本发明涉及一种合金钢丝锥的制备方法，特别是涉及一种镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥的制备方法。
背景技术：
多弧离子镀是一种设有多个可同时蒸发的阴极蒸发源的真空物理气相沉积技术，具有沉积速度快、膜层组织致密、附着力强、均匀性好等显著特点。该技术适用于氮化物膜层的制备，并在tin，(ti,al)n，(ti,cr)n，(ti,zr)n等氮化物膜层的制备方面获得成功的应用。
而硬质反应膜与合金钢基体的附着力较差是一个普遍的问题，尽管在合金钢基体上采用多弧离子镀技术制备的多组元氮化物反应膜层，附着力一般能够达到30—70n，仍难以满足作为丝锥耐磨膜层的需要。
作为硬质反应膜，硬度无疑是一项重要指标。通常采用的氮化钛膜层硬度可以在hv1600—2200之间，不仅硬度指标偏低，同时波动范围较大，难以保证稳定性和可重复性。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥的制备方法，该方法采用多弧离子镀技术制备镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥，确定了2个铝钛合金靶和2个钛铌合金靶作为阴极弧源靶；确定了一整套专门的镀膜沉积工艺，使制备的镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥具有附着力强、硬度高、使用寿命长。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥的制备方法，所述方法包括：
靶材的确定，采用2个钛铝合金靶和2个钛铌合金靶作为阴极弧源靶并且交替置于不同高度和不同方位的镀膜室壁弧源位置，靶材纯度均达到99.95%，镀膜过程中一直保证4个弧源的同时启动；
合金钢丝锥的选择与前处理，选择商用普通合金钢丝锥作为镀膜基体，在放入镀膜室进行镀膜前，使用金属洗涤剂对丝锥进行常规去油、去污处理，并进行表面精细抛光处理，最后分别用丙酮、乙醇进行超声波清洗，置于干燥箱在200℃烘干以备沉积；
合金钢丝锥的放置，保持合金钢丝锥处于4个阴极弧源靶所包围的圆柱形区域内旋转式工件架上，并且丝锥平放，垂直于园柱面，同时，丝锥尖端距离镀膜室壁达到25厘米，在镀膜过程中，一直保持工件架旋转；
镀膜工艺的确定，获得镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥而采用的镀膜工艺，当镀膜室背底真空达到1×10-3帕、温度达到240~300℃时，将镀膜室充入氩气，使其压强达到2×10-1帕，启动4个弧源，进行离子轰击，弧电流分别置于55a，时间为15分钟，轰击偏压从400v均速降低到300伏；降低偏压至120v，保持4个弧源弧电流分别置于55a不变，进行过渡层沉积8~10分钟；保持4个弧源弧电流分别置于55a、偏压为120v不变，逐渐均匀降低氩气流量，同时逐渐充入反应气体n2，保持镀膜室真空度在（2.5±0.1）×10-1帕，直到50~55分钟时，氩气流量降为0，氮气流量达到最大，镀膜室真空度仍然为（2.5±0.1）×10-1帕。
所述的一种镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥的制备方法，所述钛铝合金靶的铝与钛的原子百分比为55:45。
所述的一种镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥的制备方法，所述钛铌合金靶的钛与铌的原子百分比为65:35。
所述的一种镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥的制备方法，所述工件架旋转的转速为6转/分钟。
本发明的优点与效果是：
本发明是提供一种采用多弧离子镀技术制备镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥的方法。该方法确定了2个铝钛合金靶和2个钛铌合金靶作为阴极弧源靶；确定了一整套专门的镀膜沉积工艺，使制备的镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥与未镀膜的合金钢丝锥相比，具有附着力强（≥150n）、硬度高（≥hv3500）、使用寿命长（提高4-8倍）等优点。
本发明确定了确定多弧离子镀作为制备镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥的制备技术，确定了靶材及电弧源数量，确定了合金钢丝锥的选择与前处理，确定了合金钢丝锥的放置方式，确定了镀膜工艺，从而保证了镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥的表面膜层成分的连续变化，降低了膜层的内应力，从而保证了高附着力、高硬度、长使用寿命的同时实现，并具有良好的稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供的采用多弧离子镀技术制备镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥的方法依次包括：1）沉积技术的确定；2）靶材及电弧源数量的确定；3）合金钢丝锥的选择与前处理；4）合金钢丝锥的放置；5）镀膜工艺的确定。
沉积技术的确定，是指本发明确定多弧离子镀作为镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥的制备技术。靶材的确定，是指采用2个钛铝合金靶（铝与钛的原子百分比为55:45）和2个钛铌合金靶（钛与铌的原子百分比为65:35）作为阴极弧源靶并且交替置于不同高度和不同方位的镀膜室壁弧源位置，靶材纯度均达到99.95%，镀膜过程中一直保证4个弧源的同时启动。合金钢丝锥的选择与前处理，是指选择商用普通合金钢丝锥作为镀膜基体，在放入镀膜室进行镀膜前，使用金属洗涤剂对丝锥进行常规去油、去污处理，并进行表面精细抛光处理，最后分别用丙酮、乙醇进行超声波清洗，置于干燥箱在200℃烘干以备沉积。合金钢丝锥的放置，是指保持合金钢丝锥处于4个阴极弧源靶所包围的圆柱形区域内旋转式工件架上，并且丝锥平放，垂直于园柱面，同时，丝锥尖端距离镀膜室壁达到25厘米，在镀膜过程中，一直保持工件架旋转，转速为6转/分钟。镀膜工艺的确定，是指为获得镀覆钛铝铌氮化物膜合金钢丝锥而采用的镀膜工艺。第一步，当镀膜室背底真空达到1×10-3帕、温度达到240~300℃时，将镀膜室充入氩气，使其压强达到2×10-1帕，启动4个弧源，进行离子轰击，弧电流分别置于55a，时间为15分钟，轰击偏压从400v均速降低到300伏；第二步，降低偏压至120v，保持4个弧源弧电流分别置于55a不变，进行过渡层沉积8~10分钟；第三步，保持4个弧源弧电流分别置于55a、偏压为120v不变，逐渐均匀降低氩气流量，同时逐渐充入反应气体n2，保持镀膜室真空度在（2.5±0.1）×10-1帕，直到50~55分钟时，氩气流量降为0，氮气流量达到最大，镀膜室真空度仍然为（2.5±0.1）×10-1帕。
实施例1
镀覆钛铝铌氮化物膜9sicr合金钢丝锥的制备，其方法是，
1）沉积技术的确定，确定多弧离子镀作为制备镀覆钛铝铌氮化物膜9sicr合金钢丝锥的制备技术。
2）靶材的确定，采用2个钛铝合金靶（铝与钛的原子百分比为55:45）和2个钛铌合金靶（钛与铌的原子百分比为65:35）作为阴极弧源靶并且交替置于不同高度和不同方位的镀膜室壁弧源位置，靶材纯度均达到99.95%，镀膜过程中一直保证4个弧源的同时启动。
3）合金钢丝锥的选择与前处理，选择9sicr合金钢丝锥作为镀膜基体，在放入镀膜室进行镀膜前，使用金属洗涤剂对9sicr合金钢丝锥进行常规去油、去污处理，并进行表面精细抛光处理，最后分别用丙酮、乙醇进行超声波清洗，置于干燥箱在200℃烘干以备沉积。
4）合金钢丝锥的放置，保持9sicr合金钢丝锥处于4个阴极弧源靶所包围的圆柱形区域内旋转式工件架上，并且丝锥平放，垂直于园柱面，同时，丝锥尖端距离镀膜室壁达到25厘米，在镀膜过程中，一直保持工件架旋转，转速为6转/分钟。
5）镀膜工艺的确定，指的是为获得钛铝铌氮化物镀膜9sicr合金钢丝锥而采用的镀膜工艺。第一步，当镀膜室背底真空达到1×10-3帕、温度达到260℃时，将镀膜室充入氩气，使其压强达到2×10-1帕，启动4个弧源，进行离子轰击，弧电流分别置于55a，时间为15分钟，轰击偏压从400v均速降低到300伏；第二步，降低偏压至120v，保持4个弧源弧电流分别置于55a不变，进行过渡层沉积8分钟；第三步，保持4个弧源弧电流分别置于55a、偏压为120v不变，逐渐均匀降低氩气流量，同时逐渐充入反应气体n2，保持镀膜室真空度在（2.5±0.1）×10-1帕，直到50分钟时，氩气流量降为0，氮气流量达到最大，镀膜室真空度仍然为（2.5±0.1）×10-1帕。
使用上述方法制备的钛铝铌氮化物镀膜9sicr合金钢丝锥，硬度达到hv3680，附着力达到175n，加工45#钢螺母达到3300个，比未镀膜前寿命提高5.6倍。
实施例2
镀覆钛铝铌氮化物膜6542合金钢丝锥的制备，其方法是，
1）沉积技术的确定，确定多弧离子镀作为制备镀覆钛铝铌氮化物膜6542合金钢丝锥的制备技术。
2）靶材的确定，采用2个钛铝合金靶（铝与钛的原子百分比为55:45）和2个钛铌合金靶（钛与铌的原子百分比为65:35）作为阴极弧源靶并且交替置于不同高度和不同方位的镀膜室壁弧源位置，靶材纯度均达到99.95%，镀膜过程中一直保证4个弧源的同时启动。
3）合金钢丝锥的选择与前处理，选择6542合金钢丝锥作为镀膜基体，在放入镀膜室进行镀膜前，使用金属洗涤剂对6542合金钢丝锥进行常规去油、去污处理，并进行表面精细抛光处理，最后分别用丙酮、乙醇进行超声波清洗，置于干燥箱在200℃烘干以备沉积。
4）合金钢丝锥的放置，保持6542合金钢丝锥处于4个阴极弧源靶所包围的圆柱形区域内旋转式工件架上，并且丝锥平放，垂直于园柱面，同时，丝锥尖端距离镀膜室壁达到25厘米，在镀膜过程中，一直保持工件架旋转，转速为6转/分钟。
5）镀膜工艺的确定，指的是为获得钛铝铌氮化物镀膜6542合金钢丝锥而采用的镀膜工艺。第一步，当镀膜室背底真空达到1×10-3帕、温度达到280℃时，将镀膜室充入氩气，使其压强达到2×10-1帕，启动4个弧源，进行离子轰击，弧电流分别置于55a，时间为15分钟，轰击偏压从400v均速降低到300伏；第二步，降低偏压至120v，保持4个弧源弧电流分别置于55a不变，进行过渡层沉积10分钟；第三步，保持4个弧源弧电流分别置于55a、偏压为120v不变，逐渐均匀降低氩气流量，同时逐渐充入反应气体n2，保持镀膜室真空度在（2.5±0.1）×10-1帕，直到55分钟时，氩气流量降为0，氮气流量达到最大，镀膜室真空度仍然为（2.5±0.1）×10-1帕。
使用上述方法制备的钛铝铌氮化物镀膜6542合金钢丝锥，硬度达到hv3730，附着力达到175n，加工45#钢螺母达到6510个，比未镀膜前寿命提高7倍。