本发明专利技术公开了一种铍铜合金表面TiN/Ti复合渗层的制备方法，属于金属材料表面改性技术领域。该制备方法包括：①铍铜合金工件预处理；②在等离子渗金属炉中进行等离子渗钛工艺；③将渗钛后的铍铜工件置于常规离子氮化炉中进行氮化；最终得到铍铜合金TiN/Ti复合渗层。将等离子表面合金化技术与离子氮化技术相结合，在软质铍铜合金表面形成TiN/Ti复合渗层，所获得的复合渗层具有良好的耐磨性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于金属材料表面改性
技术介绍
铍铜合金由于其良好的导电、导热性、较高的弹性极限等优点，被广泛用于电子电器、航空航天、石油化工等多种领域，已经成为国民经济建设中不可缺少的重要工业材料。由于QBel.9合金的硬度低、耐磨性差，对于用于摩擦环境的铍铜合金零件如齿轮、测试探针、弹片等，常会因其硬度低而磨损严重。热处理是目前提高QBel.9合金力学性能的主要方法。然而受QBel.9合金成分、结构等的限制，热处理后铍铜合金硬度提高幅度有限，对耐磨性的改善作用不明显。TiN具有高硬度、低摩擦系数以及良好的耐磨性和耐腐蚀性，是制备硬质表层的较好的材料。就铍铜合金而言，由于其基体较软，难以支撑其上硬质TiN薄膜，加之TiN薄膜与基体间的结合力较弱，在铍铜合金表面直接制备硬质薄膜对耐磨性的改善作用微乎其微。
技术实现思路
本专利技术旨在克服在软基体表面直接制备硬质薄膜的局限，提供，将等离子表面合金化技术与离子氮化技术相结合，在软质铍铜合金表面形成TiN/Ti复合渗层，所获得的复合渗层具有良好的耐磨性。本专利技术提供的，包括以下步骤: (1)铍铜合金工件预处理:将铍铜合金工件表面经SiC水洗砂纸打磨一金刚石粉抛光—丙酮清洗，干燥后备用； (2)将预处理后的铍铜合金工件置于等离子渗金属炉内的阴极垫板上，并在其周围加一辅助阴极，在辅助阴极上设有孔；纯钛板通过靶阴极架置于铍铜合金工件上方，纯钛板位于辅助阴极内，与铍铜合金工件间距15?25 mm ； (3)将铍铜合金工件与工件电源连接，成为工件极，再将纯钛板通过靶阴极架与靶电源连接，成为源极； (4)将等离子渗金属炉抽至极限真空，通入氩气，接通工件电源，产生气体放电，离子轰击铍铜合金工件10?20 min，工作气压为20?50 Pa ； (5)接通钛靶电源，在工件和源极两极间产生空心阴极效应，当温度增加至750?900°(:时，保持工作气压30?50 Pa,在工件和源极电压分别为300?500 V和580?800 V条件下，开始进行铍铜合金表面钛合金层的制备，渗钛时间0.5-3 h ;渗钛结束后断开工件和靶电源，控制氩气通量为160-180 mL/min，维持氩气通入时间1.5?2.5 h，使铍铜合金工件快速冷到室温； (6)将渗钛后的铍铜合金工件置于常规离子氮化炉中，选择NH3为渗氮气体，气压为400?550 Pa，渗氮温度为600?700 °C，阴极电压为650?800 V，阴极电流为25?28A，渗氮6?15 h后，维持正常辉光放电冷却0.5?1 h，断开电源，关闭气体，随炉冷却至室温；即得铍铜合金TiN/Ti复合渗层。优选地，所述铍铜合金表面TiN/Ti复合渗层的制备方法，包括以下步骤: (1)铍铜合金工件预处理:将铍铜合金工件表面经SiC水洗砂纸打磨一金刚石粉抛光—丙酮清洗，干燥后备用； (2)将预处理后的铍铜合金工件置于等离子渗金属炉内的阴极垫板上，并在其周围加一辅助阴极，在辅助阴极上设有孔；纯钛板通过靶阴极架置于铍铜合金工件上方，纯钛板位于辅助阴极内，与铍铜合金工件间距18?22 mm ; (3)将铍铜合金工件与工件电源连接，成为工件极，再将纯钛板通过靶阴极架与靶电源连接，成为源极； (4)将等离子渗金属炉抽至极限真空，通入氩气，接通工件电源，产生气体放电，离子轰击铍铜合金工件15?18 min，工作气压为30?40 Pa ； (5)接通钛靶电源，在工件和源极两极间产生空心阴极效应，当温度增加至830?860°(:时，保持工作气压33?38 Pa,在工件和源极电压分别为350?400 V和600?700 V条件下，开始进行铍铜合金表面钛合金层的制备，渗钛时间为0.5-3 h ;渗钛结束后断开工件和靶电源，控制氩气通量为170-175 mL/min，维持氩气通入时间1.5?1.8 h，使铍铜合金工件快速冷到室温； (6)将渗钛后的铍铜合金工件置于常规离子氮化炉中，选择NH3为渗氮气体，气压为480?500 Pa，渗氮温度为630?660 °C，阴极电压为680?730 V，渗氮8?10 h后，维持正常辉光放电冷却0.5?0.7 h，断开电源，关闭气体，随炉冷却至室温；即得铍铜合金TiN/Ti复合渗层。上述制备方法中，所述的等离子渗金属炉的结构如下: 炉壳为圆柱形结构，炉壳内中心设有工件阴极，工件阴极上方为阴极垫板，铍铜合金工件位于阴极垫板上部中央，阴极垫板上方设有筒状辅助阴极将工件置于其中，在辅助阴极上方10 cm处加工3-Φ8 mm孔，便于工作气体通入；铍铜合金工件上方设有与革E阴极架连接的纯钛板，纯钛板位于辅助阴极内，与铍铜合金工件的间距为15?25 mm ;铍铜合金工件与工件电源连接，成为工件极，纯钛板通过靶阴极架与靶电源连接，成为源极；炉底板开孔分别连接气源和抽真空装置。本专利技术的有益效果: 通过等离子渗钛和氮化复合处理，在铍铜合金表面制备TiN/Ti复合渗层，渗层与渗层之间、渗层与基体之间的界面以扩散层连接，具有较好的结合强度。其中，富TiN表层保持了 TiN高硬、耐磨等优良性能，而在次表层形成的钛扩散过渡层增强基体对硬质TiN表层的综合承载能力，使铍铜合金耐磨性得到明显改善，对拓宽铍铜合金的应用具有重要意义。【附图说明】图1为等离子渗金属炉装置的结构示意图； 图2为铍铜合金T1-N复合渗后合金元素沿渗层分布曲线图； 图3为铍铜合金基材与实施例1~实施例3的T1-N复合渗后的摩擦系数图； 图4为铍铜合金基材与实施例1~实施例3的T1-N复合渗后的比磨损率图； 图中:1-炉壳，2-辅助阴极，3-纯钛板，4-铍铜合金工件，5-阴极垫板，6-炉底板，7-充气孔，8-工件阴极，9-抽气孔，10-靶阴极架，11-工件电源，12-靶电源。【具体实施方式】下面通过实施例来进一步说明本专利技术，但不局限于以下实施例。首先对本专利技术使用的工艺设备进行如下说明: 如图1所示，本专利技术采用的等离子渗金属炉的结构如下: 炉壳1为圆柱形结构，炉壳1内中心设有工件阴极8，工件阴极8上方为阴极垫板5，铍铜合金工件4位于阴极垫板5上部中央，阴极垫板5上方设有筒状辅助阴极2，在辅助阴极2上方10 cm处加工3-Φ8 mm孔，便于工作气体通入；铍铜合金工件4上方设有与革E阴极架10连接的纯钛板3，纯钛板3位于辅助阴极2内，纯钛板3与铍铜合金工件4间距为15?25 mm ;铍铜合金工件4与工件电源11连接，成为工件极，纯钛板3通过靶阴极架10与靶电源12连接，成为源极；炉底板6分别设有充气孔7和抽气孔9，充气孔7连接气源，抽气孔9连接抽真空装置。本专利技术离子氮化工艺中选择的是常规离子氮化炉。实施例1: 本实施例提供的铍铜合金表面TiN/Ti复合渗层的制备方法，包括以下步骤: (1)铍铜合金工件预处理:将铍铜合金工件表面经SiC水洗砂纸打磨一金刚石粉抛光—丙酮清洗，干燥后备用； (2)将预处理后的铍铜合金工件4置于等离子渗金属炉内的阴极垫板5上，并在其周围加一辅助阴极2，在辅助阴极上加工孔洞，便于工作气体通入；纯钛板3通过靶阴极架10置于铍铜合金工件上方，纯钛板3位于辅助阴极内，与铍铜合金工件间距18 mm ; 靶材选择纯本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铍铜合金表面TiN/Ti复合渗层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1) 铍铜合金工件预处理：将铍铜合金工件表面经SiC水洗砂纸打磨→金刚石粉抛光→丙酮清洗，干燥后备用；(2) 将预处理后的铍铜合金工件置于等离子渗金属炉内的阴极垫板上，并在其周围加一辅助阴极，在辅助阴极上设有孔；纯钛板通过靶阴极架置于铍铜合金工件上方，纯钛板位于辅助阴极内，与铍铜合金工件间距15～25 mm；(3) 将铍铜合金工件与工件电源连接，成为工件极，再将纯钛板通过靶阴极架与靶电源连接，成为源极；(4) 将等离子渗金属炉抽至极限真空，通入氩气，接通工件电源，产生气体放电，离子轰击铍铜合金工件10～20 min，工作气压为20～50 Pa；(5) 接通钛靶电源，在工件和源极两极间产生空心阴极效应，当温度增加至750～900 ℃时，保持工作气压30～50 Pa，在工件和源极电压分别为300～500 V和580～800 V条件下，开始进行铍铜合金表面钛合金层的制备，渗钛时间为0.5~3 h；渗钛结束后断开工件和靶电源，控制氩气通量为160‑180 mL/min，维持氩气通入时间1.5～2.5 h，使铍铜合金工件快速冷到室温；(6) 将渗钛后的铍铜合金工件置于常规离子氮化炉中，选择NH3为渗氮气体，气压为400～550 Pa，渗氮温度为600～700 ℃，阴极电压为650～800 V，渗氮6～15 h后，维持正常辉光放电冷却0.5～1 h，断开电源，关闭气体，随炉冷却至室温；即得铍铜合金TiN/Ti复合渗层。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘小萍，于盛旺，林乃明，王振霞，刘琳，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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