專利名稱：一種鋁基碳化硅復合材料表面鍍層制備方法
技術領域：

本發(fā)明屬于金屬復合材料表面改性技術領域，具體涉及一種鋁基碳化硅復合材料表面鍍層制備方法。
背景技術：
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鋁基碳化硅(AlSiC)復合材料因其具有高比強度和比剛度、低熱膨脹系數(shù)、低密度、高微屈服強度、良好的尺寸穩(wěn)定性、導熱性以及耐磨、耐疲勞等優(yōu)異的力學性能和物理性能，被用于電子封裝構件材料。但鋁基碳化硅復合材料封裝構件在實際使用時往往要與不同材料進行連接。
釬焊是連接鋁基碳化硅復合材料應用較多的一類方法。但是當釬料放置于待焊金屬界面之間時，由于鋁基碳化硅復合材料表面有許多裸露的碳化硅顆粒，而碳化硅顆粒的潤濕性較差，從而在接頭界面上形成了大量的顆粒與釬料之間的弱連接，結合強度難以達到基體合金的連接強度；此外鋁基復合材料表面有一層致密的氧化膜，它嚴重阻礙兩個連接表面之間的擴散結合。用機械或化學清理后又立即生成，即使在高真空條件下，這層氧化膜也難于分解，影響原 子擴散。因此，如何解決碳化硅顆粒的潤濕性及控制表面氧化膜行為是鋁基復合材料擴散連接的技術關鍵。為了改善鋁基碳化硅復合材料的焊接性能和提高構件耐腐蝕性能，常需要在其表面鍍覆鎳(磷)、銅等鍍層進行改性。目前使用較多的方法有電鍍和化學鍍。其中電鍍由于受到SiC體積分數(shù)的影響，鍍層在結合界面僅與Al形成有效結合，而與碳化硅顆粒只能形成弱連接，從而鍍層與鋁基碳化硅復合材料之間的結合力大打折扣。為了解決鍍層與SiC的結合問題，許多研究者試圖利用化學鍍鎳(磷)、銅等以實現(xiàn)鍍層與SiC的結合，但依然發(fā)現(xiàn)結合強度有限。發(fā)明內容:
本發(fā)明的目的是針對鋁基碳化硅(AlSiC)復合材料表面電鍍和化學鍍結合力不足的問題，而提供一種鋁基碳化硅復合材料表面鍍層制備方法，具體地說，是在鋁基碳化硅復合材料表面離子鍍N1-Cu合金的方法，即以鋁基碳化硅復合材料為基材，N1-Cu合金為鍍材制成弧靶，采用離子鍍手段，在真空條件下，N1-Cu合金靶材磁控電弧蒸發(fā)，在電場作用下加速沉積在鋁基碳化硅復合材料表面，形成N1-Cu合金鍍層。采用這種方法，由于離子轟擊預處理可使鋁基碳化硅復合材料達到潔凈表面，加之沉積粒子在電場下的加速作用以及粒子對基材表面的轟擊作用，從而使N1-Cu合金鍍層與鋁基碳化硅復合材料表面形成牢固的結
口 ο本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
一種鋁基碳化硅復合材料表面鍍層制備方法，包括以下步驟:
第一步、按N1、Cu —定重量百分比冶煉制作N1-Cu合金靶材；將N1-Cu合金靶材和鋁基碳化硅復合材料構件置于離子鍍膜真空室內，抽真空至KT1-KT3Pa ；
第二步、接通直流電源，在鋁基碳化硅構件與真空室殼體之間加上200— 350V負偏壓，通氬氣至15 - 30Pa，產(chǎn)生輝光放電，等離子轟擊構件表面進行凈化處理，清除構件表面的氧化膜和吸附物，時間3-7min ；
第三步、接通弧光電源，在N1-Cu合金靶材表面產(chǎn)生弧光放電，單靶工作電流為30 -70A，并將直流電源調至400-500V負偏壓，磁控電弧發(fā)射靶材粒子在電場作用下，加速沉積在鋁基碳化硅 構件表面，形成均勻的鍍覆層，沉積時間50-150min ；
第四步、關閉弧光電源和直流電源，氬氣保護降溫后出爐。所述的步驟(I)將鋁基碳化硅復合材料構件置于離子鍍膜真空室內是指，放置構件時待鍍部位朝向離子源，以便電弧發(fā)射的靶材粒子易于沉積在構件表面待鍍部位。所述的步驟(2)和(3)的工藝參數(shù)優(yōu)選:抽真空至0.1-0.0OlPa，充氬后真空度20-25Pa，構件表面凈化預處理負偏壓250-350V，轟擊時間4_6min，單靶工作電流為35 —65A，離子鍍過程中，負偏壓調至400-500V。所述的N1-Cu合金靶材成分以重量百分比計為:Ni 0-100%、Cu 0_100%。所述的鍍覆層為N1-Cu合金，其成分以重量百分比計為:Ni 0-100%、Cu 0_100%。本發(fā)明的積極效果是:
1、真空條件下，采用離子轟擊預處理可有效去除復合材料裸露的碳化硅顆粒表面的吸附物，去除鋁基表面致密的氧化膜，凈化活化效果好，使沉積粒子與基材能夠達到原子間鍵合，膜層附著力強。2、本發(fā)明的N1-Cu合金靶材，在上述工藝參數(shù)條件下易于起弧蒸發(fā)，且粒子發(fā)射速率高，可以實現(xiàn)快速離子鍍膜。3、本發(fā)明的鍍覆層為N1-Cu合金，可以有效改善釬焊釬料的潤濕性，有助于連接件之間的結合。
具體實施方式
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實施例1:
厚度為3mm的招基碳化娃復合材料板材構件,長、寬尺寸為IOOmmX 20mm,在其表面離子鍍一層Ni30%-Cu70%合金膜，工藝步驟為:
第一步、按Ni =Cu= 30%:70%重量百分比冶煉制作N1-Cu合金靶材；將Ni30%_Cu70%合金靶材和鋁基碳化硅復合材料板材置于離子鍍膜真空室內，抽真空至約0.1Pa ；
第二步、接通直流電源，在鋁基碳化硅復合材料構件與真空室殼體之間加上250V負偏壓，通氬氣至20Pa，產(chǎn)生輝光放電，等離子轟擊構件表面進行凈化處理，清除構件表面的氧化膜和吸附物，時間6min ；
第三步、接通弧光電源，在Ni30%-Cu70%合金靶材表面產(chǎn)生弧光放電，單靶工作電流為40A，并將負偏壓調至400V。磁控電弧發(fā)射的靶材粒子在電場作用下，沉積在鋁基碳化硅構件表面，形成均勻的鍍覆層，時間120min ；
第四步、關閉弧光電源和直流電源，氬氣保護降溫后出爐。實施例2:
厚度為5mm的招基碳化娃復合材料板材構件,長、寬尺寸為120mmX25mm,在其表面離子鍍一層Ni50%-Cu50%合金膜，工藝步驟為:
第一步、按Ni =Cu= 50%:50%重量百分比冶煉制作N1-Cu合金靶材；將Ni50%_Cu50%合金靶材和將鋁基碳化硅復合材料板材置于離子鍍膜真空室內，抽真空至約0.0lPa ；
第二步、接通直流電源，在鋁基碳化硅復合材料構件與真空室殼體之間加上300V負偏壓，通氬氣至24Pa，產(chǎn)生輝光放電，等離子轟擊構件表面進行凈化處理，清除構件表面的氧化膜和吸附物，時間5min ；
第三步、接通弧光電源，在Ni50%-Cu50%合金靶材表面產(chǎn)生弧光放電，單靶工作電流為50A，并將負偏壓調至450V。磁控電弧發(fā)射的靶材粒子在電場作用下，沉積在鋁基碳化硅構件表面，形成均勻的鍍覆層，時間90min ；
第四步、關閉弧光電源和直流電源，氬氣保護降溫后出爐。 實施例3:
厚度為8mm的招基碳化娃復合材料板材構件,長、寬尺寸為150mmX 30mm,在其表面離子鍍一層Ni75%-Cu25%合金膜，工藝步驟為:
第一步、按Ni =Cu= 75%:25%重量百分比冶煉制作N1-Cu合金靶材；將Ni75%_Cu25%合金靶材和將鋁基碳化硅復合材料板材置于離子鍍膜真空室內，抽真空至約0.0OlPa ；
第二步、接通直流電源，在鋁基碳化硅復合材料構件與真空室殼體之間加上350V負偏壓，通氬氣至28Pa，產(chǎn)生輝光放電，等離子轟擊構件表面進行凈化處理，清除構件表面的氧化膜和吸附物，時間4min ；
第三步、接通弧光電源，在Ni75%-Cu25%合金靶材表面產(chǎn)生弧光放電，單靶工作電流為60A，并將負偏壓調至500V。磁控電弧發(fā)射的靶材粒子在電場作用下，沉積在鋁基碳化硅構件表面，形成均勻的鍍覆層，時間60min ；
第四步、關閉弧光電源和直流電源，氬 氣保護降溫后出爐。
權利要求
1.一種鋁基碳化硅復合材料表面鍍層制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟 第一步、按Ni、Cu —定重量百分比冶煉制作Ni-Cu合金靶材；將Ni-Cu合金靶材和鋁基碳化硅復合材料構件置于離子鍍膜真空室內，抽真空至KT1-KT3Pa ； 第二步、接通直流電源，在鋁基碳化硅構件與真空室殼體之間加上200— 350V負偏壓，通氬氣至15 - 30Pa，產(chǎn)生輝光放電，等離子轟擊構件表面進行凈化處理，清除構件表面的氧化膜和吸附物，時間3-7min ； 第三步、接通弧光電源，在Ni-Cu合金靶材表面產(chǎn)生弧光放電，單靶工作電流為30 -70A，并將直流電源調至400-500V負偏壓，磁控電弧發(fā)射靶材粒子在電場作用下，加速沉積在鋁基碳化硅構件表面，形成均勻的鍍覆層，沉積時間50-150min ； 第四步、關閉弧光電源和直流電源，氬氣保護降溫后出爐。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種鋁基碳化硅復合材料表面鍍層制備方法，其特征在于所述的步驟(I)將鋁基碳化硅復合材料構件置于離子鍍膜真空室內是指，放置構件時待鍍部位朝向離子源，以便電弧發(fā)射的靶材粒子易于沉積在構件表面待鍍部位。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種鋁基碳化硅復合材料表面鍍層制備方法，其特征在于所述的步驟(2)和(3)的工藝參數(shù)優(yōu)選抽真空至O. 1-0. OOlPa，充氬后真空度20_25Pa，構件表面凈化預處理負偏壓250-350V，轟擊時間4-6min，單靶工作電流為35 — 65A，離子鍍過程中，負偏壓調至400-500V。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種鋁基碳化硅復合材料表面鍍層制備方法，其特征在于所述的Ni-Cu合金靶材成分以重量百分比計為Ni 0-100%、Cu 0-100%。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種鋁基碳化硅復合材料表面鍍層制備方法，其特征在于所述的鍍覆層為Ni-Cu合金，其成分以重量百分比計為Ni 0-100%、Cu 0-100%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋁基碳化硅復合材料表面鍍層制備方法，該方法是將鋁基碳化硅復合材料構件置于真空爐內，抽真空，接通直流電源，在構件與真空室殼體之間加上負偏壓，充氬產(chǎn)生輝光放電轟擊構件進行凈化處理，清除表面氧化膜和吸附物；接通弧光電源，磁控電弧蒸發(fā)Ni-Cu合金靶材，在電場作用下靶材粒子加速沉積在構件表面，形成均勻的Ni-Cu合金層；關閉弧光電源和直流電源，氬氣保護降溫后出爐。采用這種方法，由于離子轟擊預處理可使鋁基碳化硅復合材料達到潔凈表面，加之沉積粒子在電場下的加速作用以及粒子對基材表面的轟擊作用，從而使Ni-Cu合金鍍層與鋁基碳化硅復合材料表面形成牢固的結合。
文檔編號C23C14/02GK103255383SQ201310113768
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權日2013年4月3日
發(fā)明者袁慶龍, 張寶慶, 范廣新, 鄧小玲, 牛濟泰 申請人:河南理工大學