一种高强度钢表面无氢脆性镀层制品及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高强度钢表面无氢脆性镀层制品，由基体和在基体表面沉积的镀层构成；所述基体表面沉积的镀层包括Cr结合层、CrN

【技术实现步骤摘要】
一种高强度钢表面无氢脆性镀层制品及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高强钢防腐蚀表面处理领域
，特别涉及一种高强度钢表面无氢脆性镀层制品及其制备方法。

技术介绍

[0002]高强钢零件在航天产品领域广泛应用，为避免零部件在制造、流转、运输过程中受结构腐蚀，高强钢及钢制弹性零件常采用电镀锌、镉进行防腐蚀处理。但是电镀工艺特性常带来氢脆问题。由于氢脆具有隐蔽性、延迟性和突发性等特点，一旦发生氢脆现象会导致灾难性后果。集团公司下发了“航天型号产品禁(限)用工艺目录及使用控制要求通知”，把易产生氢脆问题的电镀工艺和高强钢镀锌镀镉列为禁用工艺。为解决氢脆对材料性能的影响，一般选用低氢脆电镀、无氢脆达克罗涂层、无氢脆PVD膜层三种方法，其中，低氢脆电镀仍需除氢处理，无氢脆达克罗涂层存在耐磨性差、结合力不高的缺点，而PVD技术为无氢脆工艺，镀层抗蚀性尚可，耐磨性高。
[0003]在PVD涂层领域中同样存在着许多不同的技术，基于磁控溅射技术和多弧离子镀技术获得的PVD涂层最适合替代电镀镀层。国内外常见替代电镀镀层的PVD涂层有氮化物硬质层(TiN、TiMeN、CrN、CrMeN等)，防腐蚀单层(Al、Cu、Ag、Au等)及金属化合物层(Ti3Al、Al2O3等)。其中CrN涂层被广泛用作抗磨损、耐腐蚀的保护涂层。相对于电镀层，CrN涂层的摩擦系数相当，但其内应力特别低，这使得该涂层可以制备得比较厚，比如汽车制造领域常利用厚度超过40μm的CrN涂层作为保护涂层。由于属于铬家族，具有较好的耐蚀性，CrN涂层也是最优先考虑的电镀层替代产品。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高强度钢表面无氢脆性镀层制品及其制备方法，所制备的镀层为无氢脆性镀层，镀层与金属基底结合力强，可以增强高强钢零件的防腐蚀和耐磨性能，可以大幅提高其暴露在自然环境中的存储性能。
[0005]为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案是：提供一种高强度钢表面无氢脆性镀层制品，由基体和在基体表面沉积的镀层构成；所述基体表面沉积的镀层包括Cr结合层、CrN
(0
→
x)
过渡层、CrN
x
功能层；
[0006]所述Cr结合层、CrN
(0
→
x)
过渡层和CrN
x
功能层依顺序沉积在所述基体表面。
[0007]进一步的，所述基体的材料为抗拉强度大于1050MPa的高强度钢；
[0008]所述镀层的厚度为3～20μm，与基体金属结合牢固，不起泡、不脱落，镀层硬度HV为1473～2200，按QJ 2027
‑
1990进行中性盐雾试验120h无红锈，按GJB3032
‑
97进行摩擦磨损实验，镀层磨损率小于1.5
×
10
‑4mm3/Nm。
[0009]进一步的，所述Cr结合层厚度为10～500nm，CrN
(0
→
x)
过渡层厚度为100～500nm，CrN
x
功能层100～3000nm；
[0010]所述镀层结构可以为Cr/CrN
x
单层、Cr/CrN
x
/Cr/CrN
x
双层、(Cr/CrN
x
)3三层或(Cr/
CrN
x
)
n
多层中的任意一种，其中Cr结合层、CrN
(0
→
x)
过渡层、CrN
x
功能层厚度可根据要求来调整。
[0011]进一步的，所述CrN
(0
→
x)
过渡层中的x范围为0～1。
[0012]本专利技术的另一个技术方案提供一种上述高强度钢表面无氢脆性镀层制品的制备方法，包括如下步骤：
[0013]S1、基材的选取及预处理：
[0014]将表面抛光后的高强度钢分别在HT
‑
2、丙酮溶液中超声清洗30min，烘干后，放入真空镀膜设备的工件旋转台上，真空室抽真空至1
×
10
‑3Pa；
[0015]S2、溅射清洗：
[0016]向真空室中通入Ar气，启动偏压电源，对样件加
‑
400～600V的偏压，Cr靶电流0.3～1A，对靶表面进行预溅射15
‑
25min，除去靶和零件表面的氧化物等杂质；
[0017]S3、镀Cr结合层：
[0018]调节偏压至
‑
60～100V，调节Cr靶电流为0.3～6A，沉积时间5～30min，在基体表面沉积一层Cr层；
[0019]S4、镀CrN
(0
→
x)
过渡层：
[0020]调节偏压至
‑
60～100V，在0～30min内，Cr靶电流为0.3～6A，光发射辅助原子层沉积范围为90～30％；
[0021]S5、镀CrN
x
功能层：
[0022]调节偏压至
‑
60～150V，调节Cr靶电流大小为2～5A，保持时间60～180min，光发射辅助原子层沉积范围为60～30％，制备CrN功能层；
[0023]S6、周期结构Cr/CrN
x
镀层沉积：
[0024]重复步骤3
‑
5，制备周期结构薄膜；
[0025]S7、关闭靶材偏压电源，持续通入氩气3h，薄膜制备完成。
[0026]进一步的，所述工作气体Ar气流量为10～30sccm，工作气压为8.0
×
10
‑2Pa～1.0
×
10
‑1Pa。
[0027]进一步的，所述Ar气纯度≥99.999％，N2气纯度≥99.999％，Cr靶纯度≥99.6％。
[0028]本专利技术提供的高强度钢表面无氢脆性镀层制品及其制备方法，采用闭合场非平衡磁控溅射技术制备在高强度钢表面依次沉积Cr结合层、CrN
(0
→
x)
过渡层、CrN
x
功能层耐蚀薄膜。本专利技术通过控制靶材电流、氩气流量、氮气流量等参数对梯度多层进行耐蚀涂层精确制备。
[0029]本专利技术利用闭合场非平衡磁控溅射技术，一方面通过调整膜层组织结构，降低膜层柱状生长，减少膜层内部缺陷。另一方面采用Cr镀层与CrN镀层交替沉积，缓解应力、消除热膨胀系数不匹配、增强韧性，可以进一步提高镀层抗蚀性，或者说在同样的镀层厚度上获得更高的防护性能，是替代在恶劣环境下使用的防护镀层(如镀镉)的良好途径。此外，本专利技术的制备方法具有工艺环保、膜层均匀致密性好、可批量化处理等特点，易于实现工业生产，具有良好的应用前景。
附图说明
[0030]下面结合附图对专利技术作进一步说明：
[0031]图1为一种高强度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度钢表面无氢脆性镀层制品，其特征在于，由基体和在基体表面沉积的镀层构成；所述基体表面沉积的镀层包括Cr结合层、CrN
(0
→
x)
过渡层、CrN
x
功能层；所述Cr结合层、CrN
(0
→
x)
过渡层和CrN
x
功能层依顺序沉积在所述基体表面。2.如权利要求1所述的高强度钢表面无氢脆性镀层制品，其特征在于，所述基体的材料为抗拉强度大于1050MPa的高强度钢；所述镀层的厚度为3～20μm，与基体金属结合牢固，不起泡、不脱落，镀层硬度HV为1473～2200，按QJ 2027
‑
1990进行中性盐雾试验120h无红锈，按GJB3032
‑
97进行摩擦磨损实验，镀层磨损率小于1.5
×
10
‑4mm3/Nm。3.如权利要求1所述的高强度钢表面无氢脆性镀层制品，其特征在于，所述Cr结合层厚度为10～500nm，CrN
(0
→
x)
过渡层厚度为100～500nm，CrN
x
功能层100～3000nm；所述镀层结构可以为Cr/CrN
x
单层、Cr/CrN
x
/Cr/CrN
x
双层、(Cr/CrN
x
)3三层或(Cr/CrN
x
)
n
多层中的任意一种，其中Cr结合层、CrN
(0
→
x)
过渡层、CrN
x
功能层厚度可根据要求来调整。4.如权利要求3所述的高强度钢表面无氢脆性镀层制品，其特征在于，所述CrN
(0
→
x)
过渡层中的x范围为0～1。5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠鹏飞，肖金涛，翟运飞，臧旭升，徐州，邢明秀，刁磊，
申请(专利权)人：上海航天设备制造总厂有限公司，
类型：发明
国别省市：