專利名稱：鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法，屬于金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
釩大量應(yīng)用在鋼鐵中用來改善鋼的性能，特別是氮化釩添加于鋼中能提高鋼的耐磨性、耐腐性、韌性、強(qiáng)度、延展性和硬度以及抗熱疲勞性等綜合力學(xué)性能，并使鋼具有良好的可焊接性能，而且能起到消除夾雜物延展等作用。因此，人們想到將不銹鋼和氮化釩進(jìn)行復(fù)合，即可在作為主體的不銹鋼材料表面沉積一層氮化釩，那么得到的鍍氮化釩不銹鋼材料不但其抗蝕性能優(yōu)于普通不銹鋼，其它性能如耐磨性、耐腐性、韌性、強(qiáng)度、延展性和硬度，使氮化釩材能夠在民用上得到大量推 廣。但由于氮化釩膜的制備和材料加工還存在較大的困難，使得氮化釩薄膜難以在民用和工業(yè)上大量應(yīng)用。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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述缺陷，提供了一種鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法，所得氮化釩膜抗拉強(qiáng)度高(5-8MPa)、硬度高(340-525HV)。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氮化釩膜的方法，采用等離子體物理濺射技術(shù)，將釩等離子體化，再通入氮?dú)?，然后鍍膜在鐵或不銹鋼材料表面。鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法，所述濺射工藝條件為濺射爐功率66-252W，負(fù)偏壓0-160V，爐內(nèi)氣體壓力O. 5-10Pa，氮?dú)灞萇. 06_1。優(yōu)選的，上述濺射工藝條件為濺射爐功率165-252W，負(fù)偏壓120-160V，爐內(nèi)氣體壓力O. 6Pa，氮?dú)荼?/15。更優(yōu)選的，上述濺射工藝條件為濺射爐功率165-252W，負(fù)偏壓120-160V，爐內(nèi)氣體壓力O. 6Pa,氮?dú)?/15,祀距50mm,沉積時間20_80min。優(yōu)選的，上述鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法中，所述不銹鋼材料為201型不銹鋼，濺射爐功率252W，負(fù)偏壓160V，爐內(nèi)氣體壓力O. 6Pa，氮?dú)灞?/15，靶距50mm，沉積時間 60min。優(yōu)選的，上述鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法中，所述不銹鋼材料為316型不銹鋼，濺射爐功率252W，負(fù)偏壓120V，爐內(nèi)氣體壓力O. 6Pa，氮?dú)灞?/15，靶距50mm，沉積時間 60min。優(yōu)選的，上述鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法中，所述不銹鋼材料為316型不銹鋼，濺射爐功率165W，負(fù)偏壓160V，爐內(nèi)氣體壓力O. 6Pa，氮?dú)灞?/15，靶距50mm，沉積時間 60min。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明為鐵或不銹鋼基材鍍高硬度氮化釩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)，將釩等離子體化，以鐵或不銹鋼為基底，在基底上直接沉積一層氮化
釩薄膜，從而制得了高硬度的鍍氮化釩膜的不銹鋼基復(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)備簡單、工藝成熟、成膜均勻等特點(diǎn)；制備的薄膜拉伸強(qiáng)度高，薄膜硬度高，所得氮化釩膜抗拉強(qiáng)度為5-8MPa、維氏硬度為340-525。
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氮化釩膜的方法，具體為采用等離子體物理濺射技術(shù)，將釩等離子體化，再通入氮?dú)?，然后鍍膜在不銹鋼基材料表面。鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法，采用等離子體物理濺射技術(shù)，濺射工藝條件為濺射爐功率66-252W，負(fù)偏壓0-160V，爐內(nèi)氣體壓力O. 6_10Pa，氮?dú)灞萇. 06-1 ;爐內(nèi)氣體壓力是直流濺射或磁控濺射爐在工作時產(chǎn)生穩(wěn)定輝光時的工作壓力，包括氮?dú)鈮毫蜌鍤獾膲毫ΑＩ鲜鰹R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能，飛向薄膜生長面，從而實(shí)現(xiàn)薄膜的生長。簡單來講就是電子在電場的作用下加速飛向基片的過程中與氬原子發(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。以下通過具體實(shí)施例的方式對本發(fā)明做進(jìn)一步詳述，但不應(yīng)理解為是對本發(fā)明的限制。實(shí)施例將不同型號的不銹鋼片置于磁控濺射爐中，抽真空到腔內(nèi)工作總壓小于10_3Pa，然后通入Ar氣和氮?dú)?，通過控制氣體流量使腔內(nèi)壓力穩(wěn)定在O. 5-10Pa,打開濺射電壓開關(guān)，保持一定功率，將基片置于輝光體上方，即開始濺射氮化釩過程。具體工藝條件及濺射所得氮化釩膜的抗拉強(qiáng)度和硬度值如表I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，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(400系列)、Cr-Ni系(300系列)、Cr-Mn-Ni系(200系列)。其中，321型不銹鋼的化學(xué)成分為(wt%) C彡(λ 08，Si彡1，Mn彡2，S彡O. 03，P^O. 035，Crl7-19，Ni9-12，Ti 彡 5XC%；201 型不銹鋼的化學(xué)成分為C ( O. 15,Si ( O. 75，Μη5· 5 7. 5，Crl6 18, N ^ 0. 25，Ni3. 5 5· 5, P ( O. 06, S ^ O. 03 ；304 型不銹鋼的化學(xué)成分為 C 彡 O. 08，Si 彡 1，Mn 彡 2，S 彡 O. 03，P 彡 O. 045，Crl8-20, Ni8_ll。表I不銹鋼濺射鍍氮化釩膜工藝條件及氮化釩膜性能
權(quán)利要求
1.鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法，其特征在于，采用等離子體物理濺射技術(shù)，將釩等離子體化，再通入氮?dú)猓缓笤阼F或不銹鋼材料表面鍍膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法，其特征在于所述濺射條件為濺射爐功率66-252W，負(fù)偏壓0-160V，爐內(nèi)氣體壓力O. 5_10Pa，氮?dú)灞萇. 06_1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法，其特征在于所述濺射條件為濺射爐功率165-252W，負(fù)偏壓120-160V，爐內(nèi)氣體壓力O. 6Pa，氮?dú)灞?/15。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法，其特征在于所述濺射條件為祀距50mm,沉積時間20_80min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法，其特征在于，所述不銹鋼材料為201型不銹鋼，濺射爐功率252W，負(fù)偏壓160V，沉積時間60min。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法，其特征在于，所述不銹鋼材料為316型不銹鋼，濺射爐功率252W，負(fù)偏壓120V，沉積時間60min。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法，其特征在于，所述不銹鋼材料為316型不銹鋼，濺射爐功率165W，負(fù)偏壓160V，沉積時間60min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵或不銹鋼表面鍍氮化釩膜的方法，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氮化釩膜的方法，采用等離子體物理濺射技術(shù)，將釩等離子體化，再通入氮?dú)?，然后鍍膜在鐵或不銹鋼材料表面。利用本發(fā)明方法，所得氮化釩膜抗拉強(qiáng)度高(5-8MPa)、硬度高(340-525HV)。
文檔編號C23C14/06GK102877034SQ201210396708
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者黃雙華, 賴奇, 鄒敏 申請人:攀枝花學(xué)院