一种钨铜合金表面类金刚石处理的方法技术

本发明专利技术属于一种在金属基复合材料表面镀覆耐磨性类金刚石碳材料的类金刚石处理的方法，包括如下步骤：(1)研磨清洗(2)磁控溅射(3)去应力退火，针对现有的钨铜合金在使用高温耐磨件时易腐蚀、抗磨损性能差的缺点，该方法处理后的钨铜合金表面膜层厚度均匀、表面硬度高、耐磨性好、热传递良好、耐腐蚀，且膜基结合良好。

【技术实现步骤摘要】
一种钨铜合金表面类金刚石处理的方法
本专利技术属于复合材料和表面处理
，特别涉及一种在金属基复合材料表面镀覆耐磨性类金刚石碳材料的类金刚石处理的方法。
技术介绍
磨损作为工程构件的三大失效形式之一，越来越受到人们的关注。钨铜复合材料是由粉末冶金技术制备的一种假合金，同时具有钨的高熔点、高硬度和铜的高导电、导热率，使其发挥特殊的减摩耐磨特性逐渐被人们用作特殊服役条件下的耐磨件，比如电视机生产线上的导轨轮，型材生产线上的导卫材料、高铁上的电弓材料等。这是因为钨铜复合材料中钨的熔点为3410℃，在高温下仍然能保持其高强硬度的特点，不易发生粘着；而低熔点的铜在高温条件下，软化后使合金表面能形成一层润滑膜，降低摩擦系数，同时铜钨复合材料还具有较好的导热性，能快速使摩擦或相对运动产生的热能扩散，降低表面温度，从而起到保护作用，延长机件使用寿命。类金刚石(Diamond-likecarbon，DLC)膜是以石墨或碳氢化合物等为原料，在低温低压下人工合成的一种含有SP3和SP2键的非晶碳膜。具有高硬度、高电阻率、耐腐蚀、良好的光学性能等，同时又具有自身独特摩擦学特性、良好的生物相容性和红外透射性。广泛应用于机械、电子、光学、医学或者航天等领域中。如具有很高的硬度和优异的抗磨损性能，因而非常适合作为硬质工具涂层，沉积在轴承、刀具等表面，不仅可以延长工具的寿命，而且还可以提高功效；热导率高，约为铜的6倍，热膨胀系数小，具有优良的抗热冲击性能，可用来制作大功率晶体管的散热镀层，减少传统散热器的面积；有良好的化学稳定性，耐腐蚀(防酸、碱、盐)性能好，不仅可作为光学元件的增透膜和保护膜，防止光学元件被飞砂擦伤或被酸、碱、盐溶液腐蚀，还应用于光盘保护膜、手表玻璃保护膜、眼镜片(玻璃、树脂)保护膜以及汽车挡风玻璃保护膜等。但是在制备DLC膜的过程中，在界面强度上仍存在以下问题：(1)膜内高的残余应力，当高能量的碳离子嵌进基板中而无法移动扩散时，DLC膜中的SP3键会因结构因素而发生扭曲，造成膜中的变形程度提高，使其产生皱摺而发生剥落现象。(2)类金刚石薄膜与金属基材的性质差异，特别是热膨胀系数的差异，使得薄膜会在界面剪切应力的作用下，而造成剥落的行为。故DLC膜层中内应力大及膜基结合强度差是制约其应用的主要技术瓶颈。本专利技术利用磁控溅射技术实现了在钨铜合金表面得到厚度均匀、膜基结合良好、耐磨性好、导热优良的类金刚石膜-钨铜合金的复合材料。
技术实现思路
针对现有的钨铜合金在使用时高温耐磨件时易腐蚀、抗磨损性能差的缺点，本专利技术提供一种钨铜合金表面类金刚石处理的方法，该方法处理后的钨铜合金表面膜层厚度均匀、表面硬度高、耐磨性好、热传递良好、耐腐蚀，且膜基结合良好。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现的：一种钨铜合金表面类金刚石处理的方法，包括如下步骤：(1)研磨清洗将钨铜合金的表面先用800-1000目的砂纸研磨，然后再抛光成镜面，最后在超声波中依次用丙酮清洗5～10分钟和去离子水清洗2～5分钟，最后再用N2吹干；(2)磁控溅射将经步骤(1)的钨铜合金装在磁控溅射设备的腔体中，1-2个靶材钨、和1-2个靶材石墨不同靶材交替间隔设置于以所述的钨铜合金为中心，20～25mm为半径的圆周上；抽真空至3～5mPa，然后再通纯度为99.99％的高纯氩气至0.5～0.8Pa；钨铜合金先旋转至靶材钨前，然后打开溅射靶材电源开关进行溅射，控制真空度为0.1～0.3Pa，电流强度为0.5-1A，沉积温度为180～220℃，沉积时间为60～90min；靶材的旋转速率为3～5转/分钟；(3)去应力退火将步骤(2)溅射好DLC膜的钨铜合金，放在600～800℃的真空炉中，在真空度不大于0.1Pa的条件下保温2～3小时，然后随炉冷却至室温。进一步地，所述的靶材钨采用钨的百分含量大于等于99.5％的尺寸为Ф120mm×20mm的柱状金属钨。进一步地，所述的靶材石墨采用百分含量大于等于99.9％的尺寸为Ф120mm×20mm的柱状石墨。进一步地，步骤(2)中所述的磁控溅射设备为英国Teer公司生产的UDP450型磁控溅射设备。进一步地，当靶材钨的个数为2个，靶材石墨的个数为2个时，相同的靶材均以钨铜合金为中心中心对称。本专利技术的原理如下：在沉积DLC时，利用空间的布置，当样品旋转至磁控W靶前面时，溅射出W等离子体；当样品旋转至磁控石墨靶前面时，主要沉积C薄膜，最终实现DLC/W多层膜的制备，钨膜层的存在是为了钨铜与类金刚石膜层结合紧密。较之前的现有技术，本专利技术的优点：工艺简单，只是需要非平衡磁控溅射设备和必要高纯石墨靶材；因为有个过渡层钨，使膜基结合力较强；得到的类金刚石膜层厚度均匀、致密、硬度高、耐磨性好、耐腐蚀、热传导性能好。附图说明图1为磁控溅射时靶材与钨铜合金样品之间的布局示意图图2为实施例1溅射后金刚石膜的拉曼光谱图(D峰说明是类金刚石，G峰说明是石墨。位于1356cm-1处的特征峰归属于无序碳，因sp3键导致sp2振动频率模式改变而使得sp3骨架峰从G峰中分离出来所致。)图3为实施例2钨铜合金表面溅射的类金刚石膜表面电镜照片。图4为实施例2钨铜合金表面溅射的类金刚石膜截面电镜照片。具体实施方式下面结合实施例及附图进一步描述本专利技术。本领域技术人员知晓，下述实施例不是对本专利技术保护范围的限制，任何在本专利技术基础上做出的改进和变化都在本专利技术的保护范围之内。实施例1本实施例的钨铜合金样品为钨铜30合金。一种钨铜合金表面类金刚石处理的方法，包括如下步骤：(1)研磨清洗在所述的钨铜合金的表面先用1000目的砂纸研磨，然后再抛光成镜面，最后在超声波中依次用丙酮清洗5分钟和去离子水洗净清洗2分钟，最后再用N2气吹干；(2)磁控溅射将经步骤(1)的钨铜合金装在磁控溅射设备的腔体中，2个靶材钨、和2个靶材石墨不同靶材交替间隔设置于以所述的钨铜合金为中心，20mm为半径的圆周上，抽真空至3～5mPa，然后再通纯度为99.99％的高纯氩气至0.5Pa；钨铜合金先旋转至靶材钨前，然后打开溅射靶材电源开关进行溅射，控制真空度为0.1Pa，电流强度为0.5-1A，沉积温度为180℃，沉积时间为60min；靶材的旋转速率为3转/分钟；(3)去应力退火将步骤(2)溅射好DLC膜的钨铜合金，放在600℃的真空炉中，在真空度不大于0.1Pa的条件下保温2小时，然后随炉冷却至室温。所述的靶材钨采用钨的百分含量大于等于99.5％的尺寸为Ф120mm×20mm的柱状金属钨。所述的靶材石墨采用百分含量大于等于99.9％的尺寸为Ф120mm×20mm的柱状石墨。当靶材钨的个数为2个，靶材石墨的个数为2个时，相同的靶材均以钨铜合金为中心中心对称。本实施例所述的磁控溅射设备为非平衡磁控溅射离子镀仪。实施例2：本实施例的钨铜合金样品为钨铜20合金。一种钨铜合金表面类金刚石处理的方法，包括如下步骤：(1)研磨清洗在所述的钨铜合金的表面先用1000目的砂纸研磨，然后再抛光成镜面，最后在超声波中依次用丙酮清洗10分钟和去离子水洗净清洗5分钟，最后再用N2气吹干；(2)磁控溅射将经步骤(1)的钨铜合金装在磁控溅射设备的腔体中，2个靶材钨、和2个靶材石墨不同靶材交替间隔设置于以所述的钨铜合金为中心，25本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钨铜合金表面类金刚石处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)研磨清洗将钨铜合金的表面先用800‑1000目的砂纸研磨，然后再抛光成镜面，最后在超声波中依次用丙酮清洗5～10分钟和去离子水清洗2～5分钟，最后再用N2吹干；(2)磁控溅射将经步骤(1)的钨铜合金装在磁控溅射设备的腔体中，将1‑2个靶材钨、和1‑2个靶材石墨设置于以所述的钨铜合金为中心，20～25mm为半径的圆周上，且不同靶材交替间隔分布；抽真空至3～5mPa，然后再通入纯度为99.99％的高纯氩气至0.5～0.8Pa；钨铜合金溅射面先旋转至靶材钨前，然后打开溅射靶材电源开关进行溅射，溅射时，控制真空度为0.1～0.3Pa，电流强度为0.5‑1A，沉积温度为180～220℃，沉积时间为60～90min；靶材的旋转速率为3～5转/分钟；(3)去应力退火将经过步骤(2)的钨铜合金，放在600～800℃的真空炉中，在真空度不大于0.1Pa的条件下保温2～3小时，然后随炉冷却至室温。

【技术特征摘要】
1.一种钨铜合金表面类金刚石处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)研磨清洗将钨铜合金的表面先用800-1000目的砂纸研磨，然后再抛光成镜面，最后在超声波中依次用丙酮清洗5～10分钟和去离子水清洗2～5分钟，最后再用N2吹干；(2)磁控溅射将经步骤(1)的钨铜合金装在磁控溅射设备的腔体中，将1-2个靶材钨、和1-2个靶材石墨设置于以所述的钨铜合金为中心，20～25mm为半径的圆周上，且不同靶材交替间隔分布；抽真空至3～5mPa，然后再通入纯度为99.99％的高纯氩气至0.5～0.8Pa；钨铜合金溅射面先旋转至靶材钨前，然后打开溅射靶材电源开关进行溅射，溅射时，控制真空度为0.1～0.3Pa，电流强度为0.5-1A，沉积温度为180～220℃，沉积时间为60～90min；靶材的旋转速率为3～5转/分钟；(3)去应力退火将经过步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄友庭，周晓龙，陈文哲，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建,35