專利名稱：鍍膜件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍍膜件及其制備方法。
背景技術(shù)：
模具鋼可廣泛用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等工藝，由于模具的工作條件苛刻，在高溫下使用時(shí)，表面很容易被氧化，形成的不均勻氧化層不僅會(huì)降低產(chǎn)品的表面質(zhì)量，而且模具鋼在重復(fù)使用的過程中，形成的氧化物銹皮易剝落，暴露的基體在高溫下將會(huì)繼續(xù)被腐蝕。因此要求模具鋼具有抗高溫氧化的性能。物理氣相沉積制備各種涂層已成功地應(yīng)用于工業(yè)。過渡金屬氮化物和碳化物涂層由于具有較高的硬度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是各類模具鋼表面強(qiáng)化薄膜中的首選材料。但它們同時(shí)具有高脆性、高殘余應(yīng)力、與基體結(jié)合力差等缺陷；且當(dāng)應(yīng)用溫度較高時(shí)，該類膜層容易被氧化而失去功效，導(dǎo)致鍍膜件使用壽命縮短。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種有效解決上述問題的鍍膜件。另外，還有必要提供一種制備上述鍍膜件的方法。一種鍍膜件，其包括基體、形成于基體表面的打底層、形成于打底層表面的氮氧化鎳層及形成于氮氧化鎳層表面的氮化硅層?！N鍍膜件的制備方法，其包括如下步驟提供一基體；采用磁控濺射法，在該基體表面形成打底層；采用磁控濺射法，在打底層的表面形成氮氧化鎳層，使用金屬鎳靶，以氧氣和氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體；采用磁控濺射法，在氮氧化鎳層的表面形成氮化硅層，使用硅靶，以氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體。本發(fā)明鍍膜件在基體的表面依次沉積打底層、氮氧化鎳層及氮化硅層，膜系逐層過渡較好，膜層內(nèi)部沒有明顯的應(yīng)力產(chǎn)生，這樣在施加外力的情況下，所鍍的膜層不會(huì)因?yàn)閮?nèi)部的應(yīng)力缺陷導(dǎo)致失效；所述氮氧化鎳層膜層致密，可有效延緩?fù)饨绲难鯕獬觾?nèi)滲透；同時(shí)所述氮化硅層具有較高的硬度和耐磨性，可有效避免所述氮氧化鎳層的磨損刮擦；通過所述氮氧化鎳層和氮化硅層的共同作用，可保護(hù)基體在高溫時(shí)仍不被氧化，有效提高鍍膜件的使用壽命。


圖1為本發(fā)明一較佳實(shí)施例鍍膜件的剖視圖；圖2為本發(fā)明一較佳實(shí)施例真空鍍膜機(jī)的示意圖。主要元件符號(hào)說明
鍍膜件10
基體11
打底層13
氮氧化鎳層15
氮化硅層17
真空鍍膜機(jī)20
鍍膜室21
鎳靶23
硅靶24
軌跡25
真空泵30
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一較佳實(shí)施方式的鍍膜件10包括基體11、形成于基體11表面的打底層13、形成于打底層13表面的氮氧化鎳(NiON)層15及形成于氮氧化鎳層15表面的氮化硅(SiN)層17。該基體11的材質(zhì)為不銹鋼或模具鋼。該打底層13可以磁控濺射的方式形成。該打底層13為金屬鎳(Ni)層。該打底層13的厚度為0. 1 0.2 μ m。該氮氧化鎳層15可以磁控濺射的方式形成。該氮氧化鎳層15由細(xì)小的納米晶粒組成，晶間間隙比較小，膜層非常致密。該氮氧化鎳層15中鎳的原子百分比為45 70%，氧的原子百分比為20 45%，氮的原子百分比為10 15%。該氮氧化鎳層15的厚度為
0.6 1. 2 μ m0 該氮化硅層17可以磁控濺射的方式形成。所述氮化硅層17具有高熔點(diǎn)、高硬度以及良好的耐磨性，可有效保護(hù)氮氧化鎳層15，防止其刮傷。該氮化硅層17的厚度為0. 5
1.0 μ m。本發(fā)明一較佳實(shí)施方式的鍍膜件10的制備方法，其包括以下步驟(a)提供一基體11，該基體11的材質(zhì)為不銹鋼或模具鋼。(b)將基體11放入無水乙醇中進(jìn)行超聲波清洗，以去除基體11表面的污漬，清洗時(shí)間為20 40min。(c)對(duì)經(jīng)上述處理后的基體11的表面進(jìn)行氬氣等離子體清洗，以進(jìn)一步去除基體11表面的油污，以及改善基體11表面與后續(xù)鍍層的結(jié)合力。結(jié)合參閱圖2，提供一真空鍍膜機(jī)20，該真空鍍膜機(jī)20包括一鍍膜室21及連接于鍍膜室21的一真空泵30，真空泵30用以對(duì)鍍膜室21抽真空。該鍍膜室21內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)架(未圖示)、相對(duì)設(shè)置的二鎳靶23和相對(duì)設(shè)置的二硅靶24。轉(zhuǎn)架帶動(dòng)基體11沿圓形的軌跡25公轉(zhuǎn)，且基體11在沿軌跡25公轉(zhuǎn)時(shí)亦自轉(zhuǎn)。該等離子體清洗的具體操作及工藝參數(shù)為如圖2所示，將基體11固定于真空鍍膜機(jī)20的鍍膜室21的轉(zhuǎn)架上，將該鍍膜室21抽真空至3. OX 10_5Pa，然后向鍍膜室21內(nèi)通入流量為500sCCm(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分鐘)的氬氣(純度為99. 999%)，并施加-200 -500V的偏壓于基體11，對(duì)基體11表面進(jìn)行氬氣等離子體清洗，清洗時(shí)間為3 lOmin。(d)采用磁控濺射法在經(jīng)氬氣等離子體清洗后的基體11上濺鍍一打底層13，該打底層13為金屬鎳層。濺鍍?cè)摯虻讓?3在所述真空鍍膜機(jī)20中進(jìn)行，抽真空使該鍍膜室21的本底真空度為8.0 X 10_3Pa，加熱該鍍膜室21至溫度為100 150°C ；開啟二鎳靶23，設(shè)置鎳靶23的功率為8 10kw，設(shè)定施加于基體11的偏壓為-100 -300V，占空比為50%;通入工作氣體氬氣，氬氣的流量為150 300SCCm，鍍膜時(shí)間為5 lOmin。該打底層13的厚度為0. 1 0. 2 μ m。(e)繼續(xù)采用磁控濺射法在所述打底層13的表面濺鍍一氮氧化鎳層15。濺鍍?cè)摰趸噷?5時(shí)通入氧氣和氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體，氧氣流量為40 lOOsccm，氮?dú)饬髁繛?0 70sCCm，其他工藝參數(shù)與沉積所述打底層13的相同，鍍膜時(shí)間為30 60min。該氮氧化鎳層15的厚度為0.6 1.2 μ m。(f)繼續(xù)采用磁控濺射法在所述氮氧化鎳層15的表面形成一氮化硅層17。關(guān)閉二鎳靶23，開啟二硅靶24，設(shè)置硅靶M的功率為4 6kw，設(shè)定施加于基體11的偏壓為-30 -50V，占空比為50% ；通入氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體，氮?dú)饬髁繛?0 120SCCm，通入工作氣體氬氣，氬氣的流量為150 200sCCm，鍍膜時(shí)間為1 池。該氮化硅層17的厚度為0. 5 1. 0 μ m0下面通過實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說明。實(shí)施例1本實(shí)施例所使用的真空鍍膜機(jī)20為中頻磁控濺射鍍膜機(jī)，為深圳南方創(chuàng)新真空技術(shù)有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為SM-1100H。本實(shí)施例所使用的基體11的材質(zhì)為316不銹鋼。等離子體清洗氬氣流量為500sCCm，基體11的偏壓為-500V，等離子體清洗時(shí)間為 IOmin0濺鍍打底層13 氬氣流量為150SCCm，鎳靶23的功率為8kw，基體11的偏壓為-200V,占空比為50%，濺鍍溫度為120，鍍膜時(shí)間為5min，該打底層13的厚度為0.1ymo濺鍍氮氧化鎳層15 氧氣流量為SOsccm，氮?dú)饬髁繛?0sCCm，其他工藝參數(shù)與沉積所述打底層13的相同，鍍膜時(shí)間為30min，該氮氧化鎳層15的厚度為0. 6 μ m。濺鍍氮化硅層17 氬氣流量為150SCCm，氮?dú)饬髁繛?20sCCm，硅靶M的功率為5kw，基體11的偏壓為-50V，占空比為50%，鍍膜時(shí)間為60min，該氮化硅層17的厚度為0. 5 μ m0實(shí)施例2本實(shí)施例所使用的真空鍍膜機(jī)20和基體11與實(shí)施例1中的相同。等離子體清洗氬氣流量為500sCCm，基體11的偏壓為-500V，等離子體清洗時(shí)間為 IOmin0濺鍍打底層13 氬氣流量為150SCCm，鎳靶23的功率為8kw，基體11的偏壓為-200V，濺鍍溫度為120°C，鍍膜時(shí)間為lOmin。該打底層13的厚度為0. 2 μ m。濺鍍氮氧化鎳層15 氧氣流量為40sCCm，氮?dú)饬髁繛?0sCCm，其他工藝參數(shù)與沉積所述打底層13的相同，鍍膜時(shí)間為60min。該氮氧化鎳層15的厚度為1. 2μπι。濺鍍氮化硅層17 氬氣流量為150SCCm，氮?dú)饬髁繛?0sCCm，硅靶M的功率為4kw，基體11的偏壓為-50V，占空比為50%，鍍膜時(shí)間為120min，該氮化硅層17的厚度為1. 0 μ m。將上述制得的鍍膜件10進(jìn)行高溫抗氧化測(cè)試和耐磨性測(cè)試，具體測(cè)試方法及結(jié)果如下(1)高溫抗氧化測(cè)試采用的測(cè)試儀器為管式熱處理爐，測(cè)試條件為升溫速率為10°C /min，熱處理溫度為800°C，保溫時(shí)間為IOh。測(cè)試結(jié)果顯示，由本發(fā)明實(shí)施例1和實(shí)施例2所制備的鍍膜件10經(jīng)800°C熱處理IOh后均未見氧化、脫落等不良。(2)耐磨性測(cè)試采用線性耐磨耗測(cè)試儀，測(cè)試條件為載荷為1kg，行程長(zhǎng)度為2. Oinch，磨耗速率為 25 次/min。測(cè)試結(jié)果顯示，由本發(fā)明實(shí)施例1和2所制備的鍍膜件10經(jīng)磨耗15次均未見脫落。本發(fā)明較佳實(shí)施方式鍍膜件10在基體11的表面依次沉積打底層13、氮氧化鎳層15及氮化硅層17，膜系逐層過渡較好，膜層內(nèi)部沒有明顯的應(yīng)力產(chǎn)生，這樣在施加外力的情況下，所鍍的膜層不會(huì)因?yàn)閮?nèi)部的應(yīng)力缺陷導(dǎo)致失效；所述氮氧化鎳層15膜層致密，可有效延緩?fù)饨绲难鯕獬觾?nèi)滲透；同時(shí)所述氮化硅層17具有較高的硬度和耐磨性，可有效避免所述氮氧化鎳層15的磨損刮擦；通過所述氮氧化鎳層15和氮化硅層17的共同作用，可保護(hù)基體11在高溫時(shí)仍不被氧化，有效提高鍍膜件10的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種鍍膜件，其包括基體及形成于基體表面的打底層，其特征在于該鍍膜件還包括形成于打底層表面的氮氧化鎳層及形成于氮氧化鎳層表面的氮化硅層。
2.如權(quán)利要求1所述的鍍膜件，其特征在于所述基體的材質(zhì)為不銹鋼或模具鋼。
3.如權(quán)利要求1所述的鍍膜件，其特征在于所述打底層為鎳層，其以磁控濺射的方式形成，該打底層的厚度為0. 1 0. 2 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的鍍膜件，其特征在于該氮氧化鎳層中鎳的原子百分比為45 70%，氧的原子百分比為20 45%，氮的原子百分比為10 15%。
5.如權(quán)利要求4所述的鍍膜件，其特征在于所述氮氧化鎳層以磁控濺射的方式形成，該氮氧化鎳層的厚度為0. 5 1. 5 μ m。
6.如權(quán)利要求1所述的鍍膜件，其特征在于所述氮化硅層以磁控濺射的方式形成，該氮化硅層的厚度為0. 5 1. 0 μ m。
7.一種鍍膜件的制備方法，其包括如下步驟提供一基體；采用磁控濺射法，在該基體表面形成打底層；采用磁控濺射法，在打底層的表面形成氮氧化鎳層，使用金屬鎳靶，以氧氣和氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體；采用磁控濺射法，在氮氧化鎳層的表面形成氮化硅層，使用硅靶，以氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體。
8.如權(quán)利要求7所述的鍍膜件的制備方法，其特征在于所述打底層為鎳層，形成打底層的步驟的具體工藝參數(shù)使用金屬鎳靶，鎳靶的功率為8 10kw，以氬氣為工作氣體，氬氣流量為150 300SCCm，基體偏壓為-100 -300V，占空比為50%，鍍膜溫度為100 150°C，鍍膜時(shí)間為5 IOmin0
9.如權(quán)利要求7所述的鍍膜件的制備方法，其特征在于所述形成氮氧化鎳層的步驟的具體工藝參數(shù)鎳靶的功率為8 10kw，氧氣流量為40 lOOsccm，氮?dú)饬髁繛?0 70sccm,以氬氣為工作氣體，氬氣流量為150 300sccm，基體偏壓為-100 -300V，占空比為50%，鍍膜溫度為100 150°C，鍍膜時(shí)間為30 60min。
10.如權(quán)利要求7所述的鍍膜件的制備方法，其特征在于所述形成氮化硅層的步驟的具體工藝參數(shù)硅靶的功率為4 6kw，氮?dú)饬髁繛?0 120sCCm，以氬氣為工作氣體，氬氣流量為150 200SCCm，基體的偏壓為-30 -50V，占空比為50%，鍍膜溫度為100 150°C，鍍膜時(shí)間為1 2h。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鍍膜件，其包括基體、形成于基體表面的打底層、形成于打底層表面的氮氧化鎳層及形成于氮氧化鎳層表面的氮化硅層。本發(fā)明鍍膜件膜系逐層過渡較好，膜層內(nèi)部沒有明顯的應(yīng)力產(chǎn)生；所述氮氧化鎳層膜層致密，可有效延緩?fù)饨绲难鯕獬觾?nèi)滲透；同時(shí)所述氮化硅層可有效避免所述氮氧化鎳層的磨損刮擦；通過所述氮氧化鎳層和氮化硅層的共同作用，可保護(hù)基體在高溫時(shí)仍不被氧化，從而有效提高鍍膜件的使用壽命。此外，本發(fā)明還提供一種上述鍍膜件的制備方法。
文檔編號(hào)C23C14/06GK102586729SQ201110009229
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者廖高宇, 張新倍, 熊小慶, 蔣煥梧, 陳文榮, 陳正士 申請(qǐng)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