[发明专利]一种在4Cr13不锈钢游标卡尺表面沉积氮化钛薄膜的工艺

说明书

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，具体是一种在4Cr13不锈钢游标卡尺表面沉积氮化钛薄膜的工艺。

背景技术

游标卡尺具有结构简单、使用方便、精度高和被测工件尺寸范围宽等特点，是一种工业上广泛使用的测量工具。其材质一般主要选用马氏体不锈钢。这类钢具有强度高、变形小和淬透性好等优点，但其耐蚀性、表面质量、耐磨性相对较差。本发明是在其表面沉积氮化钛硬质薄膜层，提高其表面性能获得更好的实用性。

发明内容

本发明的目的是要提供的一种在4Cr13不锈钢游标卡尺表面沉积氮化钛薄膜的工艺。

实现本发明目的的技术方案是：

一种在4Cr13不锈钢游标卡尺表面沉积氮化钛薄膜的工艺是：首先对4Cr13不锈钢游标卡尺表面清洗，包括物理和化学清洗；其次利用电弧离子镀或离子溅射镀或射频溅射镀技术，在4Cr13马氏体不锈钢游标卡尺表面沉积0.1～0.5μm的纯金属或合金作为过渡层，该过渡层可以是纯钛或纯镍或纯铜或纯钼或纯铬等，合金可以是铁碳合金或钨钼合金或镍铬合金等；过渡层是为了提高薄膜与基体之间的结合强度；最后再通入一定比例的反应气体氮气和氩气，沉积厚度为0.5～1μm氮化钛硬质薄膜层。

具体包括如下步骤：

（1）将4Cr13不锈钢游标卡尺放入丙酮溶液进行超声波清洗10～30分钟，然后用无水酒精进行超声波清洗10～30分钟，最后用吹风机吹干；

（2）将表面经过清洁的4Cr13不锈钢游标卡尺，放入离子镀沉积设备中，抽真空到1×10^-3 ～2×10^-4 Pa时，通入氩气，开启偏压电源，偏压幅值调至-600～﹣800 V，对卡尺进行轰击活化清洗10～30min；

（3）轰击活化清洗后通入Ar气至工作气压1 Pa～10^-2Pa，调节溅射电源的电流、电压、试样负偏压等工艺参数，该电源可以是电弧电源或离子溅射电源或者射频溅射电源。沉积时间10~30 min，制备一层纯金属或合金作为过渡层，该过渡层可以是纯钛或纯镍或纯铜或纯钼或纯铬等，合金可以是铁碳合金或钨钼合金或镍铬合金等；

（4）过渡层制备结束，通入一定比例的反应气体氮气和氩气，调节溅射电源的电流、电压以及试样偏压，进行40～60分钟的氮化钛沉积。

步骤（3）所述的工作温度在200～300°C。

步骤（3）所述的溅射电源，可以是电弧电源或离子溅射电源或者射频溅射电源。

本发明创新点是：在游标卡尺等工具表面沉积的氮化钛薄膜具有高强度、高硬度、耐腐蚀、抗磨损以及良好的视觉效果的特点。

具体实施方式

以下通过具体的实例来进一步说明本发明。

选择4Cr13马氏体不锈钢游标卡尺，卡尺长度300 mm。设备选用TSU-650超高真空磁控溅射及离子镀沉积设备。

首先将4Cr13马氏体不锈钢游标卡尺放入丙酮溶液进行超声波清洗10～20分钟，然后用无水酒精进行超声波清洗10～20分钟，最后用吹风机吹干；将表面洁净的卡尺固定在TSU-650超高真空磁控溅射及离子镀沉积设备内的工件架上，工件架公转的同时可进行自转。装好后关闭腔室门，用无水酒精擦拭密封圈，确保其上面没有杂质。开启真空系统开始抽真空，抽至一定真空度时开启加热系统，加热到所设定300 °C的温度。 

当腔室真空抽至1×10^-3 Pa时，通入氩气，开启偏压电源，偏压幅值调至﹣800 V，对试样进行轰击活化清洗30min。清洗结束后停止通气体，继续抽真空至8×10^-4Pa后，通入Ar气至工作气压0.8 Pa，调节弧电流75 A、负偏压-200 V，点燃纯Ti靶，沉积时间15 min，制备一定厚度纯Ti层作为过渡层。之后停止通气体继续抽真空，抽真空至8×10^-4 Pa时，通入反应气体至所需工作气压0.8 Pa，设置弧电流75 A，负偏压-200 V，氩氮气体比例1:8，基体温度300 °C，开启靶材弧电源进行薄膜的沉积，沉积时间60 min。

当工件冷却到50 ℃以下取出工件，先停止分子泵，待分子泵全部停止后再停止机械泵。试样表面即可获得表面致密的氮化钛涂层。

产品经测试，氮化钛薄膜强度高、硬度高，耐腐蚀、抗磨损能力强。