一种在铜材基体涂覆防过敏复合涂层的方法及制备的产品和应用技术

本发明专利技术属于金属防过敏涂层技术领域，尤其涉及一种在铜材基体涂覆防过敏复合涂层的方法及制备的产品和应用，方法包括铜基清洗、电渗扩、一次热渗扩、二次热渗扩、碳氮共渗、溅射成膜和热处理，本发明专利技术的涂覆方法能形成从基体到表层硬度逐渐过渡，具有成分、结构双重梯度的致密膜层，从而提高涂层的结合强度，确保其稳定连续附着，阻止金属离子溢出而防止发生过敏。敏。

【技术实现步骤摘要】
一种在铜材基体涂覆防过敏复合涂层的方法及制备的产品和应用


[0001]本专利技术属于金属防过敏涂层
，尤其涉及一种在铜材基体涂覆防过敏复合涂层的方法及制备的产品和应用。

技术介绍

[0002]由黄铜、紫铜、白铜、青铜等铜合金材质制作的铜管乐器，是一种借助吹嘴（杯嘴）导入空管，利用气流振动共鸣发声的乐器，但是有一部分人在长期反复的训练过程中，在接触号嘴（mouthpiece）的嘴唇部分及周围出现皮肤红肿、瘙痒、渗出、疼痛、起泡甚至破溃等接触性皮炎的表现，其原因是号嘴中溢出的金属离子引发的过敏。由于号嘴特殊的属性限定了其材质大多为铜和银，因此寻求一种生物相容性好的涂层且克服其与铜基的界面相容问题成为必然。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种在铜材基体涂覆防过敏复合涂层的方法及制备的产品和应用，本专利技术的涂覆方法能形成从基体到表层硬度逐渐过渡，具有成分、结构双重梯度的致密膜层，从而提高涂层的结合强度，确保其稳定连续附着，阻止金属离子溢出而防止发生过敏。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种在铜材基体涂覆防过敏复合涂层的方法，包括以下步骤：S1.铜基清洗：将300
‑
400ml浓度为30%的过氧化氢和40
‑
50 ml浓度为8%的氨水和余量去离子水混合成1L混合液后，用10%NaOH水溶液调整pH值1.00~1.80后配制成清洗液，于35~55℃下将铜基于清洗液中浸泡1~8分钟后用去离子水冲洗1~3分钟；S2.电渗扩：配制电渗扩溶液，并将步骤S1清洗后的铜基于40~60℃、电流密度30~50 A/dm2条件下电渗扩10~15分钟；S3.一次热渗扩：配制一次热渗扩溶液，并将步骤S2电渗扩以后的铜基于70~90℃、pH 4~5条件下热渗扩5~15分钟；S4.二次热渗扩：配制二次热渗扩溶液，并将步骤S3热渗扩以后的铜基于70~90℃、pH 4~5条件下热渗扩1~3小时，之后用体积比1:1的乙醇
‑
丙酮溶液清洗铜基并晾干；S5.碳氮共渗：将步骤S4二次热渗扩后的铜基置于离子渗氮炉中，在20KHz高频脉冲电源下，炉内双热电偶加搅拌风扇对流加热，炉胆外置加热器双重加热条件下于500～560℃共渗1
‑
1.5h，期间控制碳浓度为0.70
‑
0.95%、氮浓度为0.25
‑
0.40%，共渗结束后于空气中或冷却坑中冷却；S6.溅射成膜：将步骤S5共渗后的铜基用多靶磁控溅射仪进行双斜靶溅射，溅射室真空度为2
×
10
‑4Pa，溅射靶为纯钛。先单独通入氩气，保持溅射室内气压1.0
‑
3.0Pa，保持2
‑
5分钟后，再通入纯度大于99.9wt％的高纯氮气，流量6
‑
12cm3/min，压力为2
‑
5Pa，衬底偏压
30
‑
70V，溅射电压100
‑
500V，电流1
‑
3A，溅射时间2~4h；S7.热处理：将步骤S6溅射处理后的铜基于260
‑
300℃下保温2
‑
4小时后空冷或冷却坑中缓冷。
[0005]进一步的，所述步骤S2中电渗扩溶液按质量组成为45
‑
55%磷酸、40
‑
50%去离子水、2
‑
5%乙醇、1
‑
3%尿素、0.2
‑
0.5%苯并三氮唑的混合液，磷酸浓度为85%，乙醇浓度为95%。
[0006]进一步的，所述步骤S3中一次热渗扩溶液配比为：1L溶液中0.5
‑
3.0g苯并三氮唑、3
‑
7mg硫酸锌、6
‑
9g二甲叉膦酸基甘氨酸、5
‑
15ml乙醇，乙醇浓度为95%。
[0007]进一步的，所述步骤S4中二次热渗扩溶液为300
‑
550ml三乙醇胺、300
‑
550ml甲醇、150
‑
200g尿素、40
‑
60g钛铁粉，钛铁粉纯度99.1
‑
99.6％、细度为100
‑
800目。
[0008]一种在铜材基体涂覆防过敏复合涂层的方法制备的防过敏铜材涂层。
[0009]一种防过敏铜材基体用于铜管乐器号嘴中起到防过敏作用。
[0010]本专利技术具有的优点是：1.本专利技术表面涂层致密，可阻止基体金属离子溢出，且本身生物相容性良好，不致引起使用者金属过敏；2.本专利技术通过多次渗扩，表面涂层的成分氮、钛、碳渗入基体，有效地弱化了基体与涂层的界面突变，使两者的热膨胀系数逐渐变化，减少残余应力，结合强度得以提高；3.本专利技术表面涂层硬度高，耐磨损，使用寿命长。
[0011]机理：在工具氮化钛涂层中，为了保障涂层对基体的附着力，需要将涂层成分“打”入基体，具体解决办法是给导体（金属，钛）加上较大的动量（电场），在打在基体表面的同时，也有部分进入基体，从而实现两者的稳定结合。在形成涂层以及基体
‑
涂层结合部的过程中，氮和钛是不同的进入路径。钛导电，可以在电场中获得较大动能，而氮只能在局部形成的“离子氛”中，与有较大动能的钛结合后“砸”向基体。从这里也可以理解，形成氮化钛涂层需要在真空条件下，用“离子镀”的方式来完成。现在的技术已经发展到“磁控约束”，就是用磁场来约束离子的方式，也就是本方案采用“磁控溅射”的原因。
[0012]关于两相的结合，调整工艺参数，如电场强度、基底温度、衬底偏压、沉积时间、工作总压等，对两相界面的结合力有所改善，但不明显。其间发现，调整氮气分压的结果比调整其他工艺参数更好。如果调整软基体中氮的渗入量，可以有效改善两相的结合。进一步的，在软基体的过渡区或中间层中，出现另一种非金属成分如碳元素，也可以提升两相的结合力。
具体实施方式
[0013]一种在铜材基体涂覆防过敏复合涂层的方法，包括以下步骤：
①ꢀ
选用H75黄铜号嘴；
②ꢀ
号嘴清洗：将30%过氧化氢(H2O2) 380ml/L + 8%氨水40ml/L+去离子水575 ml/L，用10%NaOH水溶液调整pH到1.40，温度 42℃，清洗时间6分钟；随即用足量去离子水流动冲洗2分钟；
③ꢀ
电渗扩基体引入氮：配制溶液：85%磷酸50% + 去离子水45% + 95%乙醇3% +尿素1.8% + 苯并三氮唑（BTA）0.2%（磷酸试剂浓度为85%，乙醇试剂浓度为95%）
温度为45℃，电流密度40 A/dm2，电渗扩时间 10分钟；随即用足量去离子水流动冲洗2分钟；
④ꢀ
热渗扩基体引入氮：配制溶液：每升去离子水加入苯并三氮唑（BTA）1g + 硫酸锌 4mg + 二甲叉膦酸基甘氨酸7g +95%乙醇7 ml；温度 80℃，pH4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在铜材基体涂覆防过敏复合涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.铜基清洗：将300
‑
400ml浓度为30%的过氧化氢和40
‑
50 ml浓度为8%的氨水和余量去离子水混合成1L混合液后，用10%NaOH水溶液调整pH值1.00~1.80后配制成清洗液，于35~55℃下将铜基置于清洗液中浸泡1~8分钟后用去离子水冲洗1~3分钟；S2.电渗扩：配制电渗扩溶液，并将步骤S1清洗后的铜基于40~60℃、电流密度30~50 A/dm2条件下电渗扩10~15分钟后用去离子水冲洗1~3分钟；S3.一次热渗扩：配制一次热渗扩溶液，并将步骤S2电渗扩以后的铜基于70~90℃、pH 4~5条件下热渗扩5~15分钟；S4.二次热渗扩：配制二次热渗扩溶液，并将步骤S3热渗扩以后的铜基于70~90℃、pH 4~5条件下热渗扩1~3小时，之后用体积比1:1的乙醇
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丙酮溶液清洗铜基并晾干；S5.碳氮共渗：将步骤S4二次热渗扩后的铜基置于离子渗氮炉中，在20KHz高频脉冲电源下，炉内双热电偶加搅拌风扇对流加热，炉胆外置加热器双重加热条件下于500～560℃共渗1
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1.5h，期间控制碳浓度为0.70
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0.95%、氮浓度为0.25
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0.40%，共渗结束后于空气中或冷却坑中冷却；S6.溅射成膜：将步骤S5共渗后的铜基用多靶磁控溅射仪进行双斜靶溅射，溅射室真空度为2
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10
‑4Pa，溅射靶为纯钛，先单独通入氩气，保持溅射室内气压1.0
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3.0Pa，保持2
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5分钟后，再通入纯度大于99.9wt％的高纯氮气，流量6
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12cm3/min，压力为2
‑
5P...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈功，陈小科，
申请(专利权)人：陈小科，
类型：发明
国别省市：