专利名称：铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法
技术领域：
本发明涉及铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，属于金属表面处理技术领域。
背景技术：
钒大量应用在钢铁中用来改善钢的性能，特别是氮化钒添加于钢中能提高钢的耐磨性、耐腐性、韧性、强度、延展性和硬度以及抗热疲劳性等综合力学性能，并使钢具有良好的可焊接性能，而且能起到消除夹杂物延展等作用。因此，人们想到将不锈钢和氮化钒进行复合，即可在作为主体的不锈钢材料表面沉积一层氮化钒，那么得到的镀氮化钒不锈钢材料不但其抗蚀性能优于普通不锈钢，其它性能如耐磨性、耐腐性、韧性、强度、延展性和硬度，使氮化钒材能够在民用上得到大量推 广。但由于氮化钒膜的制备和材料加工还存在较大的困难，使得氮化钒薄膜难以在民用和工业上大量应用。目前铁、不锈钢的表面处理工艺主要是电镀或化学镀。化学镀主要用于在金属表面进行防腐染色处理，例如专利CN1311349报道的化学镀液，公开了化学镀液配方包括硫酸镍、次亚磷酸钠、醋酸钠、有机羧酸、六个碳原子以下的氨基酸、碘化钾或碘酸钾等多种化学试剂，主要解决目前在化学镀镍技术中存在的镀速偏低、镀液稳定性差、镀液的成本高等问题，但化学镀方法采用的化学试剂多，会产生大量工业废水，污染严重。采用电镀的可镀物质较为广泛，如专利CN1389598报道了一种具有高效防腐蚀性能和镜面光亮装饰性保护层的电镀方法，该方法可镀覆在钢铁、锌及铝合金基材上；其技术比较成熟，缺点是镀层较厚，投入大，污染严重。加之电镀厂投资大，一般投资者也只能望而却步。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供了一种铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，所得氮化钒膜抗拉强度高(5-8MPa)、硬度高(340-525HV)。本发明解决技术问题所采用的技术方案是铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，采用等离子体物理溅射技术，将钒等离子体化，再通入氮气，然后镀膜在铁或不锈钢材料表面。铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，所述溅射工艺条件为溅射炉功率66-252W，负偏压0-160V，炉内气体压力O. 5-10Pa，氮氩比O. 06_1。优选的，上述溅射工艺条件为溅射炉功率165-252W，负偏压120-160V，炉内气体压力O. 6Pa，氮気比2/15。更优选的，上述溅射工艺条件为溅射炉功率165-252W，负偏压120-160V，炉内气体压力O. 6Pa,氮氩2/15,祀距50mm,沉积时间20_80min。优选的，上述铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法中，所述不锈钢材料为201型不锈钢，溅射炉功率252W，负偏压160V，炉内气体压力O. 6Pa，氮氩比2/15，靶距50mm，沉积时间 60min。优选的，上述铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法中，所述不锈钢材料为316型不锈钢，溅射炉功率252W，负偏压120V，炉内气体压力O. 6Pa，氮氩比2/15，靶距50mm，沉积时间 60min。优选的，上述铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法中，所述不锈钢材料为316型不锈钢，溅射炉功率165W，负偏压160V，炉内气体压力O. 6Pa，氮氩比2/15，靶距50mm，沉积时间 60min。本发明的有益效果本发明为铁或不锈钢基材镀高硬度氮化钒膜提供了一种新的方法。本发明采用等离子体气相沉积技术，将钒等离子体化，以铁或不锈钢为基底，在基底上直接沉积一层氮化
钒薄膜，从而制得了高硬度的镀氮化钒膜的不锈钢基复合材料。本发明利用等离子体气相沉积技术具有设备简单、工艺成熟、成膜均匀等特点；制备的薄膜拉伸强度高，薄膜硬度高，所得氮化钒膜抗拉强度为5-8MPa、维氏硬度为340-525。
具体实施例方式本发明提供了一种铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，具体为采用等离子体物理溅射技术，将钒等离子体化，再通入氮气，然后镀膜在不锈钢基材料表面。铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，采用等离子体物理溅射技术，溅射工艺条件为溅射炉功率66-252W，负偏压0-160V，炉内气体压力O. 6_10Pa，氮氩比O. 06-1 ;炉内气体压力是直流溅射或磁控溅射炉在工作时产生稳定辉光时的工作压力，包括氮气压力和氩气的压力。上述溅射一般是固态靶材在高能离子/原子轰击下靶材原子团发生物理转移的过程，被溅射的靶材在高能粒子轰击下，有一定数量的原子或原子团脱离靶体并获得一定的动能，飞向薄膜生长面，从而实现薄膜的生长。简单来讲就是电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片；氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上成膜。以下通过具体实施例的方式对本发明做进一步详述，但不应理解为是对本发明的限制。实施例将不同型号的不锈钢片置于磁控溅射炉中，抽真空到腔内工作总压小于10_3Pa，然后通入Ar气和氮气，通过控制气体流量使腔内压力稳定在O. 5-10Pa,打开溅射电压开关，保持一定功率，将基片置于辉光体上方，即开始溅射氮化钒过程。具体工艺条件及溅射所得氮化钒膜的抗拉强度和硬度值如表I所示。不锈钢中的主要合金元素是铬(Cr)，只有当Cr含量达到一定值时，钢才有耐蚀性，不锈钢一般的Cr重量含量在13%以上；不锈钢中还含有Ni、Ti、Mn、N、Nb等元素。不锈钢按成分可分为Cr系(400系列)、Cr-Ni系(300系列)、Cr-Mn-Ni系(200系列)。其中，321型不锈钢的化学成分为(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 型不锈钢的化学成分为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 型不锈钢的化学成分为 C 彡 O. 08，Si 彡 1，Mn 彡 2，S 彡 O. 03，P 彡 O. 045，Crl8-20, Ni8_ll。表I不锈钢溅射镀氮化钒膜工艺条件及氮化钒膜性能
权利要求
1.铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，其特征在于，采用等离子体物理溅射技术，将钒等离子体化，再通入氮气，然后在铁或不锈钢材料表面镀膜。
2.根据权利要求I所述的铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，其特征在于所述溅射条件为溅射炉功率66-252W，负偏压0-160V，炉内气体压力O. 5_10Pa，氮氩比O. 06_1。
3.根据权利要求2所述的铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，其特征在于所述溅射条件为溅射炉功率165-252W，负偏压120-160V，炉内气体压力O. 6Pa，氮氩比2/15。
4.根据权利要求3所述的铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，其特征在于所述溅射条件为祀距50mm,沉积时间20_80min。
5.根据权利要求4所述的铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，其特征在于，所述不锈钢材料为201型不锈钢，溅射炉功率252W，负偏压160V，沉积时间60min。
6.根据权利要求4所述的铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，其特征在于，所述不锈钢材料为316型不锈钢，溅射炉功率252W，负偏压120V，沉积时间60min。
7.根据权利要求4所述的铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，其特征在于，所述不锈钢材料为316型不锈钢，溅射炉功率165W，负偏压160V，沉积时间60min。
全文摘要
本发明公开了一种铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，属于金属表面处理技术领域。本发明铁或不锈钢表面镀氮化钒膜的方法，采用等离子体物理溅射技术，将钒等离子体化，再通入氮气，然后镀膜在铁或不锈钢材料表面。利用本发明方法，所得氮化钒膜抗拉强度高(5-8MPa)、硬度高(340-525HV)。
文档编号C23C14/06GK102877034SQ201210396708
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者黄双华, 赖奇, 邹敏 申请人:攀枝花学院