[发明专利]一种运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法

权利要求书

1.一种运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）准备实验设备：采用多功能PVD硬质涂层设备AS500DMTXB自动控制离子镀膜机进行镀膜；

2）准备实验材料：

2.1）基体材料：选择具有代表性的304不锈钢作为基体材料，其按照原子百分比的化学成分包括：Fe 69.17%、Cr 18.81%、Ni 8.98%、Mn 2.00%、Si 0.72%、V 0.17%、C 0.15%；

2.2）靶材材料：靶材为纯Zr靶与纯C靶，其成分为99.9％的工业纯Zr、C，靶材由真空感应炉熔炼制备，加工成直径为Φ102mm，厚度为42mm的圆形靶；

3）薄膜处理：

3.1）Zr/C薄膜镀层的制备过程按照时间顺序分为表面等离子体清洗阶段、金属打底阶段和沉积阶段三个步骤；具体操作如下：

1）表面等离子体清洗阶段：表面等离子体清洗采用高基体偏压-1000V，在3.0Pa低气压条件下进行，利用Ar气辉光放电产生的Ar离子轰击基体表面，去除表面的吸附物杂质；

2）金属打底阶段：在镀层和基体之间制备具有一定厚度的Zr金属底以提高膜基之间的结合强度，采用Zr靶3KW功率；

3）膜层的沉积阶段：按照事先制定的工艺参数进行薄膜的沉积，Zr靶功率2KW，C靶功率1.5KW，交替沉积，Zr单层与C单层均沉积1分钟，总层数200层；

3.2）利用Zr/C纳米多层膜进行异质轻金属材料连接：将制备的Zr/C纳米多层膜置于两块异质轻金属夹层中，用10V电池的正负极电压进行激励，Zr/C纳米多层膜发生自蔓延反应，反应过程中用手指按压两块金属薄板，3-5s后，两块金属薄板紧紧地结合在一起，实现了异质轻金属之间的冶金连接。

2.根据权利要求1所述的运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法，其特征在于，所述步骤1）中，多功能PVD硬质涂层设备AS500DMTXB自动控制离子镀膜机为批量涂覆薄膜的物理气相沉积真空镀膜机，带有4套单向柱状非平衡磁控溅射源、4套阴极电弧离化源和1套与磁控靶匹配的的矩形气体离子源，实现在真空环境下获得高质量的再制造零件膜层；所述多功能PVD硬质涂层设备AS500DMTXB自动控制离子镀膜机包括真空镀膜室、真空抽气系统、真空压力监控检测系统、磁控溅射靶、反应气体供给系统、工件转架系统、加热及温度控制系统，真空镀膜室采用日韩304不锈钢制造，双层内衬；抽气系统包括Leybold磁悬浮分子泵和Leybold粗抽泵，抽真空效果好；真空检测系统包括Inficond薄膜规和SKY90复合真空计；转架系统为4轴的可移出式下转架；加热系统最高加热温度为500℃，并由3根热电偶监测；所述多功能PVD硬质涂层设备AS500DMTXB自动控制离子镀膜机设有1套智能源挡板，实现镀膜前的靶材预清洗。

3.根据权利要求1所述的运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法，其特征在于，所述步骤3.1）中， 具体操作过程如下：

1）前处理：

实验前，将样品打磨后抛光至镜面，表面粗糙度达到0.04~0.08µm Ra，后使用741金属清洗剂进行去油处理，经自来水冲洗之后放入去离子水中漂洗，经0.5~1%稀磷酸表面活化1分钟后放入丙酮中进行超声波清洗15分钟，之后用吹风机迅速吹干并立即放入真空室备用；

2）制备Zr/C薄膜：

2.1）将前处理完毕的试样放入真空室；

2.2）接通电源，打开冷却水系统，开启所有支路回水及进水阀门，检查循环水路有无漏点，水压低于0.3MPa；

2.3）开启压缩空气总阀门，检查压缩空气阀门、管路、接头有无漏声音；

2.4）打开配电柜电源空气开关，三相电源指示灯亮；

2.5）启动计算机，进入AS500DMTXB界面，手动预抽真空时，先用机械泵粗抽，直至真空度小于5Pa以下时，启动分子泵；

2.6）用氩气辉光清洗试件表面至无异常放电时止，偏压-1000V；

2.7）制备Zr/C涂层，Zr靶功率2KW，C靶功率1.5KW；

2.8）制备结束后冷却至常温，关闭电源。

4.根据权利要求3所述的运用纳米反应多层膜进行异质轻金属材料连接的方法，其特征在于，所述步骤2.8）中，镀膜后采用真空保温处理：镀膜结束后，保持真空度2-5×10-3Pa，旋转速度不变，真空保温20～40min后关闭烘烤电源，待温度降至150℃之后关闭高阀和扩散泵，保持前级开启，1小时候后关闭机械泵，保持水路开启，随炉冷却至室温后取出样品。