CN113151791A - 一种电触头材料表面快速沉积银镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，将电触头基体放置在管状溅射源中部的溅射腔内，所述溅射腔内壁具有银靶材层，将所述溅射腔进行抽真空，然后通入工艺气体到到预设反溅清洗气压值，并进行反溅清洗；调整工艺气体到溅射镀膜气压值，通过对管状溅射源和电触头基体之间施加溅射电压，并对电触头基体和溅射源上下盖之间施加偏压，同时驱动电触头基体旋转，进行偏压溅射镀膜；通过将电触头基体放在筒状溅射源内，使得电触头基体位于在等离子体放电区内，提高沉积速率和靶材利用率，同时溅射时对电触头基体施加负偏压，有效引导等离子放电区内离子轰击电触头基体和银镀层，达到有效提高镀层致密性和镀层结合力的目的。
Description
技术领域
本发明涉及电触头材料表面快速沉积银镀膜方法技术领域，尤其涉及一种电触头材料表面快速沉积银镀膜方法。
背景技术
电触头材料一般用于制造各类高低压开关、断路器、接触器和接插件等。纯铜或铜合金制作的电触点由于在空气中不断的通断，在电弧作用下容易形成氧化膜而降低可靠性和使用寿命。相比之下，银具有更好的电导率和接触电阻，形成的氧化银容易重新分解为金属银，因而更适合作为空气中使用的电接触材料。由于银属于贵金属，价格高，因此电触头材料往往采用在较便宜金属表面镀银来实现电触头综合性能的提升。
传统上镀银主要通过电镀方法，该方法存在三个主要问题：电镀过程的严重污染、镀层结合力不高以及镀层致密度不好等缺点。作为替代技术，真空镀膜技术目前已经应用在电触头制造领域，CN108468030A中给出了一种铜触点表面镀银的磁控溅射方法，CN107557733A则给出了一种微弧离子镀的方法在电触头表面镀银，都成功地在电触头表面制备出性能良好的银镀层。
上述真空镀膜技术可以很好的解决电镀方法带来的问题，但是电触头材料需要的银层厚度往往在十几个微米到上百个微米之间，而传统溅射镀膜存在着沉积速率低、靶材利用率低等缺点，使这类技术在电触头镀银领域的大规模应用受到了限制。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种电触头材料表面快速沉积银镀膜方法。
本发明提出的一种电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，包括下列步骤：
S1、将电触头基体放置在管状溅射源中部的溅射腔内，所述溅射腔内壁具有银靶材层；
S3、在溅射镀膜之前对电触头基体(1)进行反溅清洗；
S4、通入溅射工艺气体到预设溅射镀膜气压值，然后对管状溅射源(2)和电触头基体(1)之间施加电压，并对电触头基体(1)和管状溅射源(2)的上下盖之间施加负偏压，同时驱动电触头基体(1)旋转，进行溅射镀膜；
S5、镀膜结束后进行降温冷却，最后取出镀膜后的产品。
优选地，所述反溅清洗具体为：通过将管状溅射源内通入反溅工艺气体到预设反溅清洗气压，在电触头基体(1)和管状溅射源(2)的上下盖之间施加反溅清洗电压。
优选地，所述反溅工艺气体为Ar气，
优选地，所述反溅清洗气压为0.8～3Pa，所述反溅清洗电压为500～800V。
优选地，在S3中，所述预设溅射镀膜气压，具体为0.1～0.5Pa，所述溅射电压为350～600V，所述负偏压为-50～-120V，所述偏压溅射镀膜功率为10～18kW。
优选地，在S4中，冷却时向所述溅射源内部通入强制冷却气体，所述冷却气体为N2或Ar气。
优选地，所述冷却气体的冷却压力为0.5～0.9ATM。
优选地，还包括下列步骤：
S5、将镀膜后的产品真空退火；
优选地，所述真空退火的真空度低于1*10-2Pa，退火温度为350～450℃。
优选地，在S2中，所述预设气压值为0.1～0.5Pa。
本发明中，所提出的电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，将电触头基体放置在管状溅射源中部的溅射腔内，所述溅射腔内壁具有银靶材层，将所述溅射腔进行抽真空，然后通入工艺气体到到预设反溅清洗气压值，并进行反溅清洗；调整工艺气体到溅射镀膜气压值，通过对管状溅射源和电触头基体之间施加溅射电压，并对电触头基体和溅射源上下盖之间施加偏压，同时驱动电触头基体旋转，进行偏压溅射镀膜；通过将电触头基体放在筒状溅射源内，使得电触头基体位于在等离子体放电区内，提高沉积速率和靶材利用率，预先对基体进行反溅清洗，减小基体表面杂质、油污对镀层质量的影响，同时溅射时对电触头基体施加负偏压，有效引导等离子放电区内离子轰击电触头基体和银镀层，达到有效提高镀层致密性和镀层结合力的目的。
附图说明
图1为本发明提出的一种电触头材料表面快速沉积银镀膜方法的管状溅射源工作示意图。
具体实施方式
如图1所示，图1为本发明提出的一种电触头材料表面快速沉积银镀膜方法的管状溅射源工作示意图。
在实际生产中，电触头基体材料可以是纯铜、铝合金、铜合金或其它可用于电触头材料基底制造的金属材料。
参照图1，本发明提出的一种电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，包括下列步骤：
S1、将电触头基体1放置在管状溅射源2中部的溅射腔内，所述溅射腔内壁具有银靶材层3；
S2、将所述溅射腔进行抽真空，然后通入工艺气体到预设气压值；
为消除残余气体的影响，在等离子体清洗前，需将管状溅射源抽到本底真空度以下。本底真空度越高，残余气体的影响越小，但抽气时间也会增加而影响生产效率。所述预设气压值为0.1～0.5Pa。
S3、在溅射镀膜之前对电触头基体1进行反溅清洗；
在反溅清洗之前，需要对电触头基体进行镀前处理，为去除电触头基体表面的加工毛刺、灰尘、油污等会影响镀膜质量的因素，首先将待镀电触头基体进行清洗，具体包括机械打磨、抛光等手段去除毛刺并提高表面光洁度；再利用丙酮、酒精、去离子水进行超声波清洗去除表面有机污物，清洗后烘箱内烘干待镀。
在具体实施方式中，所述对电触头基体1表面进行清洗具体为，对电触头基体1加负压并将管状溅射源2接地对电触头基体1进行反溅清洗。
在反溅清洗时，为了避免清洗的杂质对电触头基体和靶材造成二次污染，在所述反溅清洗过程中向所述溅射腔内的通入工艺气体，同时将所述溅射腔内的工艺气体抽出，所述工艺气体采用氩气。
反溅清洗可以有效提高待镀表面的清洁度进而提高银镀层和基底之间的结合力，因此在镀膜前需进行反溅清洗。本实施例中，可使用高纯氩气(纯度>99.99％)作为反溅工艺气体，通入工艺气体到反溅清洗气压(1～3Pa)，利用射频或中频电源在溅射源内对待镀面进行反溅清洗，清洗时间5～10分钟，反溅功率为50～200W。
S4、通过对管状溅射源2和电触头基体1施加电压进行溅射镀膜，并对银靶材层3施加负偏压，同时驱动电触头基体1旋转；
在设置电触头基体时，可通过设计制造合理的夹具来装夹电触头基体。由于电触头材料都是单面镀银，因此所有待镀面尽量位于朝向银靶材层的圆柱面上，并使其转轴和溅射源共轴，待镀面和靶材表面平行并保持一定距离。为保证等离子体放电区域各种粒子对基底及膜层的有效轰击，待镀面和靶材表面保持3～5cm的距离。
在对银靶材层3施加负偏压时，工艺气体的等离子体对银靶材层进行轰击，进而提高溅射出的银离子能量，进而提高镀层致密性和镀层结合力。具体地，所述通过预设偏压和溅射功率对银靶材层3施加偏压，所述预设偏压为-50～-120V，所述预设溅射功率为10～18kW。在实际镀膜过程中，溅射电源和偏压电压可以采用直流电源、中频电源或射频电源，并且镀层厚度通过镀膜时间和溅射功率进行控制。
S5、镀膜结束后进行降温冷却，最后取出镀膜后的产品；为降低镀后电触头材料温度，防止氧化，镀膜完成后需对工件架及电触头材料进行冷却。
此外，在S5中，为了加快冷却速度，冷却时向所述溅射腔内通入冷却气体，本实施例可使用惰性气体，高纯氩气或氮气(纯度均高于99.99％)进行冷却。向溅射源内通入冷却气体到冷却压力，为防止空气进入磁控溅射源内部，本发明的冷却压力控制在0.5～0.9大气压。当镀好的电触头基体冷却到100摄氏度以内，冷却过程结束。
本实施例，还包括下列步骤：S5、将镀膜后的产品真空退火；提高银镀层的电导率，并促进银向基体内部扩散，并且真空退火能够防止镀层及电触头基体材料的氧化。具体地，所述真空退火的真空度低于1*10-2Pa，退火温度为350～450℃。
在本实施例中，所提出的电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，将电触头基体放置在管状溅射源中部的溅射腔内，所述溅射腔内壁具有银靶材层，将所述溅射腔进行抽真空，然后通入工艺气体到到预设反溅清洗气压值，并进行反溅清洗；调整工艺气体到溅射镀膜气压值，通过对管状溅射源和电触头基体之间施加溅射电压，并对电触头基体和溅射源上下盖之间施加偏压，同时驱动电触头基体旋转，进行偏压溅射镀膜；通过将电触头基体放在筒状溅射源内，使得电触头基体位于在等离子体放电区内，提高沉积速率和靶材利用率，预先对基体进行反溅清洗，减小基体表面杂质、油污对镀层质量的影响，同时溅射时对电触头基体施加负偏压，有效引导等离子放电区内离子轰击电触头基体和银镀层，达到有效提高镀层致密性和镀层结合力的目的。
本发明有如下有益效果：1)采用管状源结构，实现三维磁控溅射，溅射沉积速率极高，可以达到1微米/分钟，极大提高了生产效率；2)在管状源内进行溅射镀膜，管状源本身作为真空室，避免了复杂的真空室结构。3)受到管状溅射源几何形状的限制，从靶材溅射出的银，要么沉积在电触头基材的待镀面上，要么重新回到靶材表面。因此银靶材的综合利用率远远高于传统溅射方法，可以达到70％以上，大大降低了靶材成本；4)反溅清洗和偏压溅射的引入，以及待镀电触头材料“浸泡”在等离子体放电区域中的特点，可以大大提高镀层质量和镀层结合力；5)后续真空退火可以改善银镀层的组织结构，进而提高银层的电导率。
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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1、将电触头基体(1)放置在管状溅射源(2)中部的溅射腔内，所述溅射腔内壁具有银靶材层(3)；
S2、将所述溅射腔进行抽真空；
S3、在溅射镀膜之前对电触头基体(1)进行反溅清洗；
S4、通入溅射工艺气体到预设溅射镀膜气压值，然后对管状溅射源(2)和电触头基体(1)之间施加电压，并对电触头基体(1)和管状溅射源(2)的上下盖之间施加负偏压，同时驱动电触头基体(1)旋转，进行溅射镀膜；
S5、镀膜结束后进行降温冷却，最后取出镀膜后的产品。
2.根据权利要求1所述的电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，其特征在于，所述反溅清洗具体为：通过将管状溅射源内通入反溅工艺气体到预设反溅清洗气压，在电触头基体(1)和管状溅射源(2)的上下盖之间施加反溅清洗电压。
3.根据权利要求2所述的电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，其特征在于，所述反溅工艺气体为Ar气。
4.根据权利要求2所述的电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，其特征在于，所述反溅清洗气压为0.8～3Pa，所述反溅清洗电压为500～800V。
5.根据权利要求1所述的电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，其特征在于，在S3中，所述预设溅射镀膜气压，具体为0.1～0.5Pa，所述溅射电压为350～600V，所述负偏压为-50～-120V，所述偏压溅射镀膜功率为10～18kW。
6.根据权利要求1所述的电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，其特征在于，在S4中，冷却时向所述溅射源内部通入强制冷却气体，所述冷却气体为N2或Ar气。
7.根据权利要求6所述的电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，其特征在于，所述冷却气体的冷却压力为0.5～0.9ATM。
8.根据权利要求1所述的电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，其特征在于，还包括下列步骤：
S5、将镀膜后的产品真空退火。
9.根据权利要求8所述的电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，其特征在于，所述真空退火的真空度低于1*10-2Pa，退火温度为350～450℃。
10.根据权利要求1所述的电触头材料表面快速沉积银镀膜方法，其特征在于，在S2中，所述预设气压值为0.1～0.5Pa。
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