[发明专利]一种铍铜合金表面TiN/Ti复合渗层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铍铜合金表面TiN/Ti复合渗层的制备方法，属于金属材料表面改性技术领域。

背景技术

铍铜合金由于其良好的导电、导热性、较高的弹性极限等优点，被广泛用于电子电器、航空航天、石油化工等多种领域，已经成为国民经济建设中不可缺少的重要工业材料。由于QBe1.9合金的硬度低、耐磨性差，对于用于摩擦环境的铍铜合金零件如齿轮、测试探针、弹片等，常会因其硬度低而磨损严重。热处理是目前提高QBe1.9合金力学性能的主要方法。然而受QBe1.9合金成分、结构等的限制，热处理后铍铜合金硬度提高幅度有限，对耐磨性的改善作用不明显。

TiN具有高硬度、低摩擦系数以及良好的耐磨性和耐腐蚀性，是制备硬质表层的较好的材料。就铍铜合金而言，由于其基体较软，难以支撑其上硬质TiN薄膜，加之TiN薄膜与基体间的结合力较弱，在铍铜合金表面直接制备硬质薄膜对耐磨性的改善作用微乎其微。

发明内容

本发明旨在克服在软基体表面直接制备硬质薄膜的局限，提供一种铍铜合金表面TiN/Ti复合渗层的制备方法，将等离子表面合金化技术与离子氮化技术相结合，在软质铍铜合金表面形成TiN/Ti复合渗层，所获得的复合渗层具有良好的耐磨性。

本发明提供的一种铍铜合金表面TiN/Ti复合渗层的制备方法，包括以下步骤：

(1)铍铜合金工件预处理：将铍铜合金工件表面经SiC水洗砂纸打磨→金刚石粉抛光→丙酮清洗，干燥后备用；

(2)将预处理后的铍铜合金工件置于等离子渗金属炉内的阴极垫板上，并在其周围加一辅助阴极，在辅助阴极上设有孔；纯钛板通过靶阴极架置于铍铜合金工件上方，纯钛板位于辅助阴极内，与铍铜合金工件间距15～25mm；

(3)将铍铜合金工件与工件电源连接，成为工件极，再将纯钛板通过靶阴极架与靶电源连接，成为源极；

(4)将等离子渗金属炉抽至极限真空，通入氩气，接通工件电源，产生气体放电，离子轰击铍铜合金工件10～20min，工作气压为20～50Pa；

(5)接通钛靶电源，在工件和源极两极间产生空心阴极效应，当温度增加至750～900℃时，保持工作气压30～50Pa，在工件和源极电压分别为300～500V和580～800V条件下，开始进行铍铜合金表面钛合金层的制备，渗钛时间0.5~3h；渗钛结束后断开工件和靶电源，控制氩气通量为160-180mL/min，维持氩气通入时间1.5～2.5h，使铍铜合金工件快速冷到室温；

(6)将渗钛后的铍铜合金工件置于常规离子氮化炉中，选择NH₃为渗氮气体，气压为400～550Pa，渗氮温度为600～700℃，阴极电压为650～800V，阴极电流为25～28A，渗氮6～15h后，维持正常辉光放电冷却0.5～1h，断开电源，关闭气体，随炉冷却至室温；即得铍铜合金TiN/Ti复合渗层。

优选地，所述铍铜合金表面TiN/Ti复合渗层的制备方法，包括以下步骤：

(1)铍铜合金工件预处理：将铍铜合金工件表面经SiC水洗砂纸打磨→金刚石粉抛光→丙酮清洗，干燥后备用；

(2)将预处理后的铍铜合金工件置于等离子渗金属炉内的阴极垫板上，并在其周围加一辅助阴极，在辅助阴极上设有孔；纯钛板通过靶阴极架置于铍铜合金工件上方，纯钛板位于辅助阴极内，与铍铜合金工件间距18～22mm；

(3)将铍铜合金工件与工件电源连接，成为工件极，再将纯钛板通过靶阴极架与靶电源连接，成为源极；

(4)将等离子渗金属炉抽至极限真空，通入氩气，接通工件电源，产生气体放电，离子轰击铍铜合金工件15～18min，工作气压为30～40Pa；

(5)接通钛靶电源，在工件和源极两极间产生空心阴极效应，当温度增加至830～860℃时，保持工作气压33～38Pa，在工件和源极电压分别为350～400V和600～700V条件下，开始进行铍铜合金表面钛合金层的制备，渗钛时间为0.5~3h；渗钛结束后断开工件和靶电源，控制氩气通量为170-175mL/min，维持氩气通入时间1.5～1.8h，使铍铜合金工件快速冷到室温；

(6)将渗钛后的铍铜合金工件置于常规离子氮化炉中，选择NH₃为渗氮气体，气压为480～500Pa，渗氮温度为630～660℃，阴极电压为680～730V，渗氮8～10h后，维持正常辉光放电冷却0.5～0.7h，断开电源，关闭气体，随炉冷却至室温；即得铍铜合金TiN/Ti复合渗层。

上述制备方法中，所述的等离子渗金属炉的结构如下：