專利名稱：黃銅件真空離子鍍替代電鍍方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到真空離子鍍技術和電鍍技術，屬于物理氣相沉積領域。
背景技術：
在現(xiàn)有技術中，黃銅材料由于其加工性好，精度和表面光潔度容易得到保證，所以，在離子鍍技術和電鍍技術中，黃銅件應用特別廣泛，尤其在潔具、手表、五金行業(yè)等，成為不可缺少的材料。但由于黃銅件在服役中耐蝕性較差，因此，必須對其表面進行電鍍處理，通常采用的工藝是，第一步，對黃銅件加工成型、拋光，然后超聲波清洗；第二步，在黃銅件電鍍鈀-鎳(Pa-Ni)合金或鎳作為中間層，最后將其電鍍鉻(Cr)或離子鍍鉻，制備成成品，或者在清洗電鍍鈀-鎳合金或電鍍鎳，再進行離子鍍氮化鈦(金黃色)再進行鍍鎳，最后進行離子鍍金(An)制備成成品。
現(xiàn)有技術的這種工藝方法，存在有以下不足①在電鍍過程的廢液、廢氣和廢物(統(tǒng)稱為三廢)排放對環(huán)境造成污染，同時治理時投資大，難治理，②由于電鍍液中，其含有六價的鉻，對人體有害，是致癌物質，③電鍍層有鎳，易引起皮膚紅腫，引發(fā)皮膚癌，尤其是手表行業(yè)更為突出。
目前，因為鍍層含有鎳元素的手表件已禁止出口，直接影響國民經(jīng)濟的收入。黃銅是銅-鋅(Cu-Zn)合金，其中，鋅元素易揮發(fā)，若用一般磁控濺射技術，電弧離子鍍技術及工件加上直流負偏壓技術，也難在黃銅件表面離子鍍附著性好，鋅又不揮發(fā)的金屬鍍膜。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的和任務是要克服已有技術存在的①電鍍對環(huán)境污染，治理難度大，投資大，②電鍍層中含有鎳，對人體有害，易引起皮膚癌，③黃銅件用量大而又必須電鍍的不足，并向社會提供一種具有附著性好，鍍層又不含有鎳，對人體無害無污染、工藝簡單的黃銅件真空離子鍍替代電鍍方法特提出本發(fā)明技術解決方案。
本發(fā)明的基本構思是，在一個真空室內采用“脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍技術”、“脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍技術”、“脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍技術”及在工件和爐體之間加一個脈沖負偏壓電源，通過變換工藝參數(shù)來完成“黃銅件離子鍍替代電鍍方法”的技術；在黃銅件表面用離子鍍一層純金屬或其合金如Ti、Zr、Al、Ti-Al鍍膜，然后，在該膜上再鍍一層氮化物如TiN、ZrN、AlN、(TiAl)N作為中間層，充分發(fā)揮氮化物致密性好、耐蝕性好的特點，從而替代電鍍Ni膜，最后再離子鍍Cr，呈銀白色、離子鍍TiN、ZrN呈金黃色的工件表面。
本發(fā)明所提出的黃銅件真空離子鍍替代電鍍方法，包括黃銅工件、拋光、清洗、烘烤、在爐體的真空室[9]內，設有脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]、脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]、電弧靶材其材料是鈦或鋯或鉻、脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]、加熱裝置[4]、工件臺上的黃銅工作[3]、脈沖負偏壓電源[5]和磁控靶材[8](材料是鈦或鋯或鋁或鉻)和雙靶[7]材料是鈦或鋯，其特征在于在黃銅件[3]與真空室[9]之間，加有脈沖負偏壓，其占空比為10-30％，電壓為100-2000V，頻率為40KHZ；替代電鍍鎳的離子鍍中間層，是在純金屬鈦及其合金，或鋯及其合金上，還鍍有氮化鈦或氮化鋯，并在離子鍍的中間層與黃銅件之間有1-2μm的過渡層；其方法的工藝步驟是第一步，按常規(guī)技術，將黃銅件進行拋光、超聲波清洗、裝爐；第二步，將爐體真空室[9]抽真空、烘烤、濺射清洗其真空度為5×10-3Pa，烘烤溫度小于80℃，時間為10min，烘烤后，通入氬氣，其真空度為1-5Pa，向黃銅件加上脈沖負偏壓，其占空比為10-30％，電壓由100V逐漸加大到2000V，時間為15min；第三步，在黃銅工件上制備出厚度為1.3-2.0μm的離子鍍中間層首先，啟動脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]，磁控靶材[8]材料為鈦或鋁或鉻，制備純金屬鈦及其合金或鋯及其鋯合金，工作電壓為350-400V，工作電流為5-6A，非平衡磁場電流為20A，真空度為(5-3)×10-1Pa，同時，工件要施加脈沖負偏壓電源[5]，占空比為10-30％，電壓由100V逐漸加大到1500V，時間為10-15min，關閉脈沖偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]；其次，開動脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子渡裝置[2]弧源靶材為鈦或鋯或鉻，制備氮化鈦或氮化鋯，通入氮氣，其真空度應保持在(5-2.5)×10-1Pa，工作電壓24V，工作電流85-100A，黃銅件施加脈沖負偏壓電源[5]，其占空比為10-30％，電壓為100-200V，時間為30-50min，關閉脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]，或者開動脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]，通入氮氣，真空度保持為(5-2.5)×10-1Pa、雙靶[7]工作材料為鈦或鋯，其工作電壓為400-600V，雙靶的工作電流各為15A，頻率為40KHZ，工件施加脈沖負偏壓電源[5]，其占空比為10-30％，電壓為100-200V，時間為30-50min，制備氮化鈦或氮化鋯，關閉脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]；第四步，離子鍍鉻開動脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]弧源靶材為鉻，或開動脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]，磁控靶材[8]材料為鉻，停止送氮，通入氬氣，真空度應保持(5-2.5)×10-1Pa，工作電壓為24V，工作電流為85A，時間為10-20min。
第五步，停機，爐溫＜30℃取出工件，外觀檢查裝飾性(光亮、起朦)及測量膜厚、附著性和進行耐蝕性測試。
外觀檢查目測光亮、不起朦，掃描電鏡測量膜厚，1.5-2.3μm，耐蝕性和附著性好于電鍍鎳-鉻及黃銅件。
本發(fā)明的進一步的特征在于在黃銅件上制備離子鍍過渡層時，所施加的脈沖負偏壓電源[5]，采用梯度電壓施加法，即采用由100V×3min→400V×2min→900V×2min→1500V×2min→100V×4min，其占空比每段均為10-20％；在黃銅件制備離子鍍過渡層，采用脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]，或采用脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]，或采用脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]，與黃銅件所施加的脈沖負偏壓電源[5]采用的梯度電壓施加法，均能得到1-2μm的過濾層。
黃銅基材上的鍍膜，本身有以下的性能要求①附著性好；②耐蝕性好；③光亮不起朦，裝飾性好。在已有的物理氣相沉積技術中，不能解決這個問題。如磁控濺射技術，雖可在塑料、紙張、陶瓷上鍍制純金屬及合金膜，但在金屬基材上不能鍍制金屬膜，其附著性差；磁控濺射離子鍍技術，由于在工件上加有直流負偏壓，可在鋼鐵基材上沉積金屬膜，顆粒很細，但若在黃銅基材上沉積金屬膜時，黃銅合金中的鋅元素容易揮發(fā)，而弧離子鍍技術，雖然沉積速率快，鍍膜附著性好，但是膜的顆粒粗大，裝飾性差。
本發(fā)明技術，是采用了在工件上加脈沖負偏壓，所以黃銅中的鋅元素不易揮發(fā)，鍍膜與基材易形成過渡層，附著性好；本發(fā)明采用的“脈沖負偏壓非平衡磁控射離子鍍技術”，在黃銅基本材料上沉積其粒子能量高，沉積速度快，附著性好的純金屬及其合金膜，如Ti、Zr、Al、Cr、Ti-Al等金屬膜；本發(fā)明采用了“脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍技術”或“脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍技術”，在黃銅基材上已沉積純金屬及合金膜基礎上，再沉積氮化物鍍膜，如TiN、ZrN、AiN、(TiAl)N；在“脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍技術”中，所采用的靶，是一個雙靶，又稱孿生靶，雙靶互為陰、陽極，在靶表面不存在電荷積累，清除弧光放電，靶材表面也不能中毒，靶材尺寸很大，運行穩(wěn)定，可長時間工作，鍍膜顆粒細、不起朦、裝飾性好；本發(fā)明采用的“脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍技術”，可以在磁場的作用下，將粗顆粒的金屬粒子在沉積到黃銅基材表面前過濾掉，使鍍膜細化，光亮不起朦，裝飾性好，完成在黃銅基材上沉積Cr鍍膜，也可以沉積氮化物，如TiN、ZrN、AiN、(TiAl)N等。
在黃銅基材表面不能直接沉積氮化物鍍膜，因為其附著性不好，所以，必須在黃銅基材表面先鍍一層純金屬或合金膜后，才能鍍氮化物膜。
本發(fā)明利用了氮化物的致密性好，附著性好、耐蝕性好的特性，將黃銅基材先離子鍍純金屬及其合金膜，然后再鍍一層氮化物鍍膜，做為中間層，(或稱其為底膜)以替代電鍍鎳膜，最后，再離子鍍上鉻膜，完成了替代已有技術的電鍍。
本發(fā)明濺射清洗時真空度為1-5Pa，黃銅件加上脈沖負偏壓電源[5]，其占空比為10-30％，電壓由100V逐漸加大到2000V，時間為15min；當黃銅件表面有污物裝爐前清洗較差時，真空度5Pa。若黃銅件表面很潔凈，其真空度取1Pa；脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]靶材[8]是鈦或鋯或鋁或鉻，電參數(shù)工作電壓350-400V，工作電流為5-6A，工作時真空度(5-2.5)×10-1Pa，非平衡磁場電流為20A，工作要施加脈沖負偏壓電源[5]，占空比10-30％，電壓由100V逐漸加大到1500V，時間為3-4分，若為了得到在黃銅件與鍍膜之間有較寬過液層2μm時，真空度取5×10-1Pa，工作電流取6A，工作電壓取400V，工件施加脈沖負偏壓占空比取30％，電壓1500V時持續(xù)時間長(4min)。若過渡層厚度要求不厚時(1μm)真空度取2.5×10-1Pa工作電壓350V，工作電流為5A，脈沖負偏壓占空比為10％，電壓為1000V時間為3min。
脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子渡裝置[2]工作，真空度為(5-2.5)×10-1Pa，工作電壓24V，工作電流85-100A，黃銅件施加脈沖負偏壓電源[5]，占空比為10-30％，電壓為100-200V，真空度仍保持(5-2.5)×10-1Pa，若鍍制氮化鈦膜中間層，通入氮氣75格，真空度取2.5×10-1Pa，工作電壓為24V，工作電流85A，黃銅件施加脈負偏壓，占空比取10％、電壓100V；若鍍制氮化鋯膜中間層時，通入氮氣95格，真空度仍為取5×10-1Pa，工作電壓為24V，工作電流為110A，黃銅件施加脈負偏壓，占空比為30％、電壓200V。若鍍制鉻膜真空度取3×10-1Pa，工作電壓24V，工作電流為85A，脈沖負偏壓占空比為20％，電壓為150V。二者鍍制時間30-50min，為耐食性要求高時鍍制時間取50min，一般為30min。
脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]工作時通入氮氣75格真空仍保持(5-2.5)×10-1Pa，雙靶[7]工作，工作電壓400-600V，雙靶[7]工作電流各15A，頻率為40KHZ，時間為30-50min，若鍍氮化鈦中間層時，通入氮氣75格真空度仍為2.5×10-1Pa，工作電壓取400V，雙靶[7]材料為鈦工作電流各為15A，頻率為40KHZ，若鍍制氮化鋯中間層，通入氮氣95格真空度仍保持5×10-1Pa，雙靶[7]材料為鋯，工作電壓600V，工作電流各為15A，頻率為40KHZ；當耐蝕性要求高時鍍制時間取50min，一般取30min。
本發(fā)明的優(yōu)點是①由于在離子鍍中間層中，是用在純金屬鈦及其合金或鋯及其合金上，還鍍有氮化鈦或氮化鋯，替代電鍍鎳的離子鍍中間層，所以離子鍍膜的膜層中，沒有鎳元素，對人體無害，不會引起皮膚癌；②本發(fā)明是在真空條件下，在一個真空爐內一次完成，離子鍍中間層及鍍鉻的制備，沒有“三廢”排出，無須三廢治理，對環(huán)境無污染；③由于本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術電鍍鍍膜、磁控濺射鍍膜和電弧離子鍍鍍膜，均沒有過度層的不足，而在離子鍍膜與黃銅基材之間制備有1-2μm過渡層，所以結合強度高，附著性好，不產(chǎn)生“脫層”的問題；④本發(fā)明克服了已有技術中電鍍鍍膜的金相組織為柱狀品結構，孔隙率高，致密性差，耐蝕性差，鍍層厚度大的不足，使離子鍍膜的金相組織為粒狀品結構，這種結構無孔隙，致密性，耐蝕性強，其中1μm厚的離子鍍膜耐蝕性比10μm厚電鍍膜的耐蝕性還要好；⑤由于本發(fā)明工藝，在經(jīng)過離子鍍中間層后，鍍鉻或離子鍍氮化鈦(或離子鍍氮化鋯)，所以使產(chǎn)品呈現(xiàn)銀白色或呈現(xiàn)金黃色(或淡黃色)光亮不起朦，裝飾性好。


本發(fā)明共設6個附圖，圖1是本發(fā)明的工藝流程框圖示意圖；圖2本發(fā)明所采用的脈沖負偏壓多磁極混合源離子鍍膜設備原理結構示意圖；圖3是黃銅件與離子鍍膜之間過渡層厚度的電子探針測試結果；圖4是離子鍍膜厚度的掃描電鏡測量結構；圖5是離子鍍膜與電鍍Ni-Cr膜的附著性相對比較劃痕曲線圖；圖6是本發(fā)明的黃銅件離子鍍膜、電鍍Ni-Cr膜、黃銅件耐蝕性陽極極化曲線的測試結果現(xiàn)分別說明如下圖1是本發(fā)明的工藝流程框圖示意中顯示，黃銅加工成型經(jīng)拋光[11]、超聲波清洗[12]、裝爐抽真空[13]、烘烤[14]、濺射清洗[15]、離子鍍中間層[16]、之后或經(jīng)離子鍍鉻[17]后制備為成品[19]，或經(jīng)離子鍍氮化鈦(或經(jīng)離子鍍氮化鋯)[18]后制備為成品[19]。圖中的箭頭方向，為工藝流程所指方向。
圖2是本發(fā)明所采用的脈沖負偏壓多磁極混合源離子鍍膜設備原理結構示意中顯示，爐體真空室[9]內，在其上方裝有“脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置”[1]，用虛線框表示，在其側面還分別裝有“脈沖負偏壓中頻磁控反應濺射離子鍍裝置”[6]，用點劃線框表示，“脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置”[2]用雙點劃線框表示，弧源靶材鈦或鋯或鉻，在下面設有加熱器[4]，在中部放置工件[3]的工作臺，工件與爐體真空室之間加有脈沖負偏壓電源[5]，符號[7]是孿生靶(對稱雙靶)材料為鈦或鋯、符號[8]是磁控靶材材料為鈦或鋯或鋁或鉻，符號N-S-N和NS是磁極。
圖3是黃銅件與離子鍍膜之間過渡層厚度的電子探針測試結果圖中的縱座標為強度，橫座標為過渡層厚度，單位為mm，該圖是放大1倍后的電子探針測試結果。
圖中顯示，黃銅件與離子鍍膜之間過渡層的厚度[21]為2μm，即0.002μm，鈦的膜層厚度[22]為1μm左右，即0.001μm，圖中三條曲線自上而下，分別為Cu、Zn和Ti，隨過渡層的加深沒有變化。
圖4是離子鍍膜的厚度掃描電鏡測量結果圖中顯示，在黃銅基材的表面，有一層離子鍍膜(白色區(qū))，其雙向箭頭之間所表示的長度，即為離子鍍膜的厚度，其厚度數(shù)字是放大10000倍后的鍍膜尺寸大小，該圖的試樣編號300#-1。
圖5是本發(fā)明離子鍍膜與電鍍Ti-Cr膜的附著性相對比較劃痕曲線的縱座標是水平方向的載荷，用Fy表示，單位gf，橫座標是垂直方向載荷，用FZ表示，單位gf，LC表示臨界載荷，它表示膜剛破壞時所加的載荷，LC值越大表明其附著性越好。
其中圖5-a，是電鍍膜的劃痕曲線，LC為1100gf而圖5-b，是離子鍍膜的劃痕曲線，LC為1500gf，比較后表明離子鍍膜的附著性好于電鍍膜。
圖6是本發(fā)明的黃銅件離子鍍膜、電鍍Ti-Cr膜和黃銅件耐蝕性陽極極化曲線的測試結果。
圖6-a其橫座標是腐蝕電流密度，單位mA/cm2，縱座標是腐蝕電位，單位是E。圖的400#、300#、100#、500#、200#為本發(fā)明不同工藝下的離子鍍膜試樣編號，而0000#為黃銅件試樣，其腐蝕電位分別為0000#的腐蝕電位E是-0.255V，100#是-0.279V，200#是-0.2735V，300#是-0.2455V，400#是-0.298V，500#是-0.259V，從中看出由陽極極化曲線的比較，可以得出陽極性能穩(wěn)定的次序依次為400#＞300#＞500#＞200#＞100#＞0000#。
圖6-b中的2000#、1000#、3000#、800均為本發(fā)明的不同工藝下的離子鍍試樣的編號，而0000#為黃銅件試樣，4000#為電鍍Ni-Cr試樣。其中，2000#腐蝕電位E是-0.2460V，1000#試樣腐蝕電流為-0.2575，3000#腐蝕電位是-0.312V，800#試樣腐蝕電流是-0.2815V，0000#試樣的腐蝕電流是-0.255V，4000#試樣腐蝕電流是-0.2885V。
圖中顯示，腐蝕電位的比較可以得出陽極性能穩(wěn)定的次序依次為2000#＞1000#＞3000#＞800#＞4000#＞0000#。
具體實施例方式
實施例1×××自來水公司，生產(chǎn)龍頭(水閥門)采用黃銅件，用已有的技術進行電鍍處理，工藝為黃銅件加工成型，拋光，超波清洗，電鍍鎳，電鍍鉻而成，使用中發(fā)現(xiàn)黃銅件表面電鍍層易脫落，耐蝕性差?，F(xiàn)改為本發(fā)明用真空離子鍍技術，要求工件表面離子鍍鉻，離子膜厚度不少于2.0μm，水龍頭表面呈銀白色，具體按如下步驟實施；第一步，采用常規(guī)技術將已加工成型黃銅水龍頭拋光、然后用超聲波清洗，烘干脫水裝爐。
第二步，將爐體真空室[9]抽真空、烘烤、濺射清洗工作的真空度要求為5×10-1Pa，烘烤溫度＜80℃，時間為10min，烘烤后，通入氬氣，其真空度為2Pa，再向黃銅水龍頭件加上脈沖負偏壓，占空比為10％，電壓由100V逐漸加到400V、900V、2000V，累積時間為15min。
第三步，在工件表面上制備出厚度為1.5μm的離子鍍中間層。
首先，啟動脈沖負偏壓非平衡磁探濺射離子鍍裝置[1]，采用的靶材[8]為鈦，制備純金屬鈦膜，工作電壓350V，電流為5A，非平衡磁場電流為20A，真空度為5×10-1Pa，同時要向工件施加脈沖負偏壓電源[5]，占空比為10％，電壓由100V逐漸加大到400V、900V、1500V、2000V，累積時間為15min，關閉脈沖負偏壓非平衡磁探濺射離子鍍裝置[1]。
其次，開動脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]，弧源靶材為鈦，制備氮化鈦，通入氮氣75格，真空度仍保持5×10-1Pa、工作電壓24V，工作電流85A，工件施加脈沖負偏壓電源[5]占空比為10％、電壓為100V，時間為30min，然后關閉脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]。
第四步，離子鍍鉻啟動脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]弧源靶材為鉻，停止送氮，通入氬氣，真空度保持5×10-1Pa、工作電壓為24V，工作電流為85A，工件脈沖負偏壓電源[5]，占空比30％，電壓200V，時間10min。
第五步，取出工件關大閥(又稱主閥)使真空室[9]與擴散泵抽氣系統(tǒng)隔開，真空室[9]由機械泵繼續(xù)抽真空，待爐溫降至30℃時，關低壓閥，開進氣閥(大氣)，打開爐門取出黃銅件。
第六步，質量檢測黃銅件離子鍍后表面裝飾性檢測，目測，呈銀白色，光亮，不起朦。用掃描電鏡測量鍍膜度為2.3μm，其中中間層厚度為2μm，用鹽霧腐蝕(5％NaCl水溶液)72小時測試耐蝕性，好于電鍍鎳-鉻及黃銅件檢測結果，合格。
實施例2×××鐘表有限公司，生產(chǎn)表殼，材料為黃銅，要求鍍膜的中間層，不含有鎳，表面金黃色，采用本發(fā)明技術制作，操作步驟如下第一步，同實施例1(在此略)第二步，將爐體真空室[9]抽真空、烘烤，濺射清洗真空室[9]抽真空，真空度為5×10-3Pa，烘烤溫度＜80℃，時間為10min，然后通入氬氣，真空度為3Pa，在表殼工件上加脈沖負偏壓[5]，由100V開始，逐步經(jīng)400V、900V、到1000V，占空比20％，累積時間為15min。
第三步，在表殼表面制作離子鍍膜過渡層。
首先，減少氬氣，真空度為4×10-1Pa，開動脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]靶材[8]為鋁，工作電壓為400V，電流為6A，工件施加脈沖負偏壓電源[5]，占空比為20％，電壓由100V逐步經(jīng)過400V、900V、1500V最后降至100V，累積時間為14min。關閉脈沖負偏壓非平衡濺射離子鍍裝置[1]。
第四步，開動脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]，雙靶[7]材料為鈦，制備氮化鈦鍍層，通入氮氣85格，真空度為2.5×10-1Pa，工作電壓450V，雙靶工作電流各為15A、工件施加脈沖負偏壓占空比20％，電壓為200V。累積時間40min、制備出離子鍍氮化鈦膜，關閉脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]。
第五步，取出工件關閉大閥(又稱主閥)，使真空室[9]與擴散泵抽氣系統(tǒng)隔開，真空室[9]由機械泵繼續(xù)抽真空，待爐溫降至30℃，關閉低壓閥，開進氣閥(大氣)，打開爐門，取出工件。
第六步，質量檢測黃銅表殼經(jīng)離子鍍氮化鈦檢查鍍膜表面裝飾性，目測呈金黃色，不起朦，用掃描電鏡測鍍膜厚度為1.5μm，其中中間層厚度為1-3μm，進行5％NaCl水溶液鹽霧試驗，72小時合格。達到要求，為合格產(chǎn)品。
實施例3×××浴池器件制造公司，用黃銅制的支架、托盤要求具有氮化鋯中間層，表面鍍鉻呈銀白色，鍍膜厚度為2.3μm，操作步驟如下第一步，同實施例1(以此略)第二步，爐體真空室[9]抽真空、烘烤、濺射清洗真空度為5×10-1Pa，烘烤溫度＜80℃，時間10min，通入氬氣真空度為5Pa，對黃銅件施加脈沖負偏壓[5]占空比為30％，電壓由100V逐漸加到400V、900V、1500V，時間為15min。
第三步，制備鋯及氮化鋯中間層首先，減少氮氣真空度為3×10-1Pa，開動脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]，弧源靶材為鋯，工作電壓為24V，工作電流為110A，工件施加的脈沖負偏壓[5]占空比10％、電壓為由100V逐步加大400V、最后降到100V，累積時間為15min，工件表面鍍制鋯膜。然后通入氮氣95格，真空度仍保持2.5×10-1Pa，在鋯膜基礎上制備氮化鋯、工件脈沖負偏壓，占空比10％，電壓100V，時間為50min，關閉脈沖負偏壓磁濾阱離子鍍裝置[2]。
第四步，制備離子鍍鉻膜停止氮氣，抽真空通入氬氣，真空度為2.5×10-1Pa，開動脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]，弧源靶材為鉻，工作電壓為24V，工作電流為85A，工件施加脈沖負偏壓[5]，占空比20％，電壓200V，時間10min，表面便形成離子鍍鉻膜。
關閉脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]。
第五步，取出工件關閉大閥(又稱主閥)，使真空室[9]與擴散泵抽氣系統(tǒng)隔開，真空室[9]由機械泵繼續(xù)抽真空，等爐溫降至30℃，關閉低壓閥，開進氣閥(大氣)，打開爐門，取出工件。
第六步，質量檢測黃銅制的支架、托盤經(jīng)離子鍍鉻膜，檢查鍍膜表面裝飾性，目測呈銀白色，不起朦。用掃描電鏡測鍍膜厚度為2.3μm，進行5％NaCl水溶液鹽霧試驗，72小時合格。達到要求。
實施例4×××鎖廠，生產(chǎn)各類型鎖頭及門鎖，采用黃銅制作，要求具有鋯及氮化鋯的中間層，表面鍍鉻呈銀白色，鍍膜厚度為＞1.8μm，操作步驟如下
第一步，同實施例1(在此略)第二步，爐體真空室[9]抽真空、烘烤、濺射清洗。
真空度為5×10-3Pa，烘烤溫度＜80℃，時間為10min，通入氬氣，真空度為1Pa，對黃銅件施加脈沖負偏壓[5]，占空比為15％，電壓由100V逐漸加到400V、900V、1800V，時間為15min。
第三步，制備鋯及氮化鋯中間層。
首先，減少氬氣真空度為5×10-1Pa，開動脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]，采用的靶材[8]為鋯，工作電壓350V，工作電流為5.5A，工件施加脈負偏壓[5]，占空比為30％，電壓由100V逐漸通過400V、900V達到1500V后降至100V，累積時間為12min，離子鍍鋯膜完成，關閉脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]。
然后，開動脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]，雙靶(又稱孿生靶)[7]材料為鋯，通入氮氣95格，真空保持5×10-1Pa，工作電壓600V，雙靶工作電流15A×15A，工件施加脈沖負偏壓電源[5]占空比30％，電壓100V，時間為20min。關閉脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]。
第四步，離子鍍鉻載動脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]，弧源靶材為鉻，真空度5×10-1Pa、工作電壓為24V，工作電流為85A，工件脈沖負偏壓電源[5]，占空比15％，電壓150V，時間10min，完成離子鍍鉻膜制備。
第五步，取出工件關大閥(又稱主閥)使真空室[9]與擴散泵抽氣系統(tǒng)隔開，真空室[9]由機械泵繼續(xù)抽真空，待爐溫降至30℃時，關低壓閥，開進氣閥(大氣)，打出爐門取出黃銅件。
第六步，質量檢測黃銅件鎖頭及門銷，經(jīng)離子鍍鋯—氮化鋯及離子鍍鉻后，檢查鍍膜表面裝飾性，，目測鍍膜表面呈銀白色，不起朦。用掃描電鏡測量鍍膜度為2.3μm，其中中間層厚度為2.0μm，進行5％NaCl水溶液鹽霧試驗72小時合格，達到要求。
實施例5×××合頁廠，生產(chǎn)各類型合頁，其材質為黃銅，要求表面離子鍍鉻呈銀白色，光亮，不起朦，鍍膜厚度2.3μm，操作步驟如下第一步，同實施例1(在此略)第二步，爐體真空室[9]抽真空、烘烤、濺射清洗真空度為5×10-3Pa，烘烤溫度＜80℃，時間為10min，通入氬氣，真空度為1Pa，對黃銅件施加脈沖負偏壓[5]，電壓由100V逐漸加到400V、900V、1800V，時間為15min。
第三步，制備鈦及氮化鈦中間層。
首先，減少氬氣真空度為5×10-1Pa，開動脈沖負偏中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]，雙靶[7]材料為鈦，制備純金屬鈦膜，工作電壓500V，雙靶工作電流為15A，工件施加脈負偏壓電源[5]，占空比為10％，電壓由100V逐漸通過400V、900V達到1500V后降至100V，累積時間為15min，通入氮氣，75格，制備氮化鈦，脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]工作，工作電壓500V，雙靶工作電流為15A，工件施加脈負偏壓電源[5]，占空比為10％，電壓為100V，時間為50min，關閉脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]。
第四步，制備離子鍍鉻膜停止通氮，抽真空通入氬氣，真空度2.5×10-1Pa、開動脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]，磁控靶材[8]材料為鉻，工作電壓為400V，工作電流為6A，工件施加脈沖負偏壓電源[5]，占空比10％，電壓150V，時間10min。
第五步，取出工件關大閥(又稱主閥)使真空室[9]與擴散泵抽氣系統(tǒng)隔開，真空室[9]由機械泵繼續(xù)抽真空，待爐溫降至30℃時，關低壓閥，開進氣閥(大氣)，打開爐門取出工件。
第六步，質量檢測黃銅合頁經(jīng)離子鍍鉻，檢查鍍膜表面裝飾性，目測光亮，不起朦，用掃描電鏡測量鍍膜度為2.3μm，用劃痕試驗機測量附著性，臨介載荷Lc為1800gf，進行5％NaCl水溶液鹽霧試驗72小時合格，達到要求。
權利要求
1.黃銅件真空離子鍍替代電鍍方法，包括黃銅工件、拋光、清洗、烘烤、在爐體的真空室[9]、設有脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]、脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]、脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]、加熱裝置[4]、工件臺上的黃銅工件[3]、脈沖負偏壓電源[5]和磁控靶材[8]和雙靶[7]，抽真空、氮氣、氬氣，其特征在于a)在黃銅件[3]與真空室[9]之間，加有脈沖負偏壓，其占空比為10-30％，電壓為100-2000V，頻率為40KHZ；b)替代電鍍鎳的離子鍍中間層，是在純金屬鈦及其合金或鋯及其合金上，還鍍有氮化鈦或氮化鋯，并在離子鍍的中間層與黃銅件之間有1-2μm的過渡層；c)其方法的工藝步驟是第一步，按常規(guī)技術，將黃銅件進行拋光、超聲波清洗、裝爐；第二步，將爐體真空室[9]抽真空、烘烤、濺射清洗其真空度為5×10-3Pa，烘烤溫度小于80℃，時間為10min，烘烤后，通入氬氣，其真空度為1-5Pa，向黃銅件加上脈沖負偏壓，占空比為10-30％，電壓由100V逐漸加到2000V，時間為15min；第三步，在黃銅工件上制備出厚度為1.3-2.0μm的離子鍍中間層首先，啟動脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]，磁控靶材[8]材料為鈦或鋯或鉻，制備純金屬鈦及其合金或鋯及其鋯合金，工作電壓為350-400V，工作電流為5-6A，非平衡磁場電流為20A，真空度為(5-3)×10-1Pa，時間為4-5min，同時，工件要施加脈沖負偏壓電源[5]，占空地比為10-30％，電壓由100V逐漸加到1500V，關閉脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]；其次，開動脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子渡裝置[2]弧源靶材為鈦或鋯，制備氮化鈦或氮化鋯，通入氮氣，其真空度應保持在(5-3)×10-1Pa，工作電壓24V，工作電流85-100A，黃銅件施加脈沖負偏壓電源[5]，其占空比為10-30％，電壓為100-200V，時間為20-50min，關閉脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]，或者開動脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]，通入氮氣，真空度保持為(5-3)×10-1Pa、雙靶[7]材料為鈦或鋯工作，其工作電壓為400-600V，雙靶的工作電流各為15A，頻率為40KHZ，工件施加脈沖負偏壓電源[5]，其占空比為10-30％，電壓為100-200V，時間為20-50min，關閉脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]；第四步，離子鍍鉻開動脈沖負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]弧源靶材為鉻，或開動脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]，磁控靶材[8]材料為鉻，停止送氮，通入氬氣，真空度應保持(5-2.5)×10-1Pa，工作電壓為24V，工作電流為85A，時間為10min；第五步，停機，爐溫＜30℃取出工件。外觀檢查裝飾性及測量膜厚和耐蝕性裝飾性檢查目測、光亮、不起朦；用掃描電鏡測膜厚1.5-2.3μm；耐蝕性用測量陽極腐蝕電位介質為3.5％NaCl水溶液或鹽霧腐蝕介質5％NaCl水溶液，72小時合格。
2.根據(jù)權利要求1所述的黃銅件真空離子鍍替代電鍍方法，其特征在于在黃銅件上制備離子鍍過渡層時，所施加的脈沖負偏壓電源[5]，采用梯度電壓施加法，即采用由100V×3min→400V×2min→900V×2min→1500V×2min→100V×4min，其占空比每段均為10-20％。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的黃銅件真空離子鍍替電鍍方法，其特征在于在黃銅件上制備離子鍍過渡層，采用脈沖負偏壓非平衡磁控濺射離子鍍裝置[1]，或采用脈采負偏壓磁濾阱電弧離子鍍裝置[2]，或采用脈沖負偏壓中頻交流磁控反應濺射離子鍍裝置[6]，與黃銅件所施加的脈沖負偏壓電源[5]采用的梯度電壓施加法，均能得到1-2μm的過濾層。
全文摘要
物理氣相沉積領域中的黃銅件真空離子鍍替代電鍍方法，包括黃銅件、拋光、清洗、烘烤、爐體真空室、脈沖負偏壓、靶材，特征在黃銅件[3]與真空室[9]之間，加有脈沖負偏壓，其占空比為10－30％，電壓為100－2000V，頻率為40KHz；替代電鍍鎳的離子鍍中間層，是在純金屬鈦及其合金或鋯及其合金上，還鍍有氮化鈦或氮化鋯，并在離子鍍的中間層與黃銅件之間有1－2 μm的過渡層；工藝拋光后經(jīng)超聲清洗、裝爐抽真空，烘烤、濺射清洗、離子鍍中間層，之后，或離子鍍制備成品，或經(jīng)離子鍍TiN(或ZrN)后制備成品。優(yōu)點①膜層中沒有Ni元素，無害；②沒有三廢無須治理；③鍍層附著性好，致密性好，耐蝕性強；④色澤好光亮不起朦，裝飾性好。
文檔編號C23C14/02GK1644752SQ200510045678
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月15日 優(yōu)先權日2005年1月15日
發(fā)明者陳寶清, 董闖, 黃龍 申請人:大連理工大學