钛基基质耐用镀层沉积法及由此得到的部件制造技术

一个在以钛为主要成分的基质上沉积耐用镀层的方法，该镀层可以由Ａｇ，或在由Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏ构成的这一组材料中选择单一的或混合的，含有或不含有像ＳｉＣ，Ｃｒ－［２］Ｃ－［３］，Ａｌ－［２］Ｏ－［３］，Ｃｒ－［２］Ｏ－［３］这的陶瓷微粒的物质组成。按照本发明专利技术，该方法由以下几步组成：ａ）喷砂使基质粗糙化，ｂ）经阴极溅射镍沉积而形成底层镍，ｃ）中间阶段的洗涤，ｄ）将部件浸入氰化浴进行活化，ｅ）最外耐用镀层的沉积。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术所涉及的范围是在钛或钛合金部件上沉积耐用镀层的方法以及用该法所获得的镀层。由于钛及其合金钝性大，人们很难在这些材料上得到附着紧密的沉积物。为了改善沉积物附着的紧密性，人们曾建议在进行耐用镀层沉积之前先对这些钛及其合金制成的部件进行初步处理，这种处理的做法是：在乙二醇，氢氟酸和醋酸混合物中进行阳极侵蚀;用乙二醇-金属氟化物或用以氟硼酸，氢氟酸及金属盐为主要成份的水溶性混合物进行处理，进行一次锌的预沉积;在浓盐酸或浓硫酸-浓盐酸中长时间进行酸洗，而后在酸性很强的浴液中进行铁、镍或钴的沉积。在所有这些方法中，需要或者说最好在进行上述初步处理后，还要在对钛无污染的气氛下进行400-800℃的热处理，这样可以提高金属镀层的牢度。尽管如此，这种牢度也总不是完美的。特别是这样得到的镀层是经不起加工或磨削的。文献资料FR-A-1  322  970建议在氧化剂中进行化学初步处理，即在35-100℃的温度下用三氧化铬，碱金属磷酸盐和氢氟酸作用于要处理的部件5-30分钟。然而这种方法有两个缺点：一是在镀层中有氢化物生成，二是在以后的电解过程中，基质-->中一定会发生人们所不希望的氢的透入。本专利技术的目的在于不用对基质预先进行化学处理以消除氢化物的产生，并且在耐用镀层沉积的电解过程中防止了氢的透入，这样就可以消除上述的两个缺点。本专利技术的目的还在于要使覆盖耐用镀层的钛部件的疲劳应力下降低于前面的方法，这样，经覆盖耐用镀层处理的钛材料就可以用做周期性疲劳部件，而前面方法处理的材料则不能在这样的情况下使用。本专利技术的目的在于通过阴极溅射磁控管进行镍的沉积技术而实施一种沉积方法，以确保形成一个与基质附着力特强的底层，再在基质进行电解沉积时，完成最终的耐用镀层的沉积。本专利技术的目的特别是在于确定通过阴极溅射进行的，能够适合以后的电解沉积的镍沉积参数。本专利技术所涉及的就是在由钛为主要成份的基质上沉积一个耐用镀层的方法，这一耐用镀层可以由Ag或在由Cr，Ni，Co构成的这一组材料中选择单一的或混合的，含有或不含有像SiC，Cr2C3，Al2O3，Cr2O3这样的陶瓷微粒的物质组成。这一沉积过程以包括下列步骤为特征：a）经喷砂处理使基质表面粗糙化。b）经阴极溅射进行镍沉积而形成一底层镍。c）中间阶段洗涤。d）将部件浸入氰化浴进行电解活化。e）电解镍层沉积。f）最后的耐用镀层的沉积。这一镀层可以由Ag或在由Cr，Ni，Co构成的这一组材料中选择单一或混合的，含有或不含有像-->图中曲线给出了不同回转弯曲周期次数的实验条件下样品可以承受的应力大小。为了更详细地说明本专利技术，我们通过一些实例来阐明沉积的方法。试样为浇铸的TA6V钛合金。所用的试样如下：-高度为80毫米，直径为30毫米的棒，-尺寸为100×20×2毫米的板，-经过扩孔（直径为30毫米，高度为12毫米）的棒。操作过程首先是用50微米大小的刚玉干法喷砂或用40微米大小的石英寸湿法喷砂使基质粗糙化，前面已经表明这一操作之所以要进行，是因为它可以使后面进行的镍沉积在基质上具有满意的附着力。而后将部件放入减压到二级高真空（3×10-4～3×10-1帕）的真空装置中。采用离子轰击技术对基质进行物质清除，作法是：将部件置入惰性气氛中，例如往真空装置中通入氩气，压力为1×10-1～50帕，并在基质上加一负电压，这样，在真空装置中进行发光放在时将离子吸引到基质上来。功率密度为0.05～0.4瓦/厘米2，实验表明功率密度最好为0.1～0.15瓦/厘米2，时间为15～20分钟。对基质进行离子轰击清除之后，进行底层镍的沉积。沉积的方法选用的是阴极溅射沉积法，选择此法的原因前面已经指出。人们知道这一技术为在0.1～10帕的低压气体中和不加热的条件下的发光等离子沉积。这里的被沉积物是镍，叫做靶，置作阴极，形状为几毫米厚的板，将其放入真空装置。基质是被置作阳极的。-->SiC，Cr2C3，Al2O3，Cr2O3这样的陶瓷微粒的物质组成。按照本专利技术的特点，步骤（b）可以由连续的两段分步（b1）和（b2）在惰性气体中进行：b1）在1×10-1～50帕的压力下的真空装置中对基质进行离子轰击清除。b2）通入氩气造成惰性气氛，在压力为2×10-1～5帕的真空装置中进行阴极溅射镀镍。阶段（b2）用阴极磁控管阴极溅射来实施则更为有利，最好压力为0.4～0.8帕。本专利技术的方法的其他特征将在后面说明。同样，本专利技术所涉及的是在以钛为主要成份的基质上沉积一耐用镀层而得到的部件，这种部件从基质到其表面具有：1.通过磁控管阴极溅射沉积的一层镍，其厚度为3～7微米。2.一个电解镍层，这层镍是这样得到的：先在酸化浴中预镀镍，随后在氨基磺酸盐浴中镀镍。电解镍层厚度为18～20微米。3.最外面的耐用镀层，这一层可以由Ag或在由Cr，Ni，Co组成的这一组材料中选择单一的或混合的，含有或不含有像SiC，Cr2C3，Al2O3，Cr2O3这样的陶瓷微粒的物质组成，这一层的厚度大于80微米。本专利技术的方法的其他特征将在后面的说明中描述。所附的两张图给出了TA6V环形试样的回转弯曲疲劳试验曲线。这些试样的技术状态符合专利FR-A-1322970或本专利技术。不同试样的加工状况见图中注释。-->在低压下，真空装置中两电极间的电场使残余气体发生电离，造成两极间产生辉光云。辉光气体中含有正离子，被沉积物作为靶带有吸引正离子的负极化电压。在正离子的击下，靶上原子脱离靶后凝聚到基质上。这样，基质上就覆盖了一层与靶相同的材料。更确切地讲，本专利技术所选择的实施方法是通过阴极磁控管进行阴极溅射而形成底层镍的沉积，这样不仅可以增大镍的附着量，而且也是为了适应工业生产的需要，增大沉积速度，缩短所需时间。使用磁控管，发挥电场与磁场的共同作用，将一强磁场放置在与电场相互垂直的方向上，即平行于靶的方向。电场和磁场重合使用的效果可以使电子轨迹围绕磁力线方向螺旋前进，这可以显著加大阴极附近气体分子电离的机会。由阴极发射出的二次电子，由于其轨迹的延长而提高了电离效率。这一阴极附近离子密度的增大使阴极受离子轰击的机会大大增加，因而对于施加同样的电压来说，由阴极发射出的原子数目就增大了。按照本专利技术，加到被量作阳极的，将要覆盖一耐用镀层的基质上的极化电压为-20～-500伏。最好的结果表明这一电压在-100～-150伏之间。靶由纯镍制成，轰击功率密度为70～700瓦/分米2，这一功率密度的选择决定于将覆盖耐用镀层的基质所能承受的温度。阴极溅射在惰性气氛下进行，压力为0.2～5帕，最佳效果为0.2～0.8帕。用45～60分钟的时间就足可以得到5～7微米厚的镍沉积，这表明比以前的技术有明显的优势，以前需要数小时才行。-->然后，部件需进行碱法脱脂，在浓度为30～45克/升的Turco  4215  NCLT或40～60克/升的Ardrox  PST39（牌号）的水溶液中浸泡3～7分钟（典型的为5分钟）。再用冷水冲洗，直至能够形成连续的水膜，证实已完全脱脂。将部件浸入浓度为60～80克/升KCN和10～50克/升K2CO3的水溶液中，在1.5～3安/分米2的电流密度下对部件进行一分钟的电解活化。再进行一次冷水中冲洗，然后进行电解镀镍。电解镀镍分两步进行：e1）：在下述条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐用镀层在以钛为主要组份的基质上的沉积方法，这种镀层可为Ａｇ，或在由Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏ这一组材料中选择单一或组合的，含有或不含有像ＳｉＣ，Ｃｒ↓［２］Ｃ↓［３］，Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］，Ｃｒ↓［ａ］Ｏ↓［３］这样的陶瓷微粒的物质构成。这一沉积方法的特征在于包括以下步骤：ａ）喷砂使基质粗糙化，ｂ）经阴极溅射进行镍沉积而形成一底层镍，ｃ）中间阶段的洗涤，ｄ）将部件浸入氧化浴进行活化，ｅ）电解镍层的沉积，ｆ）最后的耐用镀层的沉积，该镀层可以由Ａｇ或在由Ｃｒ ，Ｎｉ，Ｃｏ构成的这一组材料中选择单一或混合的，含有或不含有像ＳｉＣ，Ｃｒ↓［２］Ｃ↓［３］，Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］这样的陶瓷微粒的物质构成。

【技术特征摘要】
FR 1990-7-26 90095541、一种耐用镀层在以钛为主要组份的基质上的沉积方法，这种镀层可为Ag，或在由Cr，Ni，Co这一组材料中选择单一或组合的，含有或不含有像SiC，Cr2C3，Al2O3，CraO3这样的陶瓷微粒的物质构成。这一沉积方法的特征在于包括以下步骤：a)喷砂使基质粗糙化，b)经阴极溅射进行镍沉积而形成一底层镍，c)中间阶段的洗涤，d)将部件浸入氧化浴进行活化，e)电解镍层的沉积，f)最后的耐用镀层的沉积，该镀层可以由Ag或在由Cr，Ni，Co构成的这一组材料中选择单一或混合的，含有或不含有像SiC，Cr2C3，Al2O3，Cr2O3这样的陶瓷微粒的物质构成。2、权利要求1的沉积方法，其特征在于步骤（b）包括在惰性气体气氛下实施的两个连续的分步骤b1和b2，即：b1）在1×10-1～50帕压力的真空装置中对基质进行离子轰击清除。b2）通入氩气造成惰性气体气氛，在2×10-1～5帕压力的真空装置中进行阴极溅射镀镍。3、权利要求2的沉积方法，其特征在于分步骤（b2）实施的压力条件为0.4～0.8帕。4、权利要求2或3其中之一的沉积方法，其特征在于分步骤（b2）是通过阴极磁控管进行阴极溅射来完成的。5、权利要求2或3其中之一的沉积方法，其特征在于被覆盖耐用镀层的基质被置作阳极，极...

【专利技术属性】
技术研发人员：MR鲁西恩，RM迈尔，
申请(专利权)人：航空发动机的结构和研究公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]