CN113549858A - 一种溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层及其制备方法 - Google Patents
一种溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层及其制备方法，属于溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度度防护涂层领域。以纯铝、纯铜、铝合金或铜合金为原料，采用小粒度白刚玉砂或棕刚玉砂喷砂，然后采用热喷涂设备通过机械手程控进行喷涂，以适中粗糙度涂层打底，高粗糙度涂层盖面的方法制得。本发明可有效保障薄壁防护罩板喷涂后无明显变形，并且本发明提供的溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层具有合适的表面粗糙度、适宜的厚度及良好的结合强度。
Description
技术领域
本发明涉及溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层技术领域，尤其涉及一种溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层及其制备方法。
背景技术
磁控溅射镀膜法是七十年代末期发展起来的一种先进工艺方法，近几年磁控溅射技术已广泛应用在汽车、电子、建筑等领域，它的特点是高速、低温溅射镀膜，是在专门的真空设备中，借助于高压直线溅射装置进行的。原理是稀薄气体异常辉光放电产生的等离子体通过电场的作用，加速轰击阴极靶材表面，把靶材以离子、原子、分子等粒子形态溅射出来，并且带有一定的动能，沿一定的方向撞向基体表面，在基体表面形成膜层。但是溅射出来的粒子并非只是向基体表面撞击，它也不可避免的撞向四周的溅射镀膜机内壁，这样也会在溅射镀膜机的内壁形成膜层，随着时间的延长，膜层不断生长增厚，同时膜层内部应力也不断增大，等内部应力大于膜层结合力时，膜层便会脱落下来，掉落至靶材、基体及溅射镀膜机部件上，影响镀膜的进行及膜层的质量，甚至会造成设备的损坏。因此，需要对溅射镀膜机的内壁进行防护，防护方法是采用设计制作防护罩，防护罩由多块形状各异的护板组装而成，使溅射粒子附着在护板上从而对溅射设备内壁形成保护，但防护罩使用一段时间后同样存在膜层过厚脱落问题，虽然防护罩板可以拆卸下来进行更换，但如果将更换下来的防护罩板直接废弃，代价太高。
为此，在使用前将防护罩板内表面喷涂制备一层涂层，等膜层过厚时，将涂层连同膜层去除掉，再喷涂制备新的涂层，实现防护罩板的可循环利用。为了使溅射粒子容易附着在防护罩板表面的涂层上，涂层需要具有很高的表面粗糙度，这就容易造成喷涂制备的涂层结合力不够高，在有溅射粒子冲击附着在涂层上时，容易造成涂层的脱落。传统的方法是在喷砂时采用大粒度的刚玉砂进行表面粗化，但是由于薄壁防护罩板的厚度只有2mm左右，容易产生严重变形，导致组装困难甚至无法组装。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
对防护罩基材进行表面喷砂处理；
在所述表面喷砂处理后的基材的表面依次热喷涂打底层涂层和面层涂层，得到所述溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层，所述打底层涂层的粗糙度为Ra6～14μm，所述面层涂层的粗糙度为Ra15～35μm，所述打底层涂层和面层涂层的材质独立地为纯铝、纯铜、铝合金或铜合金。
优选地，所述表面喷砂处理使用白刚玉或棕刚玉砂。
优选地，所述白刚玉和棕刚玉砂的粒径独立地为46～200目。
优选地，所述表面喷砂处理的压缩空气的压力为0.3～1.0MPa。
优选地，所述表面喷砂处理后的基材的粗糙度为Ra2～5μm。
优选地，所述热喷涂过程中，所述喷砂处理后的基材的温度控制范围为室温～100℃。
优选地，所述防护罩基材进行表面喷砂处理前还包括去除旧涂层，所述去除旧涂层为喷砂、打磨或采用氢氧化钠溶液浸泡，所述氢氧化钠溶液的浓度为5～52wt.％。
优选地，所述防护罩基材的厚度为1～3mm。
本发明还提供了上面所述制备方法制得的溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层，包括依次层叠的打底层涂层和面层涂层，所述打底层涂层的粗糙度为Ra6～14μm，所述面层涂层的粗糙度为Ra15～35μm，所述打底层涂层和面层涂层的材质独立地为纯铝、纯铜、铝合金或铜合金。
优选地，所述溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层的厚度为150～250μm。
本发明提供了一种溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层的制备方法，包括以下步骤：对防护罩基材进行表面喷砂处理；在所述表面喷砂处理后的基材的表面依次热喷涂打底层涂层和面层涂层，得到所述溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层，所述打底层涂层的粗糙度为Ra6～14μm，所述面层涂层的粗糙度为Ra15～35μm，所述打底层涂层和面层涂层的材质独立地为纯铝、纯铜、铝合金或铜合金。
本发明以小粒度砂喷砂，采用热喷涂，以适中粗糙度涂层打底，高粗糙度涂层盖面的方法制备了溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层，相比于传统的制备方法，此方法可保障薄壁防护罩板喷涂后无明显变形，并且本发明提供的溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层具有适宜的厚度及良好的结合强度，具有良好的应用前景。
本发明的有益效果：
1)本发明制备的纯铝、纯铜、铝合金或铜合金涂层能够起到牢固附着溅射材料粒子的作用，在使用后可去除并重新喷涂新涂层，可实现防护罩的循环使用。
2)本发明采用的涂层制备方法，基材不依靠喷砂获得大粗糙度来保障结合性能，而是采用小粒度白刚玉或棕刚玉砂进行表面清洁，然后采用热喷涂方法，以适中粗糙度涂层打底，高粗糙度涂层盖面的方法制备了溅射镀膜机薄壁防护罩板用高粗糙度防护涂层，相比于传统的制备方法，此方法可保障薄壁防护罩板喷涂后无明显变形。
3)本发明方法所制得的溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层，外观粗糙度满足溅射防护罩涂层Ra15～35μm的要求。
4)本发明制得的溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层的内部孔隙较少，且厚度满足溅射防护罩涂层150～250μm的要求。
5)本发明制得的溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层具有无明显变形及良好的结合强度，能满足防护罩的使用要求。
附图说明
图1为实施例1制备的结合强度测试试样粗糙表面的宏观照片；
图2为实施例2制备的结合强度测试试样粗糙表面的宏观照片；
图3为实施例1制备的厚度测试试样的金相显微照片。
具体实施方式
本发明提供了一种溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层制备方法，包括以下步骤；
对防护罩基材进行表面喷砂处理；
在所述表面喷砂处理后的基材的表面依次热喷涂打底层涂层和面层涂层，得到所述溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层，所述打底层涂层的粗糙度为Ra6～14μm，所述面层涂层的粗糙度为Ra15～35μm，所述打底层涂层和面层涂层的材质独立地为纯铝、纯铜、铝合金或铜合金。
本发明对防护罩基材进行表面喷砂处理。
在本发明中，所述防护罩基材优选为溅射镀膜机薄壁防护罩。
在本发明中，所述防护罩基材的厚度优选为1～3mm。
在本发明中，所述防护罩进行表面喷砂处理前优选还包括去除旧涂层，所述去除旧涂层优选为喷砂、打磨或采用氢氧化钠溶液浸泡，所述氢氧化钠溶液的浓度优选为5～52wt.％，更优选为30wt.％。
在本发明中，所述表面喷砂处理优选使用白刚玉或棕刚玉砂。
在本发明中，所述白刚玉和棕刚玉砂的粒径独立地优选为46～200目，更优选为100目。
在本发明中，所述表面喷砂处理的压缩空气压力优选为0.3～1.0MPa，更优选为0.6MPa。
在本发明中，所述表面喷砂处理后的基材的粗糙度优选为Ra2～5μm，更优选为Ra2.6～4.6μm，最优选为Ra3.5μm。
表面喷砂处理完成后，本发明优选使用压缩空气吹扫工件表面灰尘。
得到表面喷砂处理后的基材后，本发明在所述表面喷砂处理后的基材的表面依次热喷涂打底层涂层和面层涂层，得到所述溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层，所述打底层涂层的粗糙度为Ra6～14μm，所述面层涂层的粗糙度为Ra15～35μm，所述打底层涂层和面层涂层的材质独立地为纯铝、纯铜、铝合金或铜合金。
在本发明中，所述打底层涂层的粗糙度优选为Ra9.1～12.3μm，更优选为Ra10.8μm，所述面层涂层的粗糙度优选为Ra26.1～27.2μm，更优选为Ra26.5μm。
在本发明中，所述热喷涂过程过程中，所述表面喷砂处理后的基材的温度控制范围优选为室温～100℃。在本发明中，所述热喷涂优选通过机械手程控进行。
在本发明中，所述打底层涂层和面层涂层的材质优选一致。
本发明对所述热喷涂的具体参数没有特殊的限定，能够保证打底层涂层和面层涂层的粗糙度达到上述要求即可。
本发明还提供了上面所述制备方法制得的溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层，包括依次层叠的打底层涂层和面层涂层，所述打底层涂层的粗糙度为Ra6～14μm，所述面层涂层的粗糙度为Ra15～35μm，所述打底层涂层和面层涂层的材质独立地为纯铝、纯铜、铝合金或铜合金。
在本发明中，所述溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层的厚度优选为150～250μm，更优选为171.1～191.3μm，最优选为183.6μm。
在本发明中，所述溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层优选包括结合强度试样、平面度测试试样和涂层厚度测试试样，所述结合强度测试试样的尺寸优选为
平面度测试试样的尺寸优选为250mm×100mm×2mm，涂层厚度测试试样的尺寸优选为15mm×10mm×2mm。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1：
(1)采用30wt.％氢氧化钠溶液浸泡去除使用后的铝涂层。
(2)采用46目白刚玉砂，在压缩空气压力0.3MPa下进行表面喷砂处理，喷砂后压缩空气吹扫工件表面灰尘，喷砂后表面粗糙度Ra4.6μm。
(3)采用电弧喷涂设备通过机械手程控进行铝涂层的制备，结合强度测试试样尺寸
平面度测试试样尺寸250mm×100mm×2mm，涂层厚度测试试样尺寸15mm×10mm×2mm，打底层涂层粗糙度Ra10.8μm，面层涂层粗糙度Ra26.5μm，涂层总厚度171.1μm。具体喷涂工艺如下：
打底层喷涂工艺：
铝丝材(铝含量＞99.7wt.％)，喷涂线速度300mm/s，搭道10mm，电压35～38V，喷涂电流120A，距离200mm，压缩空气压力0.5Mpa，喷涂一道，喷枪倾斜45度角喷涂。
面层喷涂工艺：
铝丝材(铝含量＞99.7wt.％)，喷涂线速度200mm/s，搭道10mm，电压35～38V，喷涂电流140A，距离220mm，压缩空气压力0.3Mpa，喷涂一道，喷枪倾斜45度角喷涂。
喷涂过程中，工件温度控制在室温-100℃范围内。
(4)喷涂完成后，干燥压缩空气吹扫工件表面灰尘，冷至室温后包装防潮。
实施例2：
(1)采用喷砂方法去除使用后的铜涂层。
(2)采用100目棕刚玉砂，在压缩空气压力0.6MPa下进行表面喷砂处理，喷砂后压缩空气吹扫工件表面灰尘，喷砂后表面粗糙度Ra3.5μm。
(3)采用电弧喷涂设备通过机械手程控进行铜涂层的制备，结合强度测试试样尺寸
平面度测试试样尺寸250mm×100mm×2mm，涂层厚度测试试样尺寸15mm×10mm×2mm，打底层涂层粗糙度Ra12.3μm，面层涂层粗糙度Ra27.2μm，涂层总厚度183.6μm。具体喷涂工艺如下：
打底层喷涂工艺：
铜丝材(铜含量＞99.9wt.％)，喷涂线速度300mm/s，搭道10mm，电压38～40V，喷涂电流170A，距离200mm，压缩空气压力0.5Mpa，喷涂一道，喷枪倾斜45度角喷涂。
面层喷涂工艺：
铜丝材(铜含量＞99.9wt.％)，喷涂线速度200mm/s，搭道10mm，电压38～40V，喷涂电流180A，距离220mm，压缩空气压力0.3Mpa，喷涂一道，喷枪倾斜45度角喷涂。
喷涂过程中，工件温度控制在室温-100℃范围内。
(4)喷涂完成后，干燥压缩空气吹扫工件表面灰尘，冷至室温后包装防潮。
图1为实施例1制备的结合强度测试试样粗糙表面的宏观照片；图2为实施例2制备的结合强度测试试样粗糙表面的宏观照片，各制备了4个试样。
图3为实施例1制备的厚度测试试样的金相显微照片，可知，溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层的内部孔隙较少。图3中的数据是指溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层厚度，测量了三个点，取平均值做为溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层厚度，计算得到涂层总厚度171.1μm。
实施例3：
(1)采用40wt.％氢氧化钠溶液浸泡方法去除使用后的铝涂层。
(2)采用200目白刚玉砂，在压缩空气压力1.0MPa下进行表面喷砂处理，喷砂后压缩空气吹扫工件表面灰尘，喷砂后表面粗糙度Ra2.6μm。
(3)采用电弧喷涂设备通过机械手程控进行铝合金溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层的制备，结合强度测试试样尺寸
平面度测试试样尺寸250mm×100mm×2mm，涂层厚度测试试样尺寸15mm×10mm×2mm，打底层涂层粗糙度Ra9.1μm，面层涂层粗糙度Ra26.1μm，涂层总厚度191.3μm。具体喷涂工艺如下：
打底喷涂工艺：
铝镁合金丝材(牌号5A03)，喷涂线速度300mm/s，搭道10mm，电压25～28V，喷涂电流80A，距离200mm，气压0.55Mpa，喷涂一道，喷枪倾斜45度角喷涂。
面层喷涂工艺：
铝镁合金丝材(牌号5A03)，喷涂线速度200mm/s，搭道10mm，电压25～28V，喷涂电流90A，距离220mm，气压0.3Mpa，喷涂一道，喷枪倾斜45度角喷涂。
喷涂过程中，工件温度控制在室温-100℃范围内。
(4)喷涂完成后，干燥压缩空气吹扫工件表面灰尘，冷至室温后包装防潮。
实施例4：作为对照，采用传统方法制备了铝涂层试样
(1)采用30wt.％氢氧化钠溶液浸泡去除使用后的铝涂层。
(2)采用16目白刚玉砂，在压缩空气压力0.5MPa下进行表面喷砂处理，喷砂后压缩空气吹扫工件表面灰尘，喷砂后表面粗糙度Ra8.9μm。
(3)采用电弧喷涂设备通过机械手程控进行铝涂层的制备，结合强度测试试样尺寸
平面度测试试样尺寸250mm×100mm×2mm，涂层厚度测试试样尺寸15mm×10mm×2mm，涂层粗糙度Ra25.8μm，涂层总厚度165.1μm。具体喷涂工艺如下：
铝涂层喷涂工艺：
铝丝材(铝含量＞99.7wt.％)，喷涂线速度100mm/s，搭道10mm，电压35～38V，喷涂电流140A，距离220mm，气压0.3Mpa，喷涂一道，喷枪倾斜45度角喷涂。
喷涂过程中，工件温度控制在室温-100℃范围内。
(4)喷涂完成后，干燥压缩空气吹扫工件表面灰尘，冷至室温后包装防潮。
测试结果：采用CSS-44100万能实验机参照国家标准GB/T 8642测试了涂层结合强度，采用SJ-210三丰粗糙度仪参照国家标准GB/T 13288.4测量了涂层粗糙度，采用百分表参照国家标准GB/T 11337测量了平面度，采用DM2700M金相显微镜参照航空行业标准HB20195测量了涂层厚度，见表1。
表1实施例1～4制得的溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层的性能测试结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对防护罩基材进行表面喷砂处理；
在所述表面喷砂处理后的基材的表面依次热喷涂打底层涂层和面层涂层，得到所述溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层，所述打底层涂层的粗糙度为Ra6～14μm，所述面层涂层的粗糙度为Ra15～35μm，所述打底层涂层和面层涂层的材质独立地为纯铝、纯铜、铝合金或铜合金。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面喷砂处理使用白刚玉或棕刚玉砂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述白刚玉和棕刚玉砂的粒径独立地为46～200目。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述表面喷砂处理的压缩空气的压力为0.3～1.0MPa。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述表面喷砂处理后的基材的粗糙度为Ra2～5μm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热喷涂过程中，所述表面喷砂处理后的基材的温度控制范围为室温～100℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述防护罩基材进行表面喷砂处理前还包括去除旧涂层，所述去除旧涂层为喷砂、打磨或采用氢氧化钠溶液浸泡，所述氢氧化钠溶液的浓度为5～52wt.％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述防护罩基材的厚度为1～3mm。
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制得的溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层，其特征在于，包括依次层叠的打底层涂层和面层涂层，所述打底层涂层的粗糙度为Ra6～14μm，所述面层涂层的粗糙度为Ra15～35μm，所述打底层涂层和面层涂层的材质独立地为纯铝、纯铜、铝合金或铜合金。
10.根据权利要求9所述的溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层，其特征在于，所述溅射镀膜机薄壁防护罩用高粗糙度防护涂层的厚度为150～250μm。
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