【技术实现步骤摘要】
一种二元或多元合金层的制备方法
本专利技术涉及一种二元或多元合金层的制备方法,属于材料表面改性
技术介绍
合金材料通常比金属单质拥有更加优异的性质而广泛应用于各个领域。目前的合金化方法分为整体型合金化(即块体材料)以及表面合金化方法(涂层化)。制备块体合金材料对于合金元素的消耗较大,通常用于国防、航空航天等特定领域。表面合金化的方法一般用于对材料表面性能有特殊要求的领域,如要求其具有耐磨性、耐蚀性、抗菌性以及抗高温氧化性等,具有节约合金材料的特点。常见的表面合金化方法有:(1)热渗镀,(2)电镀,(3)等离子表面冶金等。热渗镀又称化学热处理,常见的非金属元素以及部分金属元素都可以通过该方法渗入基体中,渗层与基体金属之间属于冶金结合,可以提高基体的耐磨性、耐蚀性及抗高温氧化性能,设备投资小,但渗速较慢,深度有限且对环境有一定污染;电镀工艺是指利用电解原理,在待镀工件表面进行金属或合金涂层的沉积,具有设备简单,投资小的特点,但对工件预处理要求较高,且所制备膜层结合力较弱,一旦有缺陷存在则会加剧基体的腐蚀,并且电镀废液对环境的污染也不容忽视;等离子表面冶金技术利用辉光放电过程中的阴极溅射效应进行金属元素的沉积,由氩离子及源极溅射出的金属粒子对工件的溅射使工件表面进行加热,减弱了整体加热时产生的晶粒长大及热变形,制备的膜层与基体属于冶金结合,厚度可至数百微米,并且在难熔金属沉积领域具有明显的优势。但在常规表面冶金工艺中,普遍将源极作为欲渗金属的来源,使得在制备多元合金时需要采用熔炼或粉末冶金的方法制备多组元 ...
【技术保护点】
1.一种二元或多元合金层的制备方法,其特征在于:利用等离子表面冶金技术,在阴极增设靶材,与源极靶材共同为样品提供合金元素以形成合金层;具体包括以下步骤:/n(1)对工件进行打磨抛光处理,并用丙酮、酒精以及去离子水分别超声清洗以去除有机、无机污染物,得到洁净表面;/n(2)将预处理后的工件放置于等离子表面冶金装置的样品台上,源极靶材竖直悬挂于工件正上方,阴极靶材通过拼接环绕安装在工件周围,源极靶材与工件距离为15~40 mm,打开真空泵并抽真空至5 Pa以下;/n(3)通过氩气进气孔通入高纯氩气,对工件及阴极靶材进行溅射清洗,工艺参数为:工作气压20±5 Pa,阴极电压200~500 V,清洗时间10~30 min;/n(4)在工件表面制备合金层,工艺参数为:工作气压40±20 Pa,阴极及源极电压分别为270~620 V和520~870 V,工件温度600~1000 ℃,保温时间0.5~4 h;/n(5)合金层制备结束后,对真空室进行冷却,其冷却方式为:缓慢且同步降低源极及阴极电压至0后关闭两极电源,降压过程用时5~10 min;随后停止通气,关闭真空泵,工件随炉缓慢冷却;取出样品,超 ...
【技术特征摘要】
1.一种二元或多元合金层的制备方法,其特征在于:利用等离子表面冶金技术,在阴极增设靶材,与源极靶材共同为样品提供合金元素以形成合金层;具体包括以下步骤:
(1)对工件进行打磨抛光处理,并用丙酮、酒精以及去离子水分别超声清洗以去除有机、无机污染物,得到洁净表面;
(2)将预处理后的工件放置于等离子表面冶金装置的样品台上,源极靶材竖直悬挂于工件正上方,阴极靶材通过拼接环绕安装在工件周围,源极靶材与工件距离为15~40mm,打开真空泵并抽真空至5Pa以下;
(3)通过氩气进气孔通入高纯氩气,对工件及阴极靶材进行溅射清洗,工艺参数为:工作气压20±5Pa,阴极电压200~500V,清洗时间10~30min;
(4)在工件表面制备合金层,工艺参数为:工作气压40±20Pa,阴极及源极电压分别为270~620V和520~870V,工件温度600~1000℃,保温时间0.5~4h;
(5)合金层制备结束后,对真空室进行冷却,其冷却方式为:缓慢且同步降低源极及阴极电压至0后关闭两极电源,降压过程用时5~10min;随后停止通气,关闭真空泵,工件随炉缓慢冷却;取出样品,超声清洗后得到表面含合金层的样品。
2.根据权利要求1所述的二元或多元合金层的制备方法,其特征在于:所述的等离子表面冶金设备的结构如下:该设备真空室为圆柱形结构,真空室上端设置有阳极,源极靶材与源极连接且位于阳极与阴极之间,阴极靶材放置于样品台上,样品台与下端的阴极连接;工作时阳极、源极靶材与阴极靶材位置对正,样品放置于阴极靶材的孔内;真空室上端设置氩气进气孔,下端设置出气孔与真空泵连接;
欲制备合金层中的一种纯金属组元由源极靶材提供,其余组元由阴极靶材提供,阴极靶材为单一纯金属或是多种纯金属拼接并环绕在工件周围;利用源极和阴极靶材的共同溅射沉积,在基体材料表面制备合金层。
3.根据权利要求2所述的二元或多元合金层的制备方法,其特征在于:源极及阴极靶材为合金层中合金元素的来源,当合金...
【专利技术属性】
技术研发人员:吴玉程,张孟,高洁,黑鸿君,马丹丹,于盛旺,
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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