CN108179385B - 一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法 - Google Patents

一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法，该方法包括：一、将金属螺纹依次进行抛光、超声清洗和干燥；二、将干燥后的金属螺纹进行喷砂粗化；三、将经喷砂粗化后的金属螺纹进行溅射清洗，得到表面活化的金属螺纹；四、在氩气气氛下对表面活化的金属螺纹进行第一次镀膜，得到表面具有Ni过渡层的金属螺纹；五、在氩气气氛下对表面具有Ni过渡层的金属螺纹进行第二次镀膜，制备AgPd涂层，得到表面具有Ni‑AgPd涂层的金属螺纹。本发明采用多弧离子镀在螺纹表面制备Ni‑AgPd涂层，加入的Pd保证了Ni‑AgPd涂层的耐磨性能，提高了Ni‑AgPd涂层的热稳定性和耐腐蚀性，解决了紧固件的锁死问题。

Description

一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法
技术领域
本发明属于防锁死涂层制备技术领域，具体涉及一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法。
背景技术
目前市面上广泛使用的不锈钢或钛合金紧固件是机械生产装配中的常见材料，但是在紧固过程中很容易产生锁死现象，即螺栓与螺母连接过于紧密导致无法打开的情况。不锈钢或钛合金紧固件在使用过程中为了抵抗外界环境的侵蚀作用，往往会在其表面上生成金属氧化层，该金属氧化层可以保护螺栓不受外界的侵蚀，避免腐蚀现象的发生，从而延长螺栓的使用寿命，但也增加了螺纹锁死的风险。当螺栓紧固时，螺栓与螺母之间摩擦产生的压力和热量会使金属氧化层遭到破坏，金属氧化层黏着融合在螺纹中发生阻塞，随着黏着区域的不断增大，阻塞越发严重，最终导致螺栓被锁死，难以再次打开。
为了防止锁死现象的发生，一般采用增加螺栓与螺母之间润滑性的方法来确保两者能够顺利拆卸。可以在螺栓或螺母上涂覆一层润滑剂，比如黄油、石墨、二硫化钼等具有润滑作用的物质，从而降低锁死概率，但润滑剂需要频繁的进行涂抹，清洁不彻底时残余的变质润滑剂同样会导致螺纹锁死；也可采用防锁死药水进行润滑，但该药水价格较贵，防锁死的成本过高；通过浸特种蜡处理也可防止螺纹锁死，但这种方法使用的次数有限且一般不便连续使用2次以上，同样无法满足工业生产的大量需求。因此在螺纹的表面制备可降低螺纹摩擦系数并具有优良润滑性的膜层成为了解决此问题的有效途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法。该方法采用多弧离子镀在螺纹表面制备Ni-AgPd涂层，通过加入Pd避免了银被硫化生成硫化银失去扩散滑移性能，从而保证了Ni-AgPd涂层具备良好的耐磨性能，提高了Ni-AgPd涂层的热稳定性和耐腐蚀性，避免了螺纹摩擦过热导致的螺纹表面金属氧化层腐蚀破坏，解决了紧固件在紧固过程中发生的锁死问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将金属螺纹放入振动抛光机中抛光处理15min～40min，然后依次采用丙酮、蒸馏水、乙醇分别对抛光后的金属螺纹超声清洗8min～10min、2min～5min和2min～5min，再进行干燥；
步骤二、将步骤一中经干燥后的金属螺纹进行喷砂粗化处理；
步骤三、将步骤二中经喷砂粗化处理后的金属螺纹置于多弧离子镀设备的镀膜室中，然后将镀膜室抽真空至真空度小于0.005Pa，向抽真空后的反应室中通入氩气至真空度为0.04Pa～0.07Pa，再对金属螺纹加负偏压到-800V～-1500V，形成的电场对阴极电弧源放电产生金属离子束流溅射清洗金属螺纹表面的氧化层，得到表面活化的金属螺纹；所述阴极电弧源的材质为Ni，阴极电弧电流为50A～90A；所述溅射清洗的过程中镀膜室的温度为180℃～300℃；所述溅射清洗的时间为5min～10min；
步骤四、向多弧离子镀设备的镀膜室中通入氩气至真空度为0.2Pa～0.4Pa，然后采用Ni材质的阴极电弧源对步骤三中得到的表面活化的金属螺纹进行第一次镀膜，得到表面具有Ni过渡层的金属螺纹；所述氩气的流量为30sccm～90sccm；所述第一次镀膜的过程中镀膜室的温度为180℃～300℃，表面活化的金属螺纹上施加的电压为-100V～-300V；所述第一次镀膜的Ni材质的阴极电弧电流为75A～85A，第一次镀膜的时间为15min～40min；
步骤五、在氩气气氛下，同时采用Ag材质与Pd材质的阴极电弧源对步骤四中得到的表面具有Ni过渡层的金属螺纹进行第二次镀膜，制备AgPd涂层，冷却至室温后取出，得到表面具有Ni-AgPd涂层的金属螺纹；所述氩气的流量为30sccm～90sccm；所述第二次镀膜的过程中镀膜室的真空度为0.1Pa～0.5Pa，温度为180℃～300℃，表面具有Ni过渡层的金属螺纹上施加的电压为-150V～-350V；所述第二次镀膜的Ag材质的阴极电弧电流为75A～100A，Pd材质的阴极弧电流为30A～40A；所述第二次镀膜的时间为20min～100min。
上述的一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述金属螺纹的材质为不锈钢或钛合金。
上述的一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述抛光处理的过程中加入白刚玉滚珠和振动抛光液；所述白刚玉滚珠的直径为1mm～5mm，所述振动抛光液为金刚石抛光液。
上述的一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述喷砂粗化处理的砂粒为200目～300目的石英砂，喷砂压力为0.15MPa～0.80MPa，喷砂时间为20s～600s。
上述的一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法，其特征在于，步骤五中所述Ni-AgPd涂层中Ni过渡层的厚度为0.5μm～2μm，所述AgPd涂层的厚度为0.5μm～3μm，所述AgPd涂层中Pd的质量百分数为18％～28％。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用多弧离子镀在螺纹表面制备Ni-AgPd涂层，首先在螺纹表面制备Ni过渡层，然后在Ni过渡层上同时沉积Ag和Pd来制备AgPd涂层，最终得到表面具有Ni-AgPd涂层的螺纹，AgPd涂层中的Ag具有较强的扩散滑移性能，有效降低了螺纹表面的摩擦系数，而Pd的加入显著改善了Ag的性能，避免了银被硫化生成硫化银失去扩散滑移性能，从而保证了Ni-AgPd涂层具备良好的耐磨性能，另外，由于Pd的稳定性较强，加入Pd后显著提高了Ni-AgPd涂层的热稳定性和耐腐蚀性，避免了螺纹摩擦过热导致的螺纹表面金属氧化层腐蚀破坏，解决了紧固件在紧固过程中发生的锁死问题。
2、本发明通过调节多弧离子镀过程中的真空度、弧电流的大小以及镀膜时间从而调节AgPd涂层中Pd的含量范围，在提高Ni-AgPd涂层耐磨、耐腐蚀性能的同时，有效控制了Ag和Pd的使用量，降低了Ni-AgPd涂层的制备成本。
3、本发明依次在螺纹表面制备Ni过渡层和AgPd涂层来得到Ni-AgPd涂层，由于Ni过渡层的硬度较高，稳定性较好，与螺纹表面之间具有良好的结合能力，大大降低了螺纹表面的摩擦系数，既保证了Ni-AgPd涂层与螺纹表面之间的牢固结合，防止了Ni-AgPd涂层的脱落，又提高了螺纹表面的减磨耐滑性能
4、本发明的方法可在凹凸不平的螺纹表面进行镀膜，绕镀性能好，清洗过程简单，扩大了Ni-AgPd涂层适用的螺纹范围。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例1制备得到的Ni-AgPd涂层的截面SEM扫描图。
图2是本发明实施例2和实施例3制备得到的Ni-AgPd涂层以及TC4钛合金螺纹的摩擦系数曲线图。
具体实施方式
本发明实施例1～实施例3中所用的多弧离子镀设备为西北有色金属研究院生产的YCJS500多弧离子镀膜设备。
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将316不锈钢螺纹放入振动抛光机中抛光处理15min，然后依次采用丙酮、蒸馏水、乙醇分别对抛光后的金属螺纹超声清洗8min、2min和2min，再进行干燥；所述抛光处理的过程中加入直径为1mm～5mm的白刚玉滚珠和金刚石抛光液；
步骤二、将步骤一中经干燥后的316不锈钢螺纹进行喷砂粗化处理；所述喷砂粗化处理的砂粒为200目的石英砂，喷砂压力为0.15MPa，喷砂时间为600s；
步骤三、将步骤二中经喷砂粗化处理后的316不锈钢螺纹置于多弧离子镀设备的镀膜室中，然后将镀膜室抽真空至真空度0.004Pa，向抽真空后的反应室中通入氩气至真空度为0.07Pa，再对316不锈钢螺纹加负偏压到-1500V，形成的电场对阴极电弧源放电产生金属离子束流溅射清洗316不锈钢螺纹表面的氧化层，得到表面活化的316不锈钢螺纹；所述阴极电弧源的材质为Ni，阴极电弧电流为90A；所述溅射清洗的过程中镀膜室的温度为300℃；所述溅射清洗的时间为10min；
步骤四、向多弧离子镀设备的镀膜室中通入氩气至真空度为0.4Pa，然后采用Ni材质的阴极电弧源对步骤三中得到的表面活化的316不锈钢螺纹进行第一次镀膜，得到表面具有Ni过渡层的316不锈钢螺纹；所述氩气的流量为90sccm；所述第一次镀膜的过程中镀膜室的温度为300℃，表面活化的316不锈钢螺纹上施加的电压为-300V；所述第一次镀膜的Ni材质的阴极电弧电流为85A，第一次镀膜的时间为40min；
步骤五、在氩气气氛下，同时采用Ag材质与Pd材质的阴极电弧源对步骤四中得到的表面具有Ni过渡层的316不锈钢螺纹进行第二次镀膜，制备AgPd涂层，冷却至室温后取出，得到表面具有Ni-AgPd涂层的316不锈钢螺纹；所述氩气的流量为90sccm；所述第二次镀膜的过程中镀膜室的真空度为0.1Pa，温度为300℃，表面具有Ni过渡层的316不锈钢螺纹上施加的电压为-350V；所述第二次镀膜的Ag材质的阴极电弧电流为100A，Pd材质的阴极弧电流为30A；所述第二次镀膜的时间为100min；所述Ni-AgPd涂层中Ni过渡层的厚度为2μm，所述AgPd涂层的厚度为3μm，所述AgPd涂层中Pd的质量百分数为18％。
图1为本实施例得到的Ni-AgPd涂层的截面SEM扫描图，从图1可以看出，本实施例得到的Ni-AgPd复合涂层的厚度为5μm，且涂层致密均匀，与316不锈钢螺纹的结合性良好。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将TC4钛合金螺纹放入振动抛光机中抛光处理25min，然后依次采用丙酮、蒸馏水、乙醇分别对抛光后的金属螺纹超声清洗10min、5min和5min，再进行干燥；所述抛光处理的过程中加入直径为1mm～5mm的白刚玉滚珠和金刚石抛光液；
步骤二、将步骤一中经干燥后的TC4钛合金螺纹进行喷砂粗化处理；所述喷砂粗化处理的砂粒为250目的石英砂，喷砂压力为0.3MPa，喷砂时间为200s；
步骤三、将步骤二中经喷砂粗化处理后的TC4钛合金螺纹置于多弧离子镀设备的镀膜室中，然后将镀膜室抽真空至真空度0.003Pa，向抽真空后的反应室中通入氩气至真空度为0.04Pa，再对TC4钛合金螺纹加负偏压到-800V，形成的电场对阴极电弧源放电产生金属离子束流溅射清洗TC4钛合金螺纹表面的氧化层，得到表面活化的TC4钛合金螺纹；所述阴极电弧源的材质为Ni，阴极电弧电流为50A；所述溅射清洗的过程中镀膜室的温度为180℃；所述溅射清洗的时间为7min；
步骤四、向多弧离子镀设备的镀膜室中通入氩气至真空度为0.2Pa，然后采用Ni材质的阴极电弧源对步骤三中得到的表面活化的TC4钛合金螺纹进行第一次镀膜，得到表面具有Ni过渡层的TC4钛合金螺纹；所述氩气的流量为60sccm；所述第一次镀膜的过程中镀膜室的温度为180℃，表面活化的TC4钛合金螺纹上施加的电压为-100V；所述第一次镀膜的Ni材质的阴极电弧电流为75A，第一次镀膜的时间为15min；
步骤五、在氩气气氛下，同时采用Ag材质与Pd材质的阴极电弧源对步骤四中得到的表面具有Ni过渡层的TC4钛合金螺纹进行第二次镀膜，制备AgPd涂层，冷却至室温后取出，得到表面具有Ni-AgPd涂层的TC4钛合金螺纹；所述氩气的流量为60sccm；所述第二次镀膜的过程中镀膜室的真空度为0.5Pa，温度为180℃，表面具有Ni过渡层的TC4钛合金螺纹上施加的电压为-150V；所述第二次镀膜的Ag材质的阴极电弧电流为75A，Pd材质的阴极弧电流为40A；所述第二次镀膜的时间为20min；所述Ni-AgPd涂层中Ni过渡层的厚度为0.5μm，所述AgPd涂层的厚度为0.5μm，所述AgPd涂层中Pd的质量百分数为28％。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将TC4钛合金螺纹放入振动抛光机中抛光处理40min，然后依次采用丙酮、蒸馏水、乙醇分别对抛光后的金属螺纹超声清洗9min、3min和3min，再进行干燥；所述抛光处理的过程中加入直径为1mm～5mm的白刚玉滚珠和金刚石抛光液；
步骤二、将步骤一中经干燥后的TC4钛合金螺纹进行喷砂粗化处理；所述喷砂粗化处理的砂粒为300目的石英砂，喷砂压力为0.80MPa，喷砂时间为20s；
步骤三、将步骤二中经喷砂粗化处理后的TC4钛合金螺纹置于多弧离子镀设备的镀膜室中，然后将镀膜室抽真空至真空度0.004Pa，向抽真空后的反应室中通入氩气至真空度为0.05Pa，再对TC4钛合金螺纹加负偏压到-1000V，形成的电场对阴极电弧源放电产生金属离子束流溅射清洗TC4钛合金螺纹表面的氧化层，得到表面活化的TC4钛合金螺纹；所述阴极电弧源的材质为Ni，阴极电弧电流为70A；所述溅射清洗的过程中镀膜室的温度为220℃；所述溅射清洗的时间为5min；
步骤四、向多弧离子镀设备的镀膜室中通入氩气至真空度为0.3Pa，然后采用Ni材质的阴极电弧源对步骤三中得到的表面活化的TC4钛合金螺纹进行第一次镀膜，得到表面具有Ni过渡层的TC4钛合金螺纹；所述氩气的流量为30sccm；所述第一次镀膜的过程中镀膜室的温度为250℃，表面活化的TC4钛合金螺纹上施加的电压为-200V；所述第一次镀膜的Ni材质的阴极电弧电流为80A，第一次镀膜的时间为25min；
步骤五、在氩气气氛下，同时采用Ag材质与Pd材质的阴极电弧源对步骤四中得到的表面具有Ni过渡层的TC4钛合金螺纹进行第二次镀膜，制备AgPd涂层，冷却至室温后取出，得到表面具有Ni-AgPd涂层的TC4钛合金螺纹；所述氩气的流量为30sccm；所述第二次镀膜的过程中镀膜室的真空度为0.3Pa，温度为250℃，表面具有Ni过渡层的TC4钛合金螺纹上施加的电压为-200V；所述第二次镀膜的Ag材质的阴极电弧电流为85A，Pd材质的阴极弧电流为35A；所述第二次镀膜的时间为60min；所述Ni-AgPd涂层中Ni过渡层的厚度为1.5μm，所述AgPd涂层的厚度为2.2μm，所述AgPd涂层中Pd的质量百分数为20％。
图2是实施例2和实施例3制备得到的Ni-AgPd涂层以及TC4钛合金螺纹的摩擦系数曲线图，图中标的曲线为TC4钛合金螺纹的摩擦系数曲线，标“·”的曲线为实施例2制备得到的Ni-AgPd涂层的摩擦系数曲线，标的曲线为实施例3制备得到的Ni-AgPd涂层的摩擦系数曲线。从图2可以看出，实施例2和实施例3制备得到的Ni-AgPd涂层的摩擦系数相较TC4钛合金螺纹明显降低，说明本发明制备得到的Ni-AgPd涂层具有耐磨防锁死的性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将金属螺纹放入振动抛光机中抛光处理15min～40min，然后依次采用丙酮、蒸馏水、乙醇分别对抛光后的金属螺纹超声清洗8min～10min、2min～5min和2min～5min，再进行干燥；
步骤二、将步骤一中经干燥后的金属螺纹进行喷砂粗化处理；
步骤三、将步骤二中经喷砂粗化处理后的金属螺纹置于多弧离子镀设备的镀膜室中，然后将镀膜室抽真空至真空度小于0.005Pa，向抽真空后的反应室中通入氩气至真空度为0.04Pa～0.07Pa，再对金属螺纹加负偏压到-800V～-1500V，形成的电场对阴极电弧源放电产生金属离子束流溅射清洗金属螺纹表面的氧化层，得到表面活化的金属螺纹；所述阴极电弧源的材质为Ni，阴极电弧电流为50A～90A；所述溅射清洗的过程中镀膜室的温度为180℃～300℃；所述溅射清洗的时间为5min～10min；
步骤四、向多弧离子镀设备的镀膜室中通入氩气至真空度为0.2Pa～0.4Pa，然后采用Ni材质的阴极电弧源对步骤三中得到的表面活化的金属螺纹进行第一次镀膜，得到表面具有Ni过渡层的金属螺纹；所述氩气的流量为30sccm～90sccm；所述第一次镀膜的过程中镀膜室的温度为180℃～300℃，表面活化的金属螺纹上施加的电压为-100V～-300V；所述第一次镀膜的Ni材质的阴极电弧电流为75A～85A，第一次镀膜的时间为15min～40min；
步骤五、在氩气气氛下，同时采用Ag材质与Pd材质的阴极电弧源对步骤四中得到的表面具有Ni过渡层的金属螺纹进行第二次镀膜，制备AgPd涂层，冷却至室温后取出，得到表面具有Ni-AgPd涂层的金属螺纹；所述氩气的流量为30sccm～90sccm；所述第二次镀膜的过程中镀膜室的真空度为0.1Pa～0.5Pa，温度为180℃～300℃，表面具有Ni过渡层的金属螺纹上施加的电压为-150V～-350V；所述第二次镀膜的Ag材质的阴极电弧电流为75A～100A，Pd材质的阴极弧电流为30A～40A；所述第二次镀膜的时间为20min～100min；所述AgPd涂层中Pd的质量百分数为18％～28％。
2.根据权利要求1所述的一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述金属螺纹的材质为不锈钢或钛合金。
3.根据权利要求1所述的一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述抛光处理的过程中加入白刚玉滚珠和振动抛光液；所述白刚玉滚珠的直径为1mm～5mm，所述振动抛光液为金刚石抛光液。
4.根据权利要求1所述的一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述喷砂粗化处理的砂粒为200目～300目的石英砂，喷砂压力为0.15MPa～0.80MPa，喷砂时间为20s～600s。
5.根据权利要求1所述的一种采用多弧离子镀制备螺纹耐磨耐蚀防锁死涂层的方法，其特征在于，步骤五中所述Ni-AgPd涂层中Ni过渡层的厚度为0.5μm～2μm，所述AgPd涂层的厚度为0.5μm～3μm。
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