一种对金属铈表面进行改性的方法技术

一种对金属铈表面进行改性的方法，属于稀土金属腐蚀防护技术领域。该方法利用双离子束溅射沉积系统，在打磨抛光的金属铈表面首先进行氩离子溅射清洗，然后进行氮化反应溅射处理生成氮化铈镀层，最后再用陶瓷靶材如氮化钛进行直接溅射，生成氮化钛陶瓷镀层，最终在铈表面形成氮化铈和氮化钛复合的双层镀层。通过对金属铈进行氮化处理和沉积氮化钛镀层，金属铈抗老化腐蚀性能明显增强，通过电化学极化曲线测试表明，处理前后金属铈腐蚀电流密度可降低约5倍，同时氮化铈和氮化钛镀层均为金黄色镀层，从而增加了金属铈的表面美观效果。

【技术实现步骤摘要】
一种对金属铈表面进行改性的方法
本专利技术涉及一种对金属铈表面进行改性的方法，尤其涉及一种金属铈表面氮化和镀膜处理提高其抗老化腐蚀性能的方法，属于稀土金属腐蚀防护

技术介绍
金属铈作为一种重要的稀土元素，常用作还原剂、催化剂以及合金添加剂，在现代工业中具有重要而广泛的用途。但是由于金属铈化学性质非常活泼，在室温下很容易氧化腐蚀，在大气条件下很快会失去光泽而老化，从而影响其金属特性和表面外观质量。目前主要采取对金属铈进行密闭并在阴凉或煤油介质中贮存的方式以被动减缓金属铈的氧化腐蚀，但是这些方法对气密性要求高，容易对金属铈造成污染，而且贮存效果并不理想，金属铈仍然会发生较严重的氧化腐蚀。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种对金属铈表面进行改性的方法，通过在金属铈表面进行氮化和镀膜处理，使其有效提高金属铈的抗老化腐蚀性能，且增加金属铈表面美观效果，从而进一步扩大其应用范围。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种对金属铈表面进行改性的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行:1)采用双离子束溅射沉积系统，利用辅源对抛光的金属铈表面进行氩离子溅射清洗，系统工作压强为0.8×10-2Pa～1.0×10-2Pa；2)同时开启主源和辅源，主源采用氩离子，氩气流量为6sccm～8sccm，辅源采用氮离子，氮气流量为4sccm～5sccm，对清洗后的金属铈进行反应溅射氮化处理，形成一层氮化铈镀层，系统工作压强为1.0×10-2Pa～2.3×10-2Pa；3)在双离子束系统不打开真空腔室的条件下，自动旋转靶台至氮化钛陶瓷靶，系统工作压强控制在1.0×10-2Pa～2.3×10-2Pa，进行氮化钛镀层溅射沉积，使氮化铈镀层上面再形成一层氮化钛镀层，最终在金属铈表面形成一层氮化铈和氮化钛复合的双层镀层。上述技术方案中，进行氩离子溅射清洗时，氩离子能量为500eV～700eV，氩离子束流为30mA～70mA。优选地，在反应溅射氮化处理时，主源氩离子能量为2000eV～2700eV、束流为60mA～90mA，辅源氮离子能量为400eV～500eV、束流为25mA～45mA。优选地，生成的氮化铈镀层厚度为0.8μm～1μm范围，氮化钛镀层厚度为200nm-500nm。本专利技术具有以下优点及突出性的技术效果：通过对金属铈进行氮化处理和沉积氮化钛镀层，金属铈抗老化腐蚀性能明显增强，通过电化学极化曲线测试表明，处理前后金属铈腐蚀电流密度可降低约5倍，同时氮化铈和氮化钛镀层均为金黄色镀层，从而增加了金属铈的表面美观效果。附图说明图1为双离子束反应溅射氮化铈和溅射沉积氮化钛系统示意图。图1中：1-主源；2-辅源；3-样品；4-靶台图2为本专利技术反应溅射生成的氮化铈镀层XRD谱图。图3为本专利技术溅射沉积生成的氮化钛镀层XRD谱图。图4a为金属铈刚打磨抛光后的表面电镜照片；图4b为同一块金属铈样品在大气条件下存放5天后的电镜照片。图5为金属铈经该专利技术方法处理前后电化学腐蚀极化曲线谱图。图5中曲线(a)为处理后的试样；曲线(b)为未处理的金属铈。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。本专利技术提供的一种对金属铈表面进行改性的方法，是利用双离子束溅射沉积系统(如图1所示)，在打磨抛光的金属铈表面首先进行氩离子溅射清洗，然后进行氮化反应溅射处理生成氮化铈镀层，最后再用陶瓷靶材如氮化钛进行直接溅射，生成氮化钛陶瓷镀层，最终在铈表面形成氮化铈/氮化钛双层复合镀层，从而大大提高金属铈的老化腐蚀性能。从而提高金属铈抗腐蚀性能的方法。其具体包括如下步骤：1)采用双离子束溅射沉积系统，利用辅源对抛光的金属铈表面进行氩离子溅射清洗，系统工作压强为0.8×10-2Pa～1.0×10-2Pa；进行氩离子溅射清洗时，氩离子能量为500eV～700eV，氩离子束流为30mA～70mA；2)同时开启主源和辅源，主源采用氩离子，氩气流量为6sccm～8sccm，辅源采用氮离子，氮气流量为4sccm～5sccm，对清洗后的金属铈进行反应溅射氮化处理，形成一层氮化铈镀层，系统工作压强为1.0×10-2Pa～2.3×10-2Pa；该氮化铈镀层厚度优选为0.8μm～1μm范围，主源氩离子能量一般为2000eV～2700eV、束流为60mA～90mA；辅源氮离子能量一般为400eV～500eV、束流为25mA～45mA。3)在双离子束系统不打开真空腔室的条件下，自动旋转靶台至氮化钛陶瓷靶，系统工作压强控制在1.0×10-2Pa～2.3×10-2Pa，进行氮化钛镀层溅射沉积，使氮化铈镀层上面再形成一层氮化钛镀层，其氮化钛镀层厚度优选为200nm-500nm，最终在金属铈表面形成氮化铈和氮化钛复合的双层镀层。为使本领域技术人员进一步理解本专利技术，将通过以下实施例进行详细说明。实施例11)将打磨、抛光和超声清洗好的金属铈样品(10mm×10mm×3mm)立即置于双离子束溅射沉积系统的真空腔室内基片台上，关闭腔室进行抽真空；2)本底真空达到8.5×10-5Pa后，辅源通入氩气，流量为5sccm，工作气体压强为0.9×10-2Pa，工作参数为辅源离子能量600eV(电子伏)，束流35mA，对金属铈样品进行溅射清洗15分钟，之后停止辅源；3)主源通氩气，流量为7sccm，工作气体压强为1.5×10-2Pa，工作参数为氩离子能量2500eV、束流80mA，对预先打磨和抛光好的高纯金属铈靶进行溅射清洗，为反应溅射准备，清洗15分钟后停止主源；4)辅源通氮气，流量为5sccm，氮离子能量500eV，束流35mA；主源通氩气，流量为7sccm，氩离子能量2500eV，束流70mA，工作气体压强为2.2×10-2Pa，进行反应溅射氮化处理，形成一定厚度的氮化铈镀层；5)在不打开系统真空腔室的条件下，自动控制旋转高纯铈靶至高纯氮化钛靶，按照步骤4)的参数再在氮化铈表面溅射沉积200nm的氮化钛镀层，最终在金属铈表面形成氮化铈/氮化钛双层复合镀层。由图4a和4b可以看出，金属铈未经本专利技术处理，打磨后在大气条件下存放1小时和5天，其外观变化明显，5天后的金属铈表面氧化腐蚀严重。而经本方法处理后的金属铈存放5天，表面未发生腐蚀现象，而且处理后的样品表面呈现金黄色，增加了金属铈的美观性。为进一步证明该专利技术的有效性，对金属铈经该专利技术处理前后进行了电化学动电位极化曲线测试，如图5所示，曲线(a)为金属铈经本专利技术处理后测试结果，(b)是未经本专利技术处理的金属铈测试结果，可以看出经过本专利技术处理后腐蚀电位明显偏正，经过拟合得到腐蚀电流密度见表1所示，腐蚀电流密度由0.986μA减小到0.198μA，降低约5倍，表明其抗腐蚀性能有大幅提高。表1电化学极化曲线拟合结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对金属铈表面进行改性的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行:1)采用双离子束溅射沉积系统，利用辅源对抛光的金属铈表面进行氩离子溅射清洗，系统工作压强为0.8×10

【技术特征摘要】
1.一种对金属铈表面进行改性的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行:1)采用双离子束溅射沉积系统，利用辅源对抛光的金属铈表面进行氩离子溅射清洗，系统工作压强为0.8×10-2Pa～1.0×10-2Pa；2)同时开启主源和辅源，主源采用氩离子，氩气流量为6sccm～8sccm，辅源采用氮离子，氮气流量为4sccm～5sccm，对清洗后的金属铈进行反应溅射氮化处理，形成一层氮化铈镀层，系统工作压强为1.0×10-2Pa～2.3×10-2Pa；3)在双离子束系统不打开真空腔室的条件下，自动旋转靶台至氮化钛陶瓷靶，系统工作压强控制在1.0×10-2Pa～2.3×10-2Pa，进行氮化钛镀层溅射沉积，使氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：张政军，梁威，刘柯钊，胡殷，陈志磊，陈丽敏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11