冷却，增大过冷度从而细化晶粒，提高涂层的机械强度；冷却后开启进气阀，通入空气，打开真空腔室，取出不锈钢板基板；然后将不锈钢板经抛光机抛光，从而在不锈钢板表面获得复合耐磨涂层。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (1)

1.一种不锈钢板表面复合耐磨涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)清洗不锈钢板：为了去除油渍，先用浓度为3.5～4.5％碳酸钠碱液清洗不锈钢板10～15min，清洗时温度为65～75℃；然后为了去除氧化皮在浓度为3.5～4.5％稀硫酸中清洗10～15min；再将不锈钢板先后放入丙酮溶液、乙醇溶液和去离子水中超声25～35min，以提高基板表面活性，吹干待用；
(2)制备靶材：以W、Mo、Nb纯金属或W-Mo合金或W-Nb合金与不锈钢板一起经1000℃以上的温度进行熔 融制作靶材，冷却待用；
(3)制备耐磨涂层：将步骤(1)中清洗后的不锈钢板置于双层辉光等离子渗金设备的基片座上，作为工作极，将步骤(2)制好的靶材放入双层辉光等离子渗金设备的靶材座上，作为源极，且调节靶材座与基片座的距离，使两者之间的距离保持在20mm；启动机械泵，打开旁抽阀Ⅱ，对真空腔室抽真空；当真空度达到1～8Pa时，关闭旁抽阀Ⅱ，打开旁抽阀Ⅰ，并启动分子泵，打开闸板阀，采用分子泵对真空腔室进一步抽真空；当分子泵加速后稳定运行直至真空度达到1～5×10-3Pa；打开氩气阀，通入氩气，对基板进行离子束清洗，清洗时间为3～5min；清洗完成后关闭氩气阀；待双层辉光等离子渗金设备的真空度达到4～8Pa时，再次打开氩气阀，流量为50sccm，调节真空腔室的压强，使压强保持在30～40Pa，打开装有经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒容器的阀门，向不锈钢板基板喷洒金刚石颗粒，喷洒时间为30～50s，使金刚石颗粒均匀弥散在不锈钢板上；再交闭装有经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒容器的阀门；打开源极电源和工作极电源，控制压差为250～350V，并给基板加热至800～900℃，在不锈钢表面制备渗镀涂层，沉积时间为2～4h，沉积速率为0.08～0.15μm/min；关闭源电极电源和工作极电源，制得耐磨涂层；
(4)冷却抛光：耐磨涂层沉积结束后，通入氢气，氢气流量为3000～4000sccm，使不锈钢板快速冷却，增大过冷度从而细化晶粒，提高涂层的机械强度；冷却后开启进气阀，通入空气，打开真空腔室，取出不锈钢板基板；然后将不锈钢板经抛光机抛光，从而在不锈钢板表面获得复合耐磨涂层；所述步骤(3)中在制备过程中，每当沉积3～5μm涂层后，打开一次装有经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒容器的阀门对不锈钢板表面进行喷洒一次，喷洒时间为30s；经Cu表面金属化处理后的金刚石颗粒的大小为1～2μm；在所述步骤(3)中不锈钢板表面沉积的耐磨涂层的厚度为18～40μm。
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