一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法，该方法为：一、对金属螺纹表面进行抛光处理，去除油污后进行脱水处理；二、喷砂粗化处理；三、将金属螺纹置于真空阴极电弧沉积设备中溅射刻蚀，得到表面活化的金属螺纹；四、通入氩气，对表面活化的金属螺纹进行第一次镀膜处理，得到表面具有镍涂层的金属螺纹；五、在氩气气氛下，采用纯银材质的阴极电弧源对金属螺纹进行第二次镀膜处理，得到表面具有镍银复合涂层的金属螺纹。本发明专利技术采用PVD在金属螺纹表面制备减磨防锁死涂层，形成的涂层结合力强，耐腐蚀，摩擦系数低，可靠性高，可以实现提高螺丝紧固力，防止金属螺纹咬合锁死的目的，能延长金属螺纹在重载、腐蚀等恶劣环境下的服役寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法
本专利技术属于螺纹防锁死涂层制备
，具体涉及一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法。
技术介绍
随着航空航天、舰船制造领域对于强度高、耐蚀性好的螺纹紧固件的需求，钛合金及不锈钢材料的螺纹紧固件大量使用，通常此类金属化学活性都比较高，因其表面产生的致密钝化层使得材料耐蚀性能优于普通钢制紧固件。但钛合金、不锈钢表面硬度低，耐摩性能差，对黏着磨损较敏感。在大扭矩重载荷条件下螺纹间局部摩擦与温升会破坏材料表面的钝化层，使得金属直接摩擦变形进而黏着融合。随着黏着现象持续发生以及粘着区域增大时，会导致螺纹完全锁死再也无法拆卸或紧固，造成构件失效。为此，科研人员研究了包括材料表面改性、涂覆润滑涂层的方法阻碍螺纹间发生变形以及黏着失效，达到螺纹在腐蚀、重载、频繁紧固条件下中长期服役的目的。目前，针对钛合金、不锈钢螺纹锁死的问题，出现了很多方法，比如表面涂覆含二硫化钼、石墨、云母或滑石粉的油膏来润滑螺纹；采用电化学处理增加钝化层厚度、采用电镀处理制备隔离涂层等，但受螺纹使用环境和涂层制备工艺的限制，难以取得满意的效果。比如润滑膏剂易脱落失效以及造成润滑剂二次污染；电镀、电化学处理造成钛合金、不锈钢材料氢脆以及钛合金存在难以电镀的问题，都增加了螺纹制造和使用安装过程的复杂性，无法满足螺纹连接更高的需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法。该方法采用PVD技术在金属螺纹表面制备减磨防锁死涂层，形成的涂层结合力强，耐腐蚀，摩擦系数低，可靠性高，可以实现提高螺丝紧固力，防止金属螺纹咬合锁死的目的，能延长金属螺纹在重载、腐蚀等恶劣环境下的服役寿命。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、对金属螺纹表面进行抛光处理，然后去除经抛光处理后的金属螺纹表面的油污，再对去除油污后的金属螺纹进行脱水处理；步骤二、对步骤一中经脱水处理后的金属螺纹表面进行喷砂粗化处理；步骤三、将步骤二中经喷砂粗化处理后的金属螺纹置于真空阴极电弧沉积设备的真空室内，在真空条件下对金属螺纹施加-1000V～-1500V的电压，形成的电场对阴极电弧源放电产生的金属离子束流进行加速后溅射刻蚀螺纹表面的钝化层，得到表面活化的金属螺纹；所述阴极电弧源的材质为纯镍，阴极电弧电流为45A～100A；溅射刻蚀过程中真空室的真空度为0.01Pa～0.1Pa，温度为150℃～250℃，溅射刻蚀的时间为5min～15min；步骤四、向步骤三中所述真空阴极电弧沉积设备的真空室内通入氩气至真空度为0.1Pa～0.5Pa，然后采用纯镍材质的阴极电弧源对步骤三中所述表面活化的金属螺纹进行第一次镀膜处理，得到表面具有镍涂层的金属螺纹；第一次镀膜处理过程中真空室的温度为150℃～350℃，表面活化的金属螺纹上施加的电压为-50V～-350V；第一次镀膜处理的阴极电弧电流为45A～75A，第一次镀膜处理的时间为15min～60min；步骤五、在氩气气氛下，采用纯银材质的阴极电弧源对步骤四中所述表面具有镍涂层的金属螺纹进行第二次镀膜处理，得到表面具有镍银复合涂层的金属螺纹；第二次镀膜处理过程中真空室的真空度为0.1Pa～0.5Pa，温度为150℃～350℃，表面具有镍涂层的金属螺纹上施加的电压为-50V～-350V；第二次镀膜处理的阴极电弧电流为40A～75A，第二次镀膜处理的时间为30min～90min。上述的一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述抛光处理采用振动光饰去除金属螺纹表面的毛刺，所述振动光饰采用的磨料为粒度1mm～5mm的白刚玉颗粒，振动光饰的时间为5min～20min。上述的一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法，其特征在于，步骤一中所述金属螺纹的材质为钛、钛合金或不锈钢。上述的一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法，其特征在于，步骤二中所述喷砂粗化处理采用的砂粒为200目～300目玻璃珠或200目～300目钢珠，喷砂压力为0.1MPa～0.5MPa，喷砂时间为10s～200s。上述的一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法，其特征在于，步骤三中所述纯镍和步骤四中所述纯镍的质量纯度均为99.9％以上，步骤五中所述纯银的质量纯度为99.9％以上。上述的一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法，其特征在于，步骤五中所述表面具有镍银复合涂层的金属螺纹中镍涂层的厚度为0.5μm～5μm，银涂层的厚度为0.5μm～5μm。上述的一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法，其特征在于，所述镍涂层的厚度为0.5μm～2μm。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术可靠的解决了金属螺纹紧固时由于螺纹间隙局部摩擦与温度上升破坏金属表面钝化层，使得金属表面产生黏着，造成螺纹锁死失效的问题。2、本专利技术在PVD之前对金属螺纹表面进行喷砂处理，并在真空阴极电弧沉积设备中对金属螺纹表面进行离子溅射，溅射刻蚀螺纹表面钝化层，实现金属螺纹表面活化，能有效提高涂层与金属螺纹基体的结合强度，延长了涂层使用寿命，同时能有效减小螺纹摩擦副初始摩擦系数。3、本专利技术采用真空阴极电弧沉积设备在活化后的金属螺纹表面镀镍涂层和银涂层，镍涂层硬度高，具有较好的化学稳定性，与钛合金、不锈钢或铝合金等金属有良好的相容性，银涂层质地较软，Ag原子容易扩散滑移，螺纹互相摩擦时不易形成磨屑造成镀层破坏，同时具备良好的化学稳定性，耐蚀性好。4、本专利技术采用PVD技术在金属螺纹表面制备减磨防锁死涂层，形成的涂层结合力强，耐腐蚀，摩擦系数低，可靠性高，可以实现提高螺丝紧固力，防止金属螺纹咬合锁死的目的，能延长金属螺纹在重载、腐蚀等恶劣环境下的服役寿命。下面结合附图和实施例，对本专利技术技术方案做进一步的详细说明。附图说明图1为316不锈钢螺纹和本专利技术实施例1制备的具有镍银复合涂层的金属螺纹的摩擦系数测试曲线。图2为TC4钛合金螺纹和本专利技术实施例2制备的具有镍银复合涂层的金属螺纹的摩擦系数测试曲线。具体实施方式实施例1本实施例所用金属螺纹为316不锈钢螺纹，螺纹防锁死涂层的制备方法为：步骤一、采用振动光饰对金属螺纹表面进行抛光处理去除金属螺纹表面的毛刺，然后采用丙酮超声波清洗去除经抛光处理后的金属螺纹表面的油污，再用酒精超声波脱水处理；所述振动光饰采用的磨料为粒度2mm～3mm的白刚玉颗粒，振动光饰的时间为20min；步骤二、对步骤一中经脱水处理后的金属螺纹表面进行喷砂粗化处理，喷砂粗化处理采用的砂粒为200目～300目钢珠，喷砂压力为0.5MPa，喷砂时间为200s；步骤三、将步骤二中经喷砂粗化处理后的金属螺纹置于真空阴极电弧沉积设备的真空室内，在真空度为0.1Pa的条件下对金属螺纹施加-1300V的电压，形成的电场对阴极电弧源放电产生的金属离子束流进行加速后溅射刻蚀螺纹表面的钝化层，得到表面活化的金属螺纹；所述阴极电弧源的材质为质量纯度99.9％以上的纯镍，阴极电弧电流为100A；溅射刻蚀过程中真空室的温度为150℃，溅射刻蚀的时间为15min；步骤四、向步骤三中所述真空阴极电弧沉积设备的真空室内通入氩气至真空度为0.5Pa，然后采用质量纯度99.9％以上的纯镍材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、对金属螺纹表面进行抛光处理，然后去除经抛光处理后的金属螺纹表面的油污，再对去除油污后的金属螺纹进行脱水处理；步骤二、对步骤一中经脱水处理后的金属螺纹表面进行喷砂粗化处理；步骤三、将步骤二中经喷砂粗化处理后的金属螺纹置于真空阴极电弧沉积设备的真空室内，在真空条件下对金属螺纹施加‑1000V～‑1500V的电压，形成的电场对阴极电弧源放电产生的金属离子束流进行加速后溅射刻蚀螺纹表面的钝化层，得到表面活化的金属螺纹；所述阴极电弧源的材质为纯镍，阴极电弧电流为45A～100A；溅射刻蚀过程中真空室的真空度为0.01Pa～0.1Pa，温度为150℃～250℃，溅射刻蚀的时间为5min～15min；步骤四、向步骤三中所述真空阴极电弧沉积设备的真空室内通入氩气至真空度为0.1Pa～0.5Pa，然后采用纯镍材质的阴极电弧源对步骤三中所述表面活化的金属螺纹进行第一次镀膜处理，得到表面具有镍涂层的金属螺纹；第一次镀膜处理过程中真空室的温度为150℃～350℃，表面活化的金属螺纹上施加的电压为‑50V～‑350V；第一次镀膜处理的阴极电弧电流为45A～75A，第一次镀膜处理的时间为15min～60min；步骤五、在氩气气氛下，采用纯银材质的阴极电弧源对步骤四中所述表面具有镍涂层的金属螺纹进行第二次镀膜处理，得到表面具有镍银复合涂层的金属螺纹；第二次镀膜处理过程中真空室的真空度为0.1Pa～0.5Pa，温度为150℃～350℃，表面具有镍涂层的金属螺纹上施加的电压为‑50V～‑350V；第二次镀膜处理的阴极电弧电流为40A～75A，第二次镀膜处理的时间为30min～90min。...

【技术特征摘要】
1.一种PVD制备螺纹防锁死涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、对金属螺纹表面进行抛光处理，然后去除经抛光处理后的金属螺纹表面的油污，再对去除油污后的金属螺纹进行脱水处理；步骤二、对步骤一中经脱水处理后的金属螺纹表面进行喷砂粗化处理；步骤三、将步骤二中经喷砂粗化处理后的金属螺纹置于真空阴极电弧沉积设备的真空室内，在真空条件下对金属螺纹施加-1000V～-1500V的电压，形成的电场对阴极电弧源放电产生的金属离子束流进行加速后溅射刻蚀螺纹表面的钝化层，得到表面活化的金属螺纹；所述阴极电弧源的材质为纯镍，阴极电弧电流为45A～100A；溅射刻蚀过程中真空室的真空度为0.01Pa～0.1Pa，温度为150℃～250℃，溅射刻蚀的时间为5min～15min；步骤四、向步骤三中所述真空阴极电弧沉积设备的真空室内通入氩气至真空度为0.1Pa～0.5Pa，然后采用纯镍材质的阴极电弧源对步骤三中所述表面活化的金属螺纹进行第一次镀膜处理，得到表面具有镍涂层的金属螺纹；第一次镀膜处理过程中真空室的温度为150℃～350℃，表面活化的金属螺纹上施加的电压为-50V～-350V；第一次镀膜处理的阴极电弧电流为45A～75A，第一次镀膜处理的时间为15min～60min；步骤五、在氩气气氛下，采用纯银材质的阴极电弧源对步骤四中所述表面具有镍涂层的金属螺纹进行第二次镀膜处理，得到表面具有镍银复合涂层的金属螺纹；第二次镀膜处理过程中真空室的真...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝云，高广睿，王彦峰，李争显，屈静，罗晓峰，
申请(专利权)人：西安赛福斯材料防护有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61