一种干簧管继电器触点用多层膜结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种干簧管继电器触点用多层膜结构及其制备方法，该多层膜结构由基体上依次沉积的钼底层、渐变涂层、硬质涂层以及纳米涂层构成，由于其以表层的纳米层作为疲劳磨损层，可实现与低硬度膜层具有相同的表面接触面积，减小接触疲劳磨损，而纳米涂层以下的硬质涂层可满足无疲劳磨损的性能要求，进而使该多层膜结构在使用过程中能够保持稳定的低接触电阻。该多层膜结构采用非平衡磁控直流或脉冲溅射方式制备，利用电磁场控制的等离子增强反应性，实现具有离子镀特点的触点磁控溅射镀膜工艺，具有操作简单，制备的多层膜结构性能佳等优点。

A multilayer structure for reed relay contact and its preparation method

The invention discloses a multi-layer film structure for the contact of reed relay and a preparation method thereof. The multi-layer film structure is composed of molybdenum bottom layer, gradual change coating, hard coating and nano coating successively deposited on the substrate. Because the nano layer on the surface is used as the fatigue wear layer, it can achieve the same surface contact area as the low hardness film layer and reduce the contact fatigue wear The hard coating below the meter coating can meet the performance requirements of no fatigue wear, so that the multilayer structure can maintain stable low contact resistance in the use process. The multilayer structure is prepared by unbalanced magnetron DC or pulse sputtering, and the reaction is enhanced by plasma controlled by electromagnetic field. The contact magnetron sputtering process with the characteristics of ion plating is realized, which has the advantages of simple operation and good structure performance.

【技术实现步骤摘要】
一种干簧管继电器触点用多层膜结构及其制备方法
本专利技术公开涉及继电器的
，尤其涉及一种干簧管继电器触点用多层膜结构及其制备方法。
技术介绍
继电器作为一种常用的控制组件，可以用较小的电流控制较大的电流，具有控制电路与被控制电路之间的互动关系，在电路中起到自动调节、安全保护以及转换电路等作用。干簧管继电器作为继电器中的一种，其性能与内部弹性磁簧端面触点材料的机械和电气特性密切相关。目前，主要采用两种方式来改善磁簧端面的触点性能，一种方式为在磁簧端面触点处镀一层贵金属铑或钌，使开关性能稳定的同时延长使用寿命长；另一种方式为在磁簧端面触点处镀一层钼厚膜，但上述两种方式在疲劳和寿命方面，均难以满足大功率干簧管的要求。参见图1，干簧管主要由封闭的玻璃管1、弹性磁簧片2及触点膜层3组成，通过封闭的玻璃管1获得较大的开、关容量，固定和可动引线的触点部为高透磁率铁镍合金，表面粗糙度的下限为0.02μm、上限为0.08μm，弹性磁簧片2端面的触点膜层3也要达到此粗糙度要求，触点膜层3厚度要大于10μm以上，同时使弹性磁簧片2之间保持所需间距。一般电子束蒸发镀钼膜能够达到的表面粗糙度的上限大约在0.08μm，而使用溅射镀膜技术的镀钼膜在厚度达到15μm以上时，其表面粗糙度要求多高于要求的上限值。膜层粗糙度过大会造成膜接触疲劳磨损加快，磨损产生的粉尘量过多时会附着在触点膜层3周围，影响触点开合，干扰干簧管使其产生误动作。在使用过程中，干簧管的触点膜层3在接触中产生接触疲劳磨损，磨损程度和磨损量主要取决于材料硬度，当材料硬度大于15GPa后，磨损量降低到可以忽略不记，但因为与低硬度材料表面磨损形式不同，高硬度的触点膜层3随接触疲劳磨损时间加长，表面接触面积会相对变小从而使接触电阻变得越来越大，以至于超过要求的接触电阻值，这个硬度和接触电阻值的矛盾一直没有得到更好的解决。因此，如何研发一种新型的多层膜结构，以解决上述问题，成为人们亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种干簧管继电器触点用多层膜结构及其制备方法，以至少解决现有继电器触点膜层存在粗糙度大，容易产生接触疲劳磨损，导致接触电阻不稳定的问题。本专利技术一方面提供了一种干簧管继电器触点用多层膜结构，该多层膜结构包括：基体、沉积在所述基体表面的钼底层、沉积在所述钼底层表面的渐变涂层、沉积在所述渐变涂层表面的硬质涂层以及沉积在所述硬质涂层表面的纳米涂层；所述硬质涂层的硬度为15GPa～30GPa；所述纳米涂层的硬度为5GPa～7GPa。优选，所述基体为铁镍合金基体；所述渐变涂层为碳化钼渐变涂层、氮化钼渐变涂层、碳化钼钨渐变涂层或氮化钼钨渐变涂层中的一种；所述硬质涂层与所述渐变涂层相对应，为碳化钼层、氮化钼层、碳化钼钨层或氮化钼钨层中的一种；所述纳米涂层为钼纳米涂层或钼与钼钨合金的纳米阶梯涂层。进一步优选，所述钼底层的厚度为0.5μm～1μm。进一步优选，所述渐变涂层的厚度为2μm～3μm。进一步优选，所述硬质涂层的厚度为13μm～14μm。进一步优选，所述纳米涂层的厚度为80nm～120nm。本专利技术另一方面还提供了一种上述干簧管继电器触点用多层膜结构的制备方法，具体包括如下步骤：1)将基体研磨抛光后，装入回转夹具放入真空室进行等离子轰击清洗，备用；2)在溅射镀膜室内沿周向间隔设置有反射板，在溅射镀膜室外沿周向设置有电磁线圈，将步骤1)中等离子轰击清洗后的带有回转夹具的基体放入溅射镀膜室内进行回转，进行第一组钼靶对向非平衡磁控直流或脉冲溅射镀膜，在回转的基体表面上沉积钼膜，形成钼底层；3)钼底层溅射完毕后，第一组钼靶溅射镀膜持续进行，并进行第二组钼靶或钼钨靶的对向非平衡磁控直流或脉冲溅射镀膜，在回转的基体表面上形成渐变涂层；4)渐变涂层溅射完毕后，第一组钼靶溅射镀膜持续进行，并进行第二组钼靶或钼钨靶的对向非平衡磁控直流或脉冲溅射镀膜，在回转的基体表面上沉积硬质涂层；5)硬质涂层溅射完毕后，第一组钼靶溅射镀膜持续进行，并进行第二组钼靶或钼钨靶的对向非平衡磁控直流或脉冲溅射镀膜，在回转的基体表面上形成纳米涂层；其中，在步骤2)～步骤5)的溅射镀膜过程中，基体的加热温度为200℃～250℃,靶基距离基体的最短距离为50mm～70mm，基体的回转速度为10rpm～20rpm，第一组钼靶溅射镀膜的工艺参数为：氩气流量为20sccm～50sccm，工作压力为0.3Pa～0.5Pa，溅射功率密度为6W/cm2～12W/cm2，基体偏压电压为-80V～-100V；步骤3)中第二组钼靶或钼钨靶溅射镀膜的工艺参数为：氩气流量为20sccm～40sccm，溅射功率密度由3W/cm2渐变到6W/cm2～12W/cm2，同时乙炔气体或氮气的流量由1sccm开始逐渐加到8sccm，工作压力为0.3Pa～0.6Pa，基体偏压电压为-80V～-100V；步骤4)中第二组钼靶或钼钨靶溅射镀膜的工艺参数为：氩气流量为20sccm～40sccm，溅射功率密度为6W/cm2～12W/cm2，乙炔气体或氮气的流量为6sccm～8sccm，工作压力为0.3Pa～0.6Pa，基体偏压电压为-80V～-100V；步骤5)中第二组钼靶或钼钨靶溅射镀膜的工艺参数为：氩气流量为20sccm～50sccm，工作压力0.3Pa～0.5Pa，溅射功率密度为6W/cm2～12W/cm2，基体偏压电压为-80V～-100V。优选，步骤1)中基体在研磨抛光后、放入真空室之前，进行纯水超声波清洗，洗连续清洗3次，每次清洗时间为3min。进一步优选，步骤1)中真空室内等离子轰击清洗的参数为：抽真空压力为3×10-3Pa，清洗时间为5min，工作压力为1.5Pa～2Pa，轰击电压为600V～1200V，频率为40KHz～60KHz。进一步优选，在步骤2)～步骤5)的溅射镀膜过程中，所述电磁线圈的中心磁场强度为25G～75G。本专利技术提供的干簧管继电器触点用多层膜结构，由基体上依次沉积的钼底层、渐变涂层、硬质涂层以及纳米涂层构成，由于其以表层的纳米层作为疲劳磨损层，可实现与低硬度膜层具有相同的表面接触面积，减小接触疲劳磨损，而纳米涂层以下的硬质涂层可满足无疲劳磨损的性能要求，进而使该多层膜结构在使用过程中能够保持稳定的低接触电阻。本专利技术提供的干簧管继电器触点用多层膜结构的制备方法，采用非平衡磁控直流或脉冲溅射方式，利用电磁场控制的等离子增强反应性，实现具有离子镀特点的触点磁控溅射镀膜工艺，具有操作简单，制备的多层膜结构性能佳等优点。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术的公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种干簧管继电器触点用多层膜结构，其特征在于，包括：基体(7)、沉积在所述基体(7)表面的钼底层(71)、沉积在所述钼底层(71)表面的渐变涂层(72)、沉积在所述渐变涂层(72)表面的硬质涂层(73)以及沉积在所述硬质涂层(73)表面的纳米涂层(74)；/n所述硬质涂层(73)的硬度为15GPa～30GPa；/n所述纳米涂层(74)的硬度为5GPa～7GPa。/n

【技术特征摘要】
1.一种干簧管继电器触点用多层膜结构，其特征在于，包括：基体(7)、沉积在所述基体(7)表面的钼底层(71)、沉积在所述钼底层(71)表面的渐变涂层(72)、沉积在所述渐变涂层(72)表面的硬质涂层(73)以及沉积在所述硬质涂层(73)表面的纳米涂层(74)；
所述硬质涂层(73)的硬度为15GPa～30GPa；
所述纳米涂层(74)的硬度为5GPa～7GPa。


2.根据权利要求1所述干簧管继电器触点用多层膜结构，其特征在于，所述基体(7)为铁镍合金基体；
所述渐变涂层(72)为碳化钼渐变涂层、氮化钼渐变涂层、碳化钼钨渐变涂层或氮化钼钨渐变涂层中的一种；
所述硬质涂层(73)与所述渐变涂层(72)相对应，为碳化钼层、氮化钼层、碳化钼钨层或氮化钼钨层中的一种；
所述纳米涂层(74)为钼纳米涂层或钼与钼钨合金的纳米阶梯涂层。


3.根据权利要求1所述干簧管继电器触点用多层膜结构，其特征在于，所述钼底层(71)的厚度为0.5μm～1μm。


4.根据权利要求1所述干簧管继电器触点用多层膜结构，其特征在于，所述渐变涂层(72)的厚度为2μm～3μm。


5.根据权利要求1所述干簧管继电器触点用多层膜结构，其特征在于，所述硬质涂层(73)的厚度为13μm～14μm。


6.根据权利要求1所述干簧管继电器触点用多层膜结构，其特征在于，所述纳米涂层(74)的厚度为80nm～120nm。


7.一种权利要求2所述干簧管继电器触点用多层膜结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将基体研磨抛光后，装入回转夹具放入真空室进行等离子轰击清洗，备用；
2)在溅射镀膜室内沿周向间隔设置有反射板，在溅射镀膜室外沿周向设置有电磁线圈，将步骤1)中等离子轰击清洗后的带有回转夹具的基体放入溅射镀膜室内进行回转，进行第一组钼靶对向非平衡磁控直流或脉冲溅射镀膜，在回转的基体表面上沉积钼膜，形成钼底层；
3)钼底层溅射完毕后，第一组钼靶溅射镀膜持续进行，并进行第二组钼靶或钼钨靶的对向非平衡磁控直流或脉冲溅射镀膜，在回转的基体表面上形成渐变涂层；
4)渐变涂层溅射完毕后，第一组钼靶溅射镀膜持续进行，并进行第二组钼靶或钼钨靶...

【专利技术属性】
技术研发人员：林成福，渠帅，
申请(专利权)人：沈阳科友真空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21