專利名稱：鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈦膜的制備方法，屬于金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鈦是一種銀白色金屬，它具有密度小(比鋼輕40%)、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，并且屬于生理惰性金屬，與人體接觸無(wú)致敏、致癌、致畸變現(xiàn)象，可與骨組織、上皮、結(jié)締組織很好地結(jié)合，而且是生物相容性最好的金屬材料。但由于鈦的冶金和材料加工還存在較大的困難，成本很高，使得金屬鈦難以在民用和工業(yè)上大量應(yīng)用。目前，被大量民用和工業(yè)用的抗環(huán)境腐蝕材料是各種不同型號(hào)的不銹鋼；然而在一些環(huán)境污染嚴(yán)重的地方，即使如抗蝕性能優(yōu)良的304也會(huì)生銹。另外，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，不銹鋼也被大量用作骨骼修補(bǔ)材料，其生物相容性和生理毒性也并不很理想。因此，人們想到將不銹鋼和金屬鈦進(jìn)行復(fù)合，即可在作為主體的不銹鋼材料表面沉積一層金屬鈦，那么得到的鍍鈦不銹鋼材料不但其抗蝕性能優(yōu)于普通不銹鋼，而且具有較好的生物相容性，使得其能夠在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上應(yīng)用；進(jìn)而使鈦材能夠在民用上得到大量推目前鐵、不銹鋼的表面處理工藝主要是電鍍或化學(xué)鍍?；瘜W(xué)鍍主要用于在金屬表面進(jìn)行防腐染色處理，例如專利CN1311349報(bào)道的化學(xué)鍍液，公開了化學(xué)鍍液配方包括硫酸鎳、次亞磷酸鈉、醋酸鈉、有機(jī)羧酸、六個(gè)碳原子以下的氨基酸、碘化鉀或碘酸鉀等多種化學(xué)試劑，主要解決目前在化學(xué)鍍鎳技術(shù)中存在的鍍速偏低、鍍液穩(wěn)定性差、鍍液的成本高等問題，但化學(xué)鍍方法采用的化學(xué)試劑多，會(huì)產(chǎn)生大量工業(yè)廢水，污染嚴(yán)重。采用電鍍的可鍍物質(zhì)較為廣泛，如專利CN1389598報(bào)道了一種具有高效防腐蝕性能和鏡面光亮裝飾性保護(hù)層的電鍍方法，該方法可鍍覆在鋼鐵、鋅及鋁合金基材上；其技術(shù)比較成熟，缺點(diǎn)是鍍層較厚，投入大，污染嚴(yán)重。加之電鍍廠投資大，一般投資者也只能望而卻步。對(duì)于化學(xué)鍍和電鍍的上述缺陷，中國(guó)專利申請(qǐng)CN 101768721A公開了采用中頻磁控濺射物理氣相沉積技術(shù)在不銹鋼基底上鍍硼碳氮膜的方法，以此提高不銹鋼在離子液體潤(rùn)滑條件下的抗磨和抗腐性能；具體方法為a將預(yù)先清洗后的不銹鋼片超聲清洗，然后在去離子水沖洗吹干，置于真空室；抽真空到腔內(nèi)真空度小于3*10_3!^ ；b通入Ar氣至lPa，基底加脈沖偏壓為-600V，導(dǎo)通比為0. 8 ；c采用高純氮?dú)夂蜌鍤鉃榉磻?yīng)濺射氣體，分別濺射石墨靶和硼靶制備BCN薄膜；Ar流量120sCCm，N2流量SOsccm，沉積氣壓為lPa，沉積功率約為1000W，基底偏壓在-200V之間，不銹鋼片與靶的距離為150mm，沉積時(shí)間為100_150min。 該方法容易操作，避免了化學(xué)鍍和電鍍污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。本發(fā)明對(duì)采用等離子體物理濺射氣相沉積技術(shù)鍍鈦膜在提高鈦膜結(jié)合力方面作了進(jìn)一步的研究
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種在鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法，所得鈦膜結(jié)合力高。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法，采用等離子體物理濺射氣相沉積技術(shù)，其特征在于，在濺射鍍鈦過(guò)程中加熱，加熱溫度控制為50-450°C。優(yōu)選的，上述加熱溫度控制為100-400°C，更優(yōu)選250°C。優(yōu)選的，上述鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法中，濺射鍍鈦過(guò)程中基底施加脈沖偏壓，基底脈沖偏壓為60-280V，優(yōu)選60-240V，更優(yōu)選60-120V。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明為鐵或不銹鋼基材鍍高結(jié)合力鈦膜提供了一種新的方法。本發(fā)明采用等離子體氣相沉積技術(shù)，將鈦等離子體化，以鐵或不銹鋼為基底，在基底上直接沉積一層鈦薄膜，從而制得了高耐腐蝕、高結(jié)合力的鍍鈦的不銹鋼基復(fù)合材料。本發(fā)明利用等離子體氣相沉積技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝成熟、沉積溫度低、成膜均勻等特點(diǎn)；制備的薄膜均勻致密，薄膜與基底的結(jié)合良好。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法，采用等離子體氣相沉積技術(shù)，在濺射鍍鈦過(guò)程中加熱，加熱溫度控制為50-450°C。優(yōu)選的，上述加熱溫度控制為 100-400°C，更優(yōu)選 250°C。上述濺射一般是固態(tài)靶材在高能離子/原子轟擊下靶材原子團(tuán)發(fā)生物理轉(zhuǎn)移的過(guò)程，被濺射的靶材在高能粒子轟擊下，有一定數(shù)量的原子或原子團(tuán)脫離靶體并獲得一定的動(dòng)能，飛向薄膜生長(zhǎng)面，從而實(shí)現(xiàn)薄膜的生長(zhǎng)。簡(jiǎn)單來(lái)講就是電子在電場(chǎng)的作用下加速飛向基片的過(guò)程中與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，電子飛向基片；氬離子在電場(chǎng)的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉積在基片上成膜。以下通過(guò)具體實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述，但不應(yīng)理解為是對(duì)本發(fā)明的限制。實(shí)施例將不同型號(hào)的不銹鋼片置于等離子體氣相沉積室中，抽真空到腔內(nèi)真空度小于 KT3Pa (只要小于KT2Pa即可)，然后通入Ar氣至5Pa (腔內(nèi)氣壓維持至0. I-IOPa即可)， 通電，濺射鍍鈦，具體工藝條件及濺射所得鈦膜的結(jié)合力如表1所示。不銹鋼中的主要合金元素是鉻(Cr)，只有當(dāng)Cr含量達(dá)到一定值時(shí)，鋼才有耐蝕性，不銹鋼一般的Cr重量含量在13%以上；不銹鋼中還含有Ni、Ti、Mn、N、Nb等元素。不銹鋼按成分可分為Cr系GOO系列)、Cr-Ni系(300系列)、Cr-Mn-Ni系QOO系列)。其中，321型不銹鋼的化學(xué)成分為(wt % ) :C彡0. 08，Si彡1，Mn彡2，S彡0. 03, P ^ 0. 035， Cr 17-19，Ni 9-12, Ti 彡 5XC% ；201 型不銹鋼的化學(xué)成分為:C ( 0. 15，Si ( 0. 75，Mn 5. 5 7. 5，Cr 16 18，N 彡 0. 25，Ni 3. 5 5. 5，P 彡 0. 06，S 彡 0. 03 ；304 型不銹鋼的化學(xué)成分為:C ( 0. 08，Si 彡 1，Mn 彡 2，S 彡 0. 03，P 彡 0. 045，Cr 18-20，Ni 8-11。表1不同型號(hào)不銹鋼濺射鍍鈦膜工藝條件及鈦膜結(jié)合力
權(quán)利要求
1.鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法，采用等離子體物理濺射氣相沉積技術(shù)，其特征在于， 在濺射鍍鈦過(guò)程中加熱，加熱溫度為50-450°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法，其特征在于所述加熱溫度為 100-400 "C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法，其特征在于所述加熱溫度控制為250°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法，其特征在于所述濺射鍍鈦過(guò)程中基底施加脈沖偏壓，基底脈沖偏壓為60-280V。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法，其特征在于所述基底脈沖偏壓為60-240V。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法，其特征在于所述基底脈沖偏壓為60-120V。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法，屬于金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法，采用等離子體物理濺射氣相沉積技術(shù)，在濺射鍍鈦過(guò)程中加熱，加熱溫度控制為50-450℃，優(yōu)選加熱溫度為100-400℃，更優(yōu)選250℃。另外，上述鐵或不銹鋼表面鍍鈦膜的方法中，濺射鍍鈦過(guò)程中還可在基底施加脈沖偏壓，基底脈沖偏壓為60-280V，優(yōu)選60-240V，更優(yōu)選60-120V。利用本發(fā)明方法，可制得高耐腐蝕、高結(jié)合力的鍍鈦的不銹鋼基復(fù)合材料；制備的薄膜均勻致密，薄膜與基底的結(jié)合良好。
文檔編號(hào)C23C14/34GK102220558SQ20111020630
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者藍(lán)德均, 賴奇, 鄒敏, 黃雙華 申請(qǐng)人:攀枝花學(xué)院