專利名稱：一種鎳銅合金滲鍍層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎳銅合金滲鍍層的制備方法，具體涉及一種不銹鋼表面鎳銅滲鍍層材料的制備方法，屬于金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
奧氏體不銹鋼具有優(yōu)異的耐腐蝕性能、綜合機(jī)械性能和工藝性能，而廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。然而，常規(guī)不銹鋼不具有抗菌功能，不適宜易感染細(xì)菌、病毒等有害微生物的應(yīng)用環(huán)境。目前，抗菌不銹鋼的制備方法主要有整體冶煉和表面改性兩種。整體冶煉是在不銹鋼生產(chǎn)過(guò)程中，直接添加一些具有抗菌作用的金屬元素(如Ag、Cu)，并且經(jīng)過(guò)鍛造、軋制、固溶時(shí)效等熱處理工藝，使抗菌元素Ag和Cu在不銹鋼基體內(nèi)均勻地彌散析出，才能起到抗菌殺菌的作用。這種方法制備的抗菌不銹鋼，雖然可以達(dá)到長(zhǎng)期抗菌的效果，但低熔點(diǎn)合金元素Ag、Cu的加入，會(huì)對(duì)不銹鋼的加工產(chǎn)生一定的影響。其次，由于Cu、Ag在不銹鋼中溶解度較低，加入后易形成偏析，加工過(guò)程中要將它們均勻加入到不銹鋼中存在很大的困難。此外，Cu、Ag加入后，需要特殊的抗菌處理，不銹鋼才會(huì)具有抗菌性能，加工工藝復(fù)雜，并且生產(chǎn)整體抗菌的不銹鋼會(huì)造成貴金屬資源浪費(fèi)。針對(duì)此問(wèn)題，通過(guò)表面處理，使不銹鋼具有抗菌功能，不僅具有應(yīng)用前景，且有理論研究?jī)r(jià)值，是目前不銹鋼表面改性研究的熱點(diǎn)。由于傳統(tǒng)的表面改性技術(shù)，很難在不銹鋼表面制備出足夠厚度且膜基結(jié)合良好的抗菌改性層，并且表面抗菌不銹鋼在使用過(guò)程中有可能承受各種腐蝕、磨損等多重因素的復(fù)合工況，而過(guò)薄的抗菌改性層如離子注入層、涂 層及鍍層，由于韌性不足或結(jié)合強(qiáng)度問(wèn)題而極易導(dǎo)致表面改性層在承載條件下開裂、剝落而失效，從而使表面改性不銹鋼失去其抗菌性能，一定程度限制了其的廣泛使用。因此，在滿足表面抗菌性能的前提下，改性層還應(yīng)具有一定厚度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鎳銅合金滲鍍層的制備方法，用該方法所制備的鎳銅合金滲鍍層在7小時(shí)內(nèi)對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抗菌率都達(dá)到99.2%以上。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種鎳銅合金滲鍍層的制備方法，包括以下步驟:1將不銹鋼工件預(yù)處理:將不銹鋼工件的表面除油后使用SiC水砂紙將不銹鋼工件逐級(jí)打磨、拋光至鏡面，再清洗、干燥。2)在輝光離子滲金屬爐中，將預(yù)處理好的不銹鋼工件懸掛在輝光離子滲金屬爐內(nèi)的支架上充當(dāng)陰極，源極選用鎳銅靶，環(huán)繞不銹鋼工件擺放，陽(yáng)極接在爐殼上并接地；3)然后將所述輝光離子滲金屬爐的爐腔內(nèi)部抽至極限真空，再通入氬氣，使?fàn)t腔內(nèi)氣壓維持在35Pa 45Pa，接通陰極電源，在陽(yáng)極與陰極間施加直流電壓，當(dāng)陰極溫度升至300°C 400°C時(shí)，對(duì)不銹鋼工件進(jìn)行離子轟擊清洗；然后再調(diào)節(jié)陰極電壓，同時(shí)接通源極電源，在源極與陽(yáng)極間施加直流電壓，使源極電壓為-900 -950V，繼續(xù)使不銹鋼工件升溫，然后進(jìn)行等離子滲鍍鎳銅合金鍍層，然后斷開源極和陰極電壓，然后冷卻至室溫，即得到所述鎳銅合金滲鍍層。本發(fā)明的有益效果是:1、在雙層輝光離子滲金屬爐中，將不銹鋼工件懸掛在輝光離子滲金屬爐內(nèi)的支架上充當(dāng)陰極，源極選用純鎳銅靶，環(huán)繞不銹鋼工件擺放，陽(yáng)極接在爐殼上并接地，進(jìn)行滲鍍，本發(fā)明利用了雙層輝光·離子滲金屬技術(shù)在金屬基體表面滲鍍鎳銅合金鍍層，鍍層與基體間具有良好的結(jié)合強(qiáng)度。2、本發(fā)明考慮Ni為不銹鋼的主要合金元素，并可與Cu無(wú)限互溶，鎳銅靶能很好解決Cu在不銹鋼中的溶解度較低的難題，從而通過(guò)控制合金化工藝，不銹鋼表面形成Cu含量梯度變化的合金層。3、本發(fā)明中純鎳銅靶是用鎳棒和銅棒固定在鎳桿上制成的靶材。避免了熔煉法制備合金靶材對(duì)熔點(diǎn)和密度相差較大的兩種或兩種以上金屬，難以獲得成分均勻的合金靶材；以及粉末冶金法制備合金靶材密度低，雜質(zhì)含量高等缺點(diǎn)。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，所述不銹鋼工件為奧氏體不銹鋼工件。進(jìn)一步，所述鎳銅靶是用鎳棒和銅棒固定在鎳桿上制成的靶材。進(jìn)一步，所述極限真空為IXlO-1Pa15進(jìn)一步,所述通入気氣的流量為30sccm 35sccm。進(jìn)一步，所述對(duì)不銹鋼工件進(jìn)行離子轟擊清洗的時(shí)間為20min 30min。進(jìn)一步，所述調(diào)節(jié)陰極電壓后的電壓范圍為-450 -500V。進(jìn)一步，所述進(jìn)行等離子滲鍍鎳銅合金鍍層的工藝條件為:在源極溫度維持在950°C 1000°C，不銹鋼工件溫度控制在800 850°C的條件下進(jìn)行等離子滲鍍鎳銅合金鍍層，并保溫I 3小時(shí)。


圖1為本發(fā)明鎳銅合金滲鍍層的制備方法中的輝光離子滲金屬爐的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:1、爐腔，2、爐殼，3、不銹鋼工件，4、靶材，5、工作臺(tái)，6、支架，7、源極電源，8、工件電源。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。一種鎳銅合金滲鍍層的制備方法，包括以下步驟:I)將不銹鋼工件預(yù)處理:將不銹鋼工件的表面除油后使用SiC水砂紙將不銹鋼工件逐級(jí)打磨、拋光至鏡面，再清洗、干燥。2)在輝光離子滲金屬爐中，將預(yù)處理好的不銹鋼工件懸掛在輝光離子滲金屬爐內(nèi)的支架上充當(dāng)陰極，源極選用鎳棒和銅棒固定在鎳桿上制成的靶材，環(huán)繞不銹鋼工件擺放，陽(yáng)極接在爐殼上并接地；3)然后將所述輝光離子滲金屬爐的爐腔內(nèi)部抽至極限真空為I X KT1Pa,再通入流量為30sccm 35sccm的氬氣，使?fàn)t腔內(nèi)氣壓維持在35Pa 45Pa，接通陰極電源，在陽(yáng)極與陰極間施加直流電壓，當(dāng)陰極溫度升至300°C 400°C時(shí)，對(duì)不銹鋼工件進(jìn)行離子轟擊清洗20min 30min ;然后再調(diào)節(jié)陰極電壓至-450 -500V,同時(shí)接通源極電源,在源極與陽(yáng)極間施加直流電壓，使源極電壓為-900 -950V，繼續(xù)使不銹鋼工件升溫，在源極溫度維持在950°C 1000°C，不銹鋼工件溫度控制在800 850°C的條件下進(jìn)行等離子滲鍍鎳銅合金鍍層，并保溫I 3小時(shí)，然后斷開源極和陰極電壓，然后冷卻至室溫，即生成鎳銅合金滲鍍層。以下通過(guò)幾個(gè)具體的實(shí)施例以具體對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明:實(shí)施例1(I)將AISI304奧氏體不銹鋼經(jīng)線切割成O 20mmX 4mm的工件作為基體，將不銹鋼工件3的表面除油后使用SiC水砂紙將不銹鋼工件3逐級(jí)打磨、拋光至鏡面，再清洗、干燥。(2)如圖1所示，將由鎳棒和銅棒固定在鎳桿上制成的靶材4放入輝光離子滲金屬爐內(nèi)的工作臺(tái)5上，并通過(guò)工作臺(tái)5與源極電源7的陰極連接，稱為源極，再將不銹鋼工件3設(shè)其與靶材4相距15_，并通過(guò)支架6使不銹鋼工件3與工件電源8的陰極連接，稱為工件極，爐殼2與源極電源7和工件電源8的陽(yáng)極連接，并接地；(3)將輝光離子滲金屬爐腔I內(nèi)部抽成真空度為IX KT1Pa,通入流量為30sCCm的氬氣到爐腔I內(nèi)，使?fàn)t腔I內(nèi)氣壓維持在40Pa，接通工件電源8的陰極電源，在陽(yáng)極與陰極間施加直流電壓，當(dāng)工件極溫度升至400°C時(shí)，對(duì)不銹鋼工件3進(jìn)行離子轟擊清洗30min ；

(4)將陰極電壓(工件極電壓)調(diào)至-500V，接通源極電源7，并將源極電壓調(diào)至-920V，繼續(xù)使不銹鋼工件升溫，在源極溫度維持在950°C，不銹鋼工件溫度控制在820°C的條件下進(jìn)行等離子滲鍍鎳銅合金鍍層，并保溫2小時(shí)，然后斷開源極和陰極電壓，然后冷卻至室溫，即生成鎳銅合金滲鍍層。實(shí)施例2(I)將不銹鋼經(jīng)線切割成O 20mmX 4mm的工件作為基體，將不銹鋼工件3的表面除油后使用SiC水砂紙將不銹鋼工件3逐級(jí)打磨、拋光至鏡面，再清洗、干燥。(2)如圖1所示，將由鎳棒和銅棒固定在鎳桿上制成的靶材4放入輝光離子滲金屬爐內(nèi)的工作臺(tái)5上，并通過(guò)工作臺(tái)5與源極電源7的陰極連接，稱為源極，再將不銹鋼工件3設(shè)其與靶材4相距15_，并通過(guò)支架6使不銹鋼工件3與工件電源8的陰極連接，稱為工件極，爐殼2與源極電源7和工件電源8的陽(yáng)極連接，并接地；(3)將輝光離子滲金屬爐腔I內(nèi)部抽成真空度為IX KT1Pa,通入流量為33sCCm的氬氣到爐腔I內(nèi)，使?fàn)t腔I內(nèi)氣壓維持在35Pa，接通工件電源8的陰極電源，在陽(yáng)極與陰極間施加直流電壓，當(dāng)工件極溫度升至300°C時(shí)，對(duì)不銹鋼工件3進(jìn)行離子轟擊清洗20min ；(4)將陰極電壓(工件極電壓)調(diào)至-450V，接通源極電源7，并將源極電壓調(diào)至-900V，繼續(xù)使不銹鋼工件3升溫，在源極溫度維持在960°C，不銹鋼工件3溫度控制在800°C的條件下進(jìn)行等離子滲鍍鎳銅合金鍍層，并保溫I小時(shí)，然后斷開源極和陰極電壓，然后冷卻至室溫，即生成鎳銅合金滲鍍層。
實(shí)施例3(I)將奧氏體不銹鋼經(jīng)線切割成020mmX4mm的工件作為基體，將不銹鋼工件3的表面除油后使用SiC水砂紙將不銹鋼工件3逐級(jí)打磨、拋光至鏡面，再清洗、干燥。(2)如圖1所示，將由鎳棒和銅棒固定在鎳桿上制成的靶材4放入輝光離子滲金屬爐內(nèi)的工作臺(tái)5上，并通過(guò)工作臺(tái)5與源極電源7的陰極連接，稱為源極，再將不銹鋼工件3設(shè)其與靶材4相距15_，并通過(guò)支架6使不銹鋼工件3與工件電源8的陰極連接，稱為工件極，爐殼2與源極電源7和工件電源8的陽(yáng)極連接，并接地；(3)將輝光離子滲金屬爐腔I內(nèi)部抽成真空度為IX KT1Pa,通入流量為33sCCm的氬氣到爐腔I內(nèi)，使?fàn)t腔I內(nèi)氣壓維持在45Pa，接通工件電源8的陰極電源，在陽(yáng)極與陰極間施加直流電壓，當(dāng)工件極溫度升至350°C時(shí)，對(duì)不銹鋼工件3進(jìn)行離子轟擊清洗25min ；(4)將陰極電壓(工件極電壓)調(diào)至-480V，接通源極電源7，并將源極電壓調(diào)至-950V，繼續(xù)使不銹鋼工件3升溫，在源極溫度維持在980°C，不銹鋼工件3溫度控制在850°C的條件下進(jìn)行等離子滲鍍鎳銅合金鍍層，并保溫3小時(shí)，然后斷開源極和陰極電壓，然后冷卻至室溫，即生成鎳銅合金滲鍍層。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換 、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鎳銅合金滲鍍層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在輝光離子滲金屬爐中，將預(yù)處理好的不銹鋼工件懸掛在輝光離子滲金屬爐內(nèi)的支架上充當(dāng)陰極，源極選用鎳銅靶，環(huán)繞不銹鋼工件擺放，陽(yáng)極接在爐殼上并接地； 2)然后將所述輝光離子滲金屬爐的爐腔內(nèi)部抽至極限真空，再通入氬氣，使?fàn)t腔內(nèi)氣壓維持在35Pa 45Pa，接通陰極電源，在陽(yáng)極與陰極間施加直流電壓，當(dāng)陰極溫度升至300°C 400°C時(shí)，對(duì)不銹鋼工件進(jìn)行離子轟擊清洗；然后再調(diào)節(jié)陰極電壓，同時(shí)接通源極電源，在源極與陽(yáng)極間施加直流電壓，使源極電壓為-900 -950V，繼續(xù)使不銹鋼工件升溫，然后進(jìn)行等離子滲鍍鎳銅合金鍍層，然后斷開源極和陰極電壓，然后冷卻至室溫，即得到所述鎳銅合金滲鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳銅合金滲鍍層的制備方法，其特征在于，所述不銹鋼工件為奧氏體不銹鋼工件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳銅合金滲鍍層的制備方法，其特征在于，所述鎳銅靶是用鎳棒和銅棒固定在鎳桿上制成的祀材。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的鎳銅合金滲鍍層的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，所述極限真空為IXKT1Pa15
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的鎳銅合金滲鍍層的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，所述通入IS氣的流量為30sccm 35sccm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的鎳銅合金滲鍍層的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，所述對(duì)不銹鋼工件進(jìn)行離子轟擊清洗的時(shí)間為20min 30min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的鎳銅合金滲鍍層的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，所述調(diào)節(jié)陰極電壓后的電壓范圍為-450 -500V。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的鎳銅合金滲鍍層的制備方法，其特征在于，在步驟2)中，所述進(jìn)行等離子滲鍍鎳銅合金鍍層的工藝條件為:在源極溫度維持在950°C 1000°C，不銹鋼工件溫度控制在800 850°C的條件下進(jìn)行等離子滲鍍鎳銅合金鍍層，并保溫I 3小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎳銅合金滲鍍層的制備方法，包括以下步驟1)在輝光離子滲金屬爐中，將預(yù)處理好的不銹鋼工件懸掛在輝光離子滲金屬爐內(nèi)的支架上充當(dāng)陰極，源極選用鎳銅靶，環(huán)繞不銹鋼工件擺放，陽(yáng)極接在爐殼上并接地；2)然后將所述輝光離子滲金屬爐的爐腔內(nèi)部抽至極限真空，再通入氬氣，接通陰極電源，在陽(yáng)極與陰極間施加直流電壓，當(dāng)陰極溫度升至300℃～400℃時(shí)，對(duì)不銹鋼工件進(jìn)行離子轟擊清洗；然后再調(diào)節(jié)陰極電壓，同時(shí)接通源極電源，在源極與陽(yáng)極間施加直流電壓，使源極電壓為-900～-950V，繼續(xù)使不銹鋼工件升溫，然后進(jìn)行等離子滲鍍鎳銅合金鍍層，然后斷開源極和陰極電壓，然后冷卻至室溫，即得到所述鎳銅合金滲鍍層。
文檔編號(hào)C23C10/00GK103088285SQ20131001445
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者王鶴峰, 郭美卿, 劉二強(qiáng), 李志剛, 袁國(guó)政, 樹學(xué)峰 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)