一種在銅合金表面獲得高硬度、高耐磨性梯度層的改性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改性方法，具體涉及一種在銅合金表面獲得高硬度、高耐磨性梯度層的改性方法，屬于銅合金表面改性領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]銅合金具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能兼具良好的機(jī)械性能，因而被廣泛的應(yīng)用于電子、汽車、船舶、航空、航天等工程技術(shù)領(lǐng)域。但是銅合金存在硬度低、強(qiáng)度低、耐磨性較差等缺點(diǎn)，使其在在摩擦領(lǐng)域應(yīng)用范圍受到限制。應(yīng)用表面改性技術(shù)可以在不同材料表面制備出多種具有優(yōu)異性能的功能性膜層。目前銅合金表面改性技術(shù)包括:離子注入、激光改性、熱噴涂、磁控濺射鍍膜等。經(jīng)上述表面改性處理后銅合金表面硬度和耐磨性得到了一定提高，但是仍存在一些問(wèn)題制約表面改性技術(shù)在銅合金制件上的應(yīng)用。離子注入層較薄，厚度一般不超過(guò)I μ m，無(wú)法使銅合金制件摩擦磨損性能得到有效提高。激光表面改性裂紋問(wèn)題，銅合金良好的導(dǎo)熱性及對(duì)激光低的吸收率導(dǎo)致銅合金表面激光改性成為難點(diǎn)。銅合金表面熱噴涂或者表面濺射鍍硬質(zhì)薄膜，膜層與銅基體線膨脹系數(shù)相差極大，在界面處存在較大應(yīng)力，與基體的結(jié)合強(qiáng)度較低，涂層易脫落。因此，銅合金表面獲得高硬度、超高耐磨層，尚難實(shí)現(xiàn)。
[0003]梯度膜層的設(shè)計(jì)與制備是解決銅合金表面硬度低、耐磨性及膜層與基體之間結(jié)合力差的有效途徑。銅合金表面制備梯度膜層的技術(shù)要求為膜層與銅合金基體實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，并且所制備銅合金耐磨層表面硬度高、截面硬度呈梯度分布。硬質(zhì)薄膜在工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的是T1-N薄膜，其硬度值范圍很廣，能有效提高摩擦磨損性能及制件的壽命。另外，Cu與Ti之間能實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。因此，將鍍CuxTiu x)膜與等離子體滲氮技術(shù)相結(jié)合，以期在銅合金表面獲得高硬度、超高耐磨性梯度改性層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決銅合金表面硬度低、耐磨性差、與基本之間結(jié)合力差的問(wèn)題，進(jìn)而提出一種在銅合金表面獲得高硬度、高耐磨性梯度層的改性方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明的具體步驟如下:
[0006]步驟一、采用非平衡磁控濺射鍍膜對(duì)銅合金表面進(jìn)行鍍CuxTiu x)膜；
[0007]步驟二、對(duì)鍍膜后的銅合金表面進(jìn)行等離子體滲氮處理。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明解決了銅合金基體與高硬度膜層之間結(jié)合力不足的問(wèn)題。表面硬度相比于未處理銅合金基體大幅提高，最高達(dá)到1000HVaM。改性層具有優(yōu)良的耐磨性，磨損率相比未處理銅合金降低了 90%以上。改善了現(xiàn)有技術(shù)中銅合金表面硬度、耐磨性較差等問(wèn)題。有效提高銅合金的服役壽命與穩(wěn)定性，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1a是6.3μπι Ti膜/C17200鈹青銅滲氮4h截面硬度分布曲線圖，圖1b是6.3 μπιTi膜/C17200鈹青銅滲氮4h基體與改性層磨損率對(duì)比結(jié)果圖，圖2a是6.3 μπι Ti膜/C61900鋁青銅擴(kuò)散滲氮4h截面硬度分布曲線圖，圖2b是6.3 μπι Ti膜/C61900鋁青銅擴(kuò)散滲氮4h基體與改性層磨損率對(duì)比結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種在銅合金表面獲得高硬度、高耐磨性梯度層的改性方法是通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0011]步驟一、采用非平衡磁控濺射鍍膜對(duì)銅合金表面進(jìn)行鍍CuxTiu x)膜；
[0012]步驟二、對(duì)鍍膜后的銅合金表面進(jìn)行等離子體滲氮處理。
[0013]本實(shí)施方式的步驟一還可以采用濺射鍍膜、離子鍍膜、氣相沉積等技術(shù)對(duì)銅合金表面進(jìn)行鍍膜；步驟二中對(duì)鍍膜后的銅合金表面還可以采用等離子體滲碳、滲氧、滲金屬等方法進(jìn)行處理。
[0014]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種在銅合金表面獲得高硬度、高耐磨性梯度層的改性方法的步驟一的具體操作過(guò)程如下:
[0015]步驟A、將銅合金表面拋光，然后在銅合金表面鍍CuxTiu ^膜，其中O < x〈l ;
[0016]步驟B、膜層成分由濺射靶的功率調(diào)控；
[0017]步驟C、膜層厚度由濺射時(shí)間調(diào)控；
[0018]步驟D、使用氬氣作為非平衡磁控濺射方法的濺射氣體。
[0019]其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0020]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種在銅合金表面獲得高硬度、高耐磨性梯度層的改性方法的步驟B中Cu靶功率為O?lkW，Ti靶功率為0.5?3kW。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】二相同。
[0021]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種在銅合金表面獲得高硬度、高耐磨性梯度層的改性方法的步驟C中調(diào)控時(shí)間為2_8h。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】二相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種在銅合金表面獲得高硬度、高耐磨性梯度層的改性方法的步驟D中氬氣的分壓為3.7 X 10 2Torr,磁控管電壓為400V，基底偏壓為70V，鍍膜過(guò)程中真空室溫度為20?200°C。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】二相同。
[0023]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種在銅合金表面獲得高硬度、高耐磨性梯度層的改性方法的步驟二中使用氣氛為氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，等離子體滲氮溫度為600?800°C，保溫時(shí)間為0.5?4h，流量分別為0.lL/min、0?0.3L/min。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】七:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種在銅合金表面獲得高硬度、高耐磨性梯度層的改性方法的步驟二中銅合金滲氮結(jié)束后在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下，從滲氮溫度隨爐冷卻至室溫，避免表面氧化。其它組成及連接關(guān)系與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0025]實(shí)施例一:
[0026]步驟一、C17200鈹青銅經(jīng)790°C固溶處理15min后，水淬，線切割加工成5mm的薄片，砂紙打磨、拋光至鏡面，用丙酮洗凈，冷風(fēng)干燥；
[0027]步驟二、將步驟一得到的銅合金試樣放入非平衡磁控濺射設(shè)備，Cu靶功率為OkW，Ti靶功率為2.8kW，沉積時(shí)間為5h，得到6.3 μ m Ti膜;
[0028]步驟三、將步驟二得到的銅合金試樣放入脈沖等離子體多元共滲爐中，空心陰極輔助升溫至650±5°C，爐中氣氛流量分別為氫氣0.lL/min、氮?dú)?.lL/min，保溫時(shí)間為4h后冷卻至室溫；
[0029]步驟四、對(duì)改性層進(jìn)行顯微硬度測(cè)試及摩擦磨損性能測(cè)試，硬度測(cè)試條件:采用HV-1000型維氏顯微硬度計(jì)，載荷為10g，加載時(shí)間為15s，摩擦磨損性能測(cè)試條件為:采用Pin-On-Disk-1-AUTO型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，對(duì)磨球?yàn)橹睆?mm WC球，試驗(yàn)在干摩擦條件下進(jìn)行，正壓力4N，轉(zhuǎn)速為200r/min，試驗(yàn)時(shí)間為1800s。
[0030]本實(shí)施例的改性層表面硬度達(dá)到982.68HVaQ1，磨損率降低了 96.28%，耐磨性得到大幅度提尚
[0031]實(shí)施例二:
[0032]步驟一、C17200鈹青銅經(jīng)790°C固溶處理15min后，水淬，線切割加工成5mm的薄片，砂紙打磨、拋光至鏡面，用丙酮洗凈，冷風(fēng)干燥；
[0033]步驟二、將步驟一得到的銅合金試樣放入非平衡磁控濺射設(shè)備，Cu靶功率為OkW，Ti靶功率為2.8kW，沉積時(shí)間為5h，得到6.3