專利名稱：鐵基合金表面鍍膜方法及由該方法其制得的鍍膜件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵基合金表面鍍膜方法及由該方法制得的鍍膜件。
背景技術(shù)：
鐵基合金(比如模具鋼)在高溫下使用時，表面很容易被氧化，高溫形成的不均勻氧化層不僅會降低產(chǎn)品的表面質(zhì)量，而且鐵基合金在重復(fù)使用的過程中，形成的氧化皮膜易剝落，暴露的基體在高溫下將會繼續(xù)被腐蝕，降低了鐵基合金的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種鐵基合金表面鍍膜方法，使鐵基合金表面具有較好的高溫抗氧化性。 另外，還有必要提供一種上述鍍膜方法制得的鍍膜件。一種鐵基合金表面鍍膜方法，包括以下步驟
提供鐵基合金基體；
于基體上濺鍍鉻金屬層；
于鉻金屬層上蒸鍍二氧化娃層；
于二氧化硅層上蒸鍍氧化鋁層；
于氧化鋁層上蒸鍍氮化硼層。一種鍍膜件，包括鐵基合金基體，該鍍膜件還包形成于基體上的鉻金屬層、形成于鉻金屬層上的二氧化硅層、形成于二氧化硅層的氧化鋁層以及形成于氧化鋁層上的氮化硼層。上述鍍膜件采用鉻金屬層做打底層，增加了整個膜層與鐵基合金基體的結(jié)合力。二氧化硅層及氧化鋁層熔點高，具有很好的致密性，可以阻止氧氣滲入，保護基體高溫下不被氧化。氮化硼層具有較好的潤滑性，當(dāng)鍍膜件用于模具時，可以提高基體表面的流動性，易于脫模。


圖I為本發(fā)明較佳實施例的鍍膜件的剖視示意圖。圖2為本發(fā)明較佳實施例的鐵基合金表面鍍膜方法中所用濺射設(shè)備的示意圖。圖3為本發(fā)明較佳實施例的鐵基合金表面鍍膜方法中所用蒸鍍設(shè)備的示意圖。主要元件符號說明
Wmit^ |ι~
SW~~
鉻金屬層_13
二氧化硅層^~
氧化鋁層 TF 氮化硼層 16 減射設(shè)備_30^真空室
真空泵32
氣源通道33
轉(zhuǎn)架_35
鉻靶36
蒸發(fā)電源39
蒸鍍設(shè)備40 鍍膜室41
支撐架43
蒸鍍靶材丨ゐ
如下具體實施方式

將結(jié)合上述附圖進ー步說明本發(fā)明。
具體實施例方式本發(fā)明ー較佳實施方式的鐵基合金表面鍍膜方法包括如下步驟
請參閱圖1，提供鐵基合金基體11，該基體11的材質(zhì)可以為刃具鋼、模具鋼、量具鋼及含鉻的不銹鋼等。對基體11進行去污清洗。該清洗步驟可將基體11放入盛裝有こ醇或丙酮溶液的超聲波清洗器中進行震動清洗，以除去基體11表面的雜質(zhì)和油污等，清洗完畢后烘干備用。請結(jié)合參閱圖2，提供ー濺射設(shè)備30，本實施例的濺射濺射設(shè)備30為磁控濺射鍍膜機。濺射設(shè)備30包括真空室31、用以對真空室31抽真空的真空泵32以及與真空室31相通的氣源通道33。該真空室31內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)架35、鉻靶36及用于控制所述濺射靶材的蒸發(fā)電源39。轉(zhuǎn)架35帶動基體11做圓周運行，且基體11在隨轉(zhuǎn)架35運行的同時也進行自轉(zhuǎn)。鍍膜時，濺射氣體與反應(yīng)氣體經(jīng)由氣源通道33進入真空室31。對基體11進行氬氣等離子體清洗，使基體11表面進ー步清潔，以提高后續(xù)鍍層的附著力。該等離子體清洗過程如下將基體11放入濺射設(shè)備30的真空室31內(nèi)，將真空室31抽真空至3X 10_5torr 5X 10_5torr，并保持該真空度不變；然后向真空室31內(nèi)通入流量為100 400sccm (標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分鐘)的氬氣(純度為99. 999%)，并施加-200 -300V的偏壓于基體11，對基體11表面進行氬氣等離子體清洗，清洗時間為3 20min。在基體11上濺射鉻金屬層13。調(diào)節(jié)氬氣流量為10(T300sccm，調(diào)節(jié)偏壓至-10(T-300V，將基體11溫度控制在20 200°C。采用直流磁控電源為蒸發(fā)電源，開啟鉻靶36，調(diào)節(jié)鉻靶36的功率為8 12kW，對基體11濺射5 20分鐘，以于基體11表面形成該鉻金屬層13。關(guān)閉鉻靶36，取出鍍覆有鉻金屬層13的基體11。在鉻金屬層13上蒸鍍ニ氧化硅層14。請ー并參閱圖3，提供一蒸鍍設(shè)備40，該蒸鍍設(shè)備40包括一鍍膜室41、位于鍍膜室41內(nèi)的支撐架43及與支撐架43相對設(shè)置的蒸鍍靶材45。支撐架43用于承載待鍍基體11，并帶動基體11做圓周運動。本實施例的蒸鍍設(shè)備40采用電子束轟擊的方式使蒸鍍靶材45加熱蒸發(fā)。將鍍覆有鉻金屬層13的基體11置于蒸鍍設(shè)備40的鍍膜室41中。對鍍膜室41抽真空至4X 10_5torr 6X 10_5torr，并保持該真空度不變；基體11溫度控制在100 200°C，向鍍膜室41內(nèi)通入流量為5 20SCCm的氧氣，以ニ氧化硅為蒸鍍靶材，調(diào)節(jié)電子束電流值為9(Tl20mA，以5 20nm/s的速度沉積該ニ氧化硅層14。沉積時間為10 30min。繼續(xù)用蒸鍍法在該ニ氧化硅層14上沉積ー層氧化鋁層15。以三氧化ニ鋁為蒸鍍靶材，基體11溫度控制在100 200°C，調(diào)節(jié)電子束電流值為70 100mA，控制氧氣流量為15 30sccm,以5 20nm/s的速度沉積該氧化招層15。沉積時間為10 20min。繼續(xù)用蒸鍍法在該氧化鋁層15上沉積ー層氮化硼層16。停止向鍍膜室41通入氧氣，改為通入流量為15 30sccm的氮氣，以氮化硼為蒸鍍祀材，基體11溫度控制在100 200°C，調(diào)節(jié)電子束電流值為60 90mA，以O(shè). 5 2. 5nm/s的速度沉積該氮化硼層16。沉積時間為10 30min。由此獲得以鐵基合金為基材的鍍膜件10。待冷卻后，取出鍛I旲件10。請再參閱圖1，由上述鐵基合金表面鍍膜方法制得的鍍膜件10包括基體11、形成于基體11上的鉻金屬層13、形成于鉻金屬層13上的ニ氧化娃層14、形成于該ニ氧化娃層 14上的氧化鋁層15以及形成形成于氧化鋁層15上的氮化硼層16。該基體11的材質(zhì)可以為刃具鋼、模具鋼、量具鋼及含鉻的不銹鋼等。該鉻金屬層13的厚度大約為2(T80nm。該ニ氧化硅層14的厚度大約為3 10 μ m。該氧化招層15的厚度大約為3 5 μ m。氮化硼層16的厚度大約為600ηηΓ3 μ m。上述鍍膜件10采用鉻金屬層13做打底層，増加了整個膜層與鐵基合金基體的結(jié)合力。ニ氧化硅層14及氧化鋁層15熔點高，具有很好的致密性，可以阻止氧氣滲入，保護基體11高溫下不被氧化。氮化硼層16具有較好的潤滑性，當(dāng)鍍膜件用于模具時，可以提高基體表面的流動性，易于脫摸。上述鐵基合金表面鍍膜方法采用濺鍍的方法沉積該與基體11直接結(jié)合的鉻金屬層13，使鉻金屬層13具有較好的結(jié)合力；而ニ氧化硅層14、氧化鋁層15及氮化硼層16則采用蒸鍍的方式沉積，且在沉積ニ氧化硅層14和氧化鋁層過程中通入氧氣，在沉積氮化硼層16過程通入氮氣，以補充沉積過程中缺失的少量氧原子和氮原子，保證沉積的膜層為符合標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)配比的化合物組成。下面通過實施例來對本發(fā)明進行具體說明。實施例I
本實施例所使用的基體11的材質(zhì)為S316型號模具鋼，濺射設(shè)備30的真空室31的真空度為3X 10_5torr，蒸鍍設(shè)備40的鍍膜室41的真空度為5X 10_5torr。等離子體清洗氬氣流量為300sccm，基體11的偏壓為-300V，等離子體清洗時間為 5min。濺鍍鉻金屬層13 :鉻靶36的功率為8kW，氬氣流量為150sCCm，基體11的偏壓為-150V，基體11溫度為30°C，濺射時間為6min ;該鉻金屬層13的厚度為25nm。蒸鍍ニ氧化硅層14 :電子束電流值為90mA，氧氣流量為5sCCm，基體11的溫度為120°C，沉積速率為5nm/s，沉積時間為IOmin ;該ニ氧化硅層14的厚度為3 μ m。蒸鍍氧化鋁層15 :電子束電流值為70mA，氧氣流量為15sCCm，基體11的溫度為120°C，沉積速率為5nm/s，沉積時間為IOmin ;該氧化鋁層15的厚度為3 μ m。蒸鍍氮化硼層16 :電子束電流值為65mA，氮氣流量為16sCCm，基體11的溫度為180°C，沉積速率為O. 5nm/s，鍍膜時間為20min ;該氮化硼層16的厚度為600nm。實施例2
本實施例所使用的基體11為模具，其材質(zhì)為Hll型號模具鋼，濺射設(shè)備30的真空室31的真空度為3X 10_5torr，蒸鍍設(shè)備40的鍍膜室41的真空度為5X 10_5torr。等離子體清洗氬氣流量為300sccm，基體11的偏壓為-300V，等離子體清洗時間為 5min。濺鍍鉻金屬層13 :鉻靶36的功率為10kW，氬氣流量為150sCCm，基體11的偏壓為-150V，基體11溫度為120°C，濺射時間為IOmin ;該鉻金屬層13的厚度為50nm。蒸鍍ニ氧化硅層14 電子束電流值為110mA，氧氣流量為lOsccm，基體11的溫度為120°C，沉積速率為lOnm/s，沉積時間為15min ;該ニ氧化硅層14的厚度為9 μ m。蒸鍍氧化鋁層15 :電子束電流值為85mA，氧氣流量為20sCCm，基體11的溫度為120°C，沉積速率為6nm/s，沉積時間為12min ;該氧化鋁層15的厚度為4. 3 μ m。
蒸鍍氮化硼層16 :電子束電流值為80mA，氮氣流量為25sCCm，基體11的溫度為180°C，沉積速率為I. Onm/s，鍍膜時間為30min ;該氮化硼層16的厚度為I. 8μπι。實施例3
本實施例所使用的基體11的材質(zhì)為Ρ20型號模具鋼，濺射設(shè)備30的真空室31的真空度為3Χ 10_5torr，蒸鍍設(shè)備40的鍍膜室41的真空度為5X 10_5tOrr。等離子體清洗氬氣流量為300SCCm，基體11的偏壓為-300V，等離子體清洗時間為 5min。濺鍍鉻金屬層13 :鉻靶36的功率為12kW，氬氣流量為150sCCm，基體11的偏壓為-150V，基體11溫度為120°C，濺射時間為15min ;該鉻金屬層13的厚度為78nm。蒸鍍ニ氧化硅層14 電子束電流值為118mA，氧氣流量為19sCCm，基體11的溫度為120°C，沉積速率為16nm/s，沉積時間為IOmin ;該ニ氧化硅層14的厚度為9. 6 μ m。蒸鍍氧化鋁層15 :電子束電流值為85mA，氧氣流量為20sCCm，基體11的溫度為120°C，沉積速率為8nm/s，沉積時間為IOmin ;該氧化鋁層15的厚度為4. 8 μ m。蒸鍍氮化硼層16 :電子束電流值為80mA，氮氣流量為25sCCm，基體11的溫度為180°C，沉積速率為2nm/s，鍍膜時間為15min ;該氮化硼層16的厚度為I. 8μπι。對實施例1-3制備的鍍膜件10進行高溫抗氧化實驗。實驗條件如下在空氣氣氛下，將鍍膜件10樣品放置在高溫爐內(nèi)，將高溫爐內(nèi)的溫度升溫到800°C，保溫I小時后取出觀察，樣品表面沒有出現(xiàn)膜層的開裂、氧化、脫落等現(xiàn)象，說明本發(fā)明的鍍膜件10高溫抗氧化性能良好。
權(quán)利要求
1.一種鐵基合金表面鍍膜方法，包括以下步驟 提供鐵基合金基體； 于基體上濺鍍鉻金屬層； 于鉻金屬層上蒸鍍二氧化娃層； 于二氧化硅層上蒸鍍氧化鋁層； 于氧化鋁層上蒸鍍氮化硼層。
2.如權(quán)利要求I所述的鐵基合金表面鍍膜方法，其特征在于濺射所述鉻金屬層的步驟采用如下方式實現(xiàn)采用磁控濺射法，使用鉻靶，鉻靶的功率為8 12kw，以氬氣為濺射氣體，氬氣流量為100 300sccm，對基體施加偏壓為-100 -300V，基體的溫度為20 200°C，鍍膜時間為5 20min。
3.如權(quán)利要求I所述的鐵基合金表面鍍膜方法，其特征在于蒸鍍所述二氧化硅層的步驟采用如下方式實現(xiàn)工藝條件為使用二氧化硅為蒸鍍靶材，用電子束加熱，電子束電流為9(Tl20mA，通入流量為5 20sccm的氧氣，沉積速率為5 20nm/s，基體的溫度為100 200°C，沉積時間為10 30min。
4.如權(quán)利要求I所述的鐵基合金表面鍍膜方法，其特征在于蒸鍍所述氧化鋁層的步驟采用如下方式實現(xiàn)工藝條件為使用三氧化二鋁為蒸鍍靶材，用電子束加熱，電子束電流為7(Tl00mA，通入流量為15 30sccm的氧氣，沉積速率為5 20nm/s，基體的溫度為100 200°C，沉積時間為10 20min。
5.如權(quán)利要求I所述的鐵基合金表面鍍膜方法，其特征在于蒸鍍所述氮化硼層的步驟采用如下方式實現(xiàn)工藝條件為使用氮化硼為蒸鍍靶材，用電子束加熱，電子束電流為6(T90mA，基體的溫度為20 200°C，沉積速度為O. 5 2. 5nm/s，沉積時間為10 30min。
6.如權(quán)利要求I所述的鐵基合金表面鍍膜方法，其特征在于該鐵基合金表面鍍膜方法還包括在濺射所述鉻金屬層的步驟之前，對基體進行氬氣等離子體清洗。
7.如權(quán)利要求I所述的鐵基合金表面鍍膜方法，其特征在于該基體的材質(zhì)為刃具鋼、模具鋼、量具鋼及含鉻的不銹鋼中的一種。
8.一種鍍膜件，包括鐵基合金基體，其特征在于該鍍膜件還包形成于基體上的鉻金屬層、形成于鉻金屬層上的二氧化硅層、形成于二氧化硅層的氧化鋁層以及形成于氧化鋁層上的氮化硼層。
9.如權(quán)利要求8所述的鍍膜件，其特征在于該鉻金屬層的厚度為2(T80nm，該二氧化硅層的厚度為3 ΙΟμπι，該氧化鋁層的厚度為3 5μπι，該氮化硼層的厚度為600nm 3 μ m。
10.如權(quán)利要求8所述的鍍膜件，其特征在于所述鉻金屬層通過磁控濺射方法形成，所述二氧化硅層、氧化鋁層及氮化硼層均通過蒸鍍方法形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鐵基合金表面鍍膜方法，包括以下步驟提供鐵基合金基體；于基體上濺鍍鉻金屬層；于鉻金屬層上蒸鍍二氧化硅層；于二氧化硅層上蒸鍍氧化鋁層；于氧化鋁層上蒸鍍氮化硼層。本發(fā)明還提供一種由上述被方法制得的鍍膜件。本發(fā)明的鍍膜件具有較好高溫抗氧化性能。
文檔編號B32B9/04GK102758182SQ201110106348
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者張新倍, 王瑩瑩, 蔣煥梧, 陳文榮, 陳正士 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司