[发明专利]一种在游标卡尺表面沉积CrN薄膜的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及表面工程技术，具体是一种在游标卡尺表面沉积CrN薄膜的工艺。

背景技术

游标卡尺广泛应用于工业生产和科学研究中，在使用中应满足的基本要求是：具有良好的耐磨性、耐腐蚀性，表面粗糙度小，尺寸稳定及不易变形。常用的游标卡尺原材料一般为4Cr13不锈钢，经过淬火+回火热处理，但耐磨性和耐腐蚀性能较差，表面质量也因为淬火不够精细。

发明内容

 本发明的目的是为克服现存在问题，在4Cr13不锈钢游标卡尺表面沉积CrN薄膜，提高游标卡尺耐磨性和耐腐蚀性能，改善表面质量不够精细的缺陷。游标卡尺表面沉积CrN还有膜基结合力强，沉积时间短，处理温度低，不影响游标卡尺的精度等优点。

实现本发明目的的技术方案是：

利用离子溅射技术，在4Cr13不锈钢游标卡尺表面首先沉积一定厚度的纯金属作为过渡层，过渡层可以是纯铬或镍或钛或钼或钨，之后，再通入反应气体氮气，形成致密的CrN薄膜。

具体包括如下步骤：

（1）将游标卡尺基材放进丙酮和酒精的混合液中进行超声波清洗；

（2）放入离子镀沉积设备中，抽真空到极限后通入高纯Ar气，开启偏压电源使Ar气电离，对游标卡尺表面进行清洗；

（3）开启溅射电源，溅射电源可以是多弧离子镀电源或磁控溅射镀电源或射频溅射镀电源，预先沉积纯铬或镍或钛或钼或纯钨作为过渡层；

（4）通入N₂，调节Ar:N₂流量比，工作气压，沉积溅射电源的电流，被沉积游标卡尺的负偏压，沉积温度，沉积时间工艺参数，制备表面的氮化铬沉积层；

（5）在真空中随炉冷却至60℃以下，取出游标卡尺。

    步骤（1）中所述游标卡尺基材为4Cr13马氏体不锈钢或铁碳合金或合金钢。

步骤（2）中所述的清洗工件表面的工艺参数为：极限真空度10^-4~10^-3Pa，工作真空度5~10^-1Pa，负偏压-700~-1000V，工作总气压0.5~10Pa，清洗温度~300℃，清洗时间10～30min。

步骤（3）中，沉积电源可使用电弧电源或磁控溅射镀电源或射频溅射镀电源。 

步骤（3）中所述的离子镀过渡层的工艺参数为，工作总气压0.5~10Pa，负偏压-200～-600V，弧电源为50～80A，沉积温度～250℃，沉积时间10～30min，沉积过渡层在0.1～0.6μm。。

步骤（4）中所述的离子镀CrN薄膜的工艺参数为：Ar:N₂流量比为1:2～1:10之间，工作总气压0.5~10Pa，负偏压-200～-600V，弧电源为50～80A，沉积温度～250℃，沉积时间30～60min。

本发明的创新点是：采用多弧离子镀或磁控溅射镀或射频溅射镀等先进的表面工程技术，在游标卡尺上沉积CrN薄膜，沉积温度低，沉积时间短，不影响游标卡尺的尺寸及精度，不改变基体材料的相结构。利用过渡层增加表面氮化物的膜基结合强度，表面所形成的CrN层是一种硬质陶瓷薄膜，具有耐腐蚀、耐磨损、化学稳定性好、韧性好、低应力及表面质量好等优点，能够大幅度提高游标卡尺的产品质量。

具体实施方式

以下通过具体的实例来进一步说明本发明

游标卡尺的基材为4Cr13马氏体不锈钢，在酒精和丙酮的混合液中进行超声波清洗半小时以上。

将清洗后的游标卡尺吹干，悬挂在自制的试样台上，置于真空室的转架上，工件架公转的同时自转。

关闭真空室门后，本底真空度抽至10^-3Pa，通入Ar气至1Pa，用-700V偏压清洗游标卡尺10min；清洗后，基体温度升高至200℃，工作气压0.8Pa，偏压-200V，靶材弧电流68A，先沉积纯Cr作为过渡层，沉积时间为10min；随后通入N2，Ar:N2流量比为1:3，沉积CrN薄膜，沉积时间为50min；结束之后随炉冷却，游标卡尺即可获得表面致密的CrN薄膜。

产品经测试，游标卡尺耐腐蚀、耐磨损、化学稳定性好，韧性好，低应力及表面质量好。