專利名稱：一種碳纖維復(fù)合材料工件表面真空鍍鈦膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種碳纖維復(fù)合材料工件表面真空鍍鈦膜的方法，即為了減少了復(fù)合材料工件的真空出氣量，在碳纖維復(fù)合材料工
件表面制備Ti薄膜的一種方法。
背景技術(shù)：
隨著空間飛行器向輕量化方向發(fā)展，碳纖維復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于空間飛行器的結(jié)構(gòu)件。碳纖維復(fù)合材料在空間使用過(guò)程中，會(huì)由于材料本身出氣對(duì)周圍的器件造成污染，從而導(dǎo)致其性能下降甚至功能喪失。采用電弧離子鍍技術(shù)在碳纖維復(fù)合材料表面鍍Ti膜，可以減少了復(fù)合材料工件的真空出氣量，滿足其

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是通過(guò)在碳纖維復(fù)合材料工件表面鍍Ti薄膜，減少碳纖維復(fù)合材料工件的真空出氣量，從而滿足該類材料在空間飛行器結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用。
本發(fā)明主要采用化學(xué)試劑超聲波清洗結(jié)合離子束清洗相結(jié)合的方法，提高
了碳纖維復(fù)合材料工件表面Ti薄膜的附著力；通過(guò)合理選擇脈沖偏壓參數(shù)，控制鍍膜時(shí)碳纖維復(fù)合材料工件表面溫度不高于IO(TC;通過(guò)工件旋轉(zhuǎn)，確保碳
纖維復(fù)合材料工件表面全部被Ti薄膜覆蓋。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是采用電弧離子鍍技術(shù)，在碳纖維復(fù)合材料工件表面制備Ti薄膜，包括下列步驟
(1)化學(xué)清洗依次采用分析純丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)碳纖維復(fù)合材料工件進(jìn)行超聲波清洗，超聲頻率為40kHz，清洗時(shí)間均為10min 30min;
(2) 離子束清洗在真空室通入Ar，保持真空室真空度為3.2X10—2Pa 4. 9X10—2Pa，打開(kāi)工件架旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)工件旋轉(zhuǎn)速度為5轉(zhuǎn)/min 10轉(zhuǎn)/min，在工件上加一80V 一200V的脈沖偏壓，脈沖頻率為lkHz 10kHz，占空比為10% 20%，打開(kāi)離子源，離子源的工作電壓為2.0kV 3.0kV，離子束清洗時(shí)間為30min 50min;
(3) 沉積Ti薄膜在真空室通入Ar，保持真空室真空度為1.0X10—2Pa 4. 9X 10—2Pa，打開(kāi)工件架旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)工件旋轉(zhuǎn)速度為5轉(zhuǎn)/min 10轉(zhuǎn)/min，在工件上加一80V 一200V的脈沖偏壓，脈沖頻率為lkHz 10kHz，占空比為10% 20%，打開(kāi)Ti電弧源，調(diào)節(jié)Ti電弧源的工作電流為45A 80A，沉積Ti薄膜，沉積為2 4個(gè)小時(shí)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是
(1) 減小了碳纖維復(fù)合材料工件的真空出氣量，進(jìn)一步拓寬了碳纖維復(fù)合材料在空間飛行器上的應(yīng)用范圍。
(2) 相對(duì)于其它復(fù)合材料表面金屬化技術(shù)，本發(fā)明沉積的薄膜附著力高，薄膜厚度均勻。
(3) 可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面碳纖維復(fù)合材料工件鍍Ti薄膜需求。
(4) 本發(fā)明易于重復(fù)，適用于規(guī)模生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用電弧離子鍍膜設(shè)備實(shí)現(xiàn)，采用的原材料主要有高純Ti耙、高純Ar氣體、分析純丙酮、分析純無(wú)水乙醇和碳纖維復(fù)合材料工件等。實(shí)施例1
(1)化學(xué)清洗將準(zhǔn)備好的碳纖維復(fù)合材料工件依次采用分析純丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)碳纖維復(fù)合材料工件進(jìn)行超聲波清洗，超聲頻率為40kHz，清洗時(shí)間分別為20min和10min;(2) 離子束清洗在真空室通入Ar，保持真空室真空度為3.2X10—2Pa，打開(kāi)工件架旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)工件旋轉(zhuǎn)速度為5轉(zhuǎn)/min，在工件上加一160V的脈沖偏壓，脈沖頻率為8kHz，占空比為10%，打開(kāi)離子源，離子源的工作電壓為2. 3kV，離子束清洗時(shí)間為30min;
(3) 沉積Ti薄膜在真空室通入Ar，保持真空室真空度為1.0X10—2Pa，打開(kāi)工件架旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)工件旋轉(zhuǎn)速度為5轉(zhuǎn)/min，在工件上加一160V的脈沖偏壓，脈沖頻率為2kHz，占空比為10%，打開(kāi)Ti電弧源，調(diào)節(jié)Ti電弧源的工作電流為80A，沉積Ti薄膜，顆粒的最大尺寸約為5,。
實(shí)施例2
(1) 化學(xué)清洗將準(zhǔn)備好的碳纖維復(fù)合材料工件依次采用分析純丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)碳纖維復(fù)合材料工件進(jìn)行超聲波清洗，超聲頻率為40kHz，清洗時(shí)間均為25min;
(2) 離子束清洗在真空室通入Ar，保持真空室真空度為4.2X10—2Pa，打開(kāi)工件架旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)工件旋轉(zhuǎn)速度為8轉(zhuǎn)/min，在工件上加一100V的脈沖偏壓，脈沖頻率為2kHz，占空比為15%，打開(kāi)離子源，離子源的工作電壓為3.0kV，離子束清洗時(shí)間為20min;
(3) 沉積Ti薄膜在真空室通入Ar，保持真空室真空度為1.5X10—2Pa，打開(kāi)工件架旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)工件旋轉(zhuǎn)速度為10轉(zhuǎn)/min，在工件上加一80V的脈沖偏壓，脈沖頻率為10kHz，占空比為20%，打開(kāi)Ti電弧源，調(diào)節(jié)Ti電弧源的工作電流為60A，沉積Ti薄膜，顆粒的最大尺寸約為2,。
實(shí)施例3
(1) 化學(xué)清洗將準(zhǔn)備好的碳纖維復(fù)合材料工件依次采用分析純丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)碳纖維復(fù)合材料工件進(jìn)行超聲波清洗，超聲頻率為40kHz，清洗時(shí)間分別為30min和10min;
(2) 離子束清洗在真空室通入Ar，保持真空室真空度為4.9X10—2Pa，打開(kāi)工件架旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)工件旋轉(zhuǎn)速度為10轉(zhuǎn)/min，在工件上加一80V的脈沖偏壓，脈沖頻率為10kHz，占空比為20%，打開(kāi)離子源，離子源的工作電壓為2.0kV，離子束清洗時(shí)間為40min;
(3)沉積Ti薄膜在真空室通入Ar，保持真空室真空度為4.9X10—2Pa，打開(kāi)工件架旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)工件旋轉(zhuǎn)速度為8轉(zhuǎn)/min，在工件上加一100V的脈沖偏壓，脈沖頻率為6kHz，占空比為15%，打開(kāi)Ti電弧源，調(diào)節(jié)Ti電弧源的工作電流為50A，沉積Ti薄膜，顆粒的最大尺寸約為l,。
權(quán)利要求
1、一種碳纖維復(fù)合材料工件表面真空鍍鈦膜的方法，其特征在于包括下列步驟(1)化學(xué)清洗分別采用分析純丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)工件進(jìn)行超聲波清洗；(2)離子束清洗采用Ar離子束對(duì)工件進(jìn)行離子束清洗；(3)沉積Ti膜導(dǎo)入Ar，打開(kāi)工件旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，打開(kāi)Ti電弧源，沉積Ti膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1中的制備方法，所述步驟(1)的特征在于依次采用分析純丙酮和無(wú)水乙醇對(duì)工件進(jìn)行超聲波清洗，超聲頻率為40kHz，清洗時(shí)間 分別為10min 30min。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l中的制備方法，所述步驟(2)的特征在于通入真空 室Ar，保持真空度為3. 2X 10_2Pa 4. 9X 10—2Pa。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l中的制備方法，所述步驟(2)的特征在于離子源的 工作電壓為2. 0kV 3. OkV，離子束清洗時(shí)間為30min 50min。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l中的制備方法，所述步驟(2)的特征在于在工件上 加一80V 一200V的脈沖偏壓，脈沖頻率為lkHz 10kHz，占空比為10% 20Q/0。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l中的制備方法，所述步驟(3)的特征在于導(dǎo)入Ar， 將真空室真空度保持在1. OX 10—2Pa 4. 9X 10—2Pa之間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l中的制備方法，所述步驟(3)的特征在于打開(kāi)工件 架旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)工件旋轉(zhuǎn)速度在5轉(zhuǎn)/min 10轉(zhuǎn)/min。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l中的制備方法，所述步驟(3)的特征在于Ti電弧源 的工作電流為40A 100A。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l中的制備方法，所述步驟(3)的特征在于在工件上 加一80V 一200V的脈沖偏壓，脈沖頻率為lkHz 10kHz，占空比為10% 20%。。
全文摘要
本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種碳纖維復(fù)合材料工件表面真空鍍鈦膜的方法。該方法包括對(duì)工件化學(xué)清洗、真空出氣、離子束清洗、鍍Ti膜四個(gè)步驟；通過(guò)在工件表面鍍制Ti薄膜，減少了復(fù)合材料工件的真空出氣，避免復(fù)合材料工件在真空條件下使用過(guò)程中污染周圍的零部件，導(dǎo)致其性能下降甚至功能喪失。在鍍膜過(guò)程中，通過(guò)復(fù)合材料工件的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工件表面薄膜均勻覆蓋，減少碳纖維復(fù)合材料工件的真空出氣量，從而滿足該類材料在空間飛行器結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用。
文檔編號(hào)B08B7/00GK101597746SQ200810110530
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日
發(fā)明者妮 任, 武生虎, 肖更竭, 趙棟才, 馬占吉 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一○研究所