【技术领域】
本发明属于表面工程领域，涉及一种ag-max相纳米复合镀层及其沉积方法。
背景技术：
ag基触头时目前低压领域应用最广泛的触头材料，主要与ag复合的有zno、sno2、cuo，ag-sno2具有良好的抗熔焊性、耐电弧烧蚀性、抗磨损性且无毒无害等性能，但是目前也存在很大的不足，主要为：在多次电弧接触下，sno2将富集于触头表面，引起接触电阻增大，温升较快；银基体与sno2的浸润性不好，sno2颗粒硬度高较脆，ag-sno2的成型及后续加工较困难；sno2颗粒不能均匀分布在银基体中，易形成团聚，导致材料综合性能下降。ag-sno2材料易在触头表面形成sno2的富集，由于sno2几乎不导电，从而造成触头接触电阻增大，在电流通过时容易造成温升过高；ag-铜o材料易在表面形成氧化铜的低密层，致使触头侵蚀加剧，尤其是分散系中分散相含量降低，导致粘度下降，电弧喷溅加剧。而陶瓷材料max相则具有较高的熔点和导电性能，且其层状结构也使其具有较好的自润滑性和耐磨性，与ag形成的复合材料后具有较高的强度和耐磨性，在保证材料电阻率的前提下提高了触头硬度、耐磨性和耐电弧烧蚀性，延长了触头的使用寿命。
在常用制造工艺中，粉末冶金易产生孔洞，且获得材料强度较低，且两相分布不均匀，极易出现偏聚，机加工也容易在材料表面产生凹坑。脉冲激光沉积方法可以大幅度提高镀层的致密性和均匀性，使相分布均匀且晶粒细小，提高镀层材料的硬度和耐磨性。目前利用脉冲激光沉积方法在触头表面镀膜的方法还未有任何记载。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种ag-max相纳米复合镀层及其沉积方法，该方法制得的产品耐电磨损能力好、抗熔焊性高、导电导热性良好、接触电阻低，且镀膜速度较快，工业应用价值较高。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种ag-max相纳米复合镀层的脉冲激光沉积方法，包括以下步骤：
1)基体处理，先把基体进行机械抛光处理，然后进行超声清洗，超声清洗干净后用热风风干；
2)安装靶材与基体，二者间距为5～8cm；安装好后关闭所有进气管及出气管，对整个腔体进行抽真空处理，使整个腔体内的真空度达到1.0×10-5pa；
3)打开基片加热器，将基体的温度加热至500℃，加热的同时继续向外抽真空；
4)打开进气管道通入氩气，控制腔内压强达到沉积压力值10～20pa后停通气；
5)开启krf准分子脉冲激光器进行预热，将脉冲激光频率调至5hz～20hz，脉冲激光能量调至200～600mj；激光经过激光扫描装置并经过透镜聚焦后以45°照射靶材表面，调节转速器使靶材转速达到20转/分；
6)沉积镀层，控制脉冲数，得到厚度为100nm～10um的ag-max相纳米复合材料镀层，沉积完毕后，关闭脉冲激光发射器；
7)先维持基片温度500℃，然后随炉冷却至室温。
本发明进一步的改进在于：
步骤1)中，基体为铜基体。
步骤1)中，超声清洗具体包括以下步骤：将机械抛光处理后的铜基体浸泡在丙酮和无水乙醇中进行第一次超声清洗，然后放入二次蒸馏水中进行第二次超声清洗。
步骤4)中，氩气在脉冲激光器内的压强为10～20pa。
步骤5)中，krf准分子脉冲激光器的波长为248nm，脉冲宽度为20ns。
步骤5)中，在正式镀膜之前先用挡板遮住基体预溅射3min。
一种ag-max相纳米复合镀层，ag-max相纳米复合镀层的厚度为
100nm～400nm，max相为ti3sic2，且其成分范围为1％～20％。
ag-max相纳米复合镀层的电阻率为5×10-8ωm～50×10-8ωm，硬度为3～10gpa。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用脉冲激光沉积方法沉积ag-max相速率高，可达2nm/s，具有较高的工业使用价值；本发明采用的技术制备的ag-max相镀层均匀性好、粗糙度小，镀层内部晶粒细小，晶体缺陷少；具有良好的耐电弧烧蚀性、抗熔焊性、导电性以及导热性；ag和max相复合材料具有良好的机械性能，max相作为陶瓷材料优异的弹性模量及硬度，其优异的自润滑性有利于延长触头的使用寿命；本发明可以通过控制镀膜时间控制镀层厚度，通过控制靶材料中max相含量控制镀层中复合材料的配比，得到不同配比的复合材料镀层，且更易保证镀层的化学组分；本发明可在ag-max相镀层成长的过程中引入多种气体，提高镀层质量，脉冲激光沉积方法可控性好，每脉冲约沉积亚纳米级的镀层厚度，可以精确到亚纳米量级的镀层厚度控制；最后，本发明简单高效，节约材料，符合可持续发展的环保理念。
【附图说明】
图1为ag-ti3sic2的sem图像。
【具体实施方式】
下面结合实施例本发明做进一步详细描述：
本发明在铜触头表面形成ag-ti3sic2相纳米复合材料镀层的脉冲激光沉积方法，包括如下步骤：
1)本实施例中ag-ti3sic2相纳米复合材料中ti3sic2相占比10％。基体处理；先把铜基体进行机械抛光处理，然后浸泡在丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，然后再放入二次蒸馏水中超声清洗进一步清洁触头与靶材表面，然后用热风风干。
2)将靶材与基体安装间距设置为5～8cm，安装好后关闭所有进气管及出气管，对整个腔体进行抽真空处理，使整个腔体内的真空度达到1.0×10-5pa。
3)打开基片加热器，将铜基体的温度加热至500℃，同时应该注意腔体内压强的变化，继续向外抽真空，防止腔体内部压强升高。
4)将铜基体的温度加热至500℃后，打开进气管道通入氩气，控制腔内压强达到指定沉积压力值后停止通气。
5)采用krf准分子脉冲激光器(波长为248nm,脉冲宽度为20ns)，开启激光器先进行预热，将脉冲激光频率调至5hz～20hz，脉冲激光能量调至200～600mj。激光经过激光扫描装置并经过透镜聚焦后以45°照射靶材表面，调节转速器使靶材转速达到20转/分。为了防止靶材表面氧化层的溅射，在正式镀膜之前先用挡板遮着基体预溅射3min。
6)移开靶材与基体之间的挡板，开始沉积镀层，控制脉冲数，可以得到一定厚度的ag-max相纳米复合材料镀层，沉积完毕后，关闭脉冲激光发射器。
7)先维持基片温度500℃，然后缓慢随炉冷却。
实施例1：
先把铜基体进行机械抛光处理，然后浸泡在丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，然后再放入二次蒸馏水中超声清洗进一步清洁触头与靶材表面，然后用热风风干。
将靶材与基体安装间距设置为5cm，安装好后关闭所有进气管及出气管，对整个腔体进行抽真空处理，使整个腔体内的真空度达到1.0×10-5pa。打开基片加热器，将铜基体的温度加热至500℃，同时应该注意腔体内压强的变化，继续向外抽真空，防止腔体内部压强升高。将铜基体的温度加热至500℃后，打开进气管道通入氩气，控制腔内压强达到指定沉积压力值后停止通气。采用krf准分子脉冲激光器(波长为248nm,脉冲宽度为20ns)，开启激光器先进行预热，将脉冲激光频率调至5hz，脉冲激光能量调至200mj。激光经过激光扫描装置并经过透镜聚焦后以45°照射靶材表面，调节转速器使靶材转速达到20转/分。为了防止靶材表面氧化层的溅射，在正式镀膜之前先用挡板遮着基体预溅射3min。移开靶材与基体之间的挡板，开始沉积镀层，控制脉冲数，可以得到一定厚度的ag-ti3sic2相纳米复合材料镀层，沉积完毕后，关闭脉冲激光发射器。先维持基片温度500℃，然后缓慢随炉冷却。得到沉积层厚度为100nm。如图1所示，得到的沉积膜致密均匀，表面粗糙度小。
实施例2：
先把铜基体进行机械抛光处理，然后浸泡在丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，然后再放入二次蒸馏水中超声清洗进一步清洁触头与靶材表面，然后用热风风干。
将靶材与基体安装间距设置为7cm，安装好后关闭所有进气管及出气管，对整个腔体进行抽真空处理，使整个腔体内的真空度达到1.0×10-5pa。打开基片加热器，将铜基体的温度加热至500℃，同时应该注意腔体内压强的变化，继续向外抽真空，防止腔体内部压强升高。将铜基体的温度加热至500℃后，打开进气管道通入氩气，控制腔内压强达到指定沉积压力值后停止通气。采用krf准分子脉冲激光器(波长为248nm,脉冲宽度为20ns)，开启激光器先进行预热，将脉冲激光频率调至8hz，脉冲激光能量调至400mj。激光经过激光扫描装置并经过透镜聚焦后以45°照射靶材表面，调节转速器使靶材转速达到20转/分。为了防止靶材表面氧化层的溅射，在正式镀膜之前先用挡板遮着基体预溅射3min。移开靶材与基体之间的挡板，开始沉积镀层，控制脉冲数，可以得到一定厚度的ag-ti3sic2相纳米复合材料镀层，沉积完毕后，关闭脉冲激光发射器。先维持基片温度500℃，然后缓慢随炉冷却。得到沉积层厚度为250nm。
实施例3：
先把铜基体进行机械抛光处理，然后浸泡在丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，然后再放入二次蒸馏水中超声清洗进一步清洁触头与靶材表面，然后用热风风干。
将靶材与基体安装间距设置为8cm，安装好后关闭所有进气管及出气管，对整个腔体进行抽真空处理，使整个腔体内的真空度达到1.0×10-5pa。打开基片加热器，将铜基体的温度加热至500℃，同时应该注意腔体内压强的变化，继续向外抽真空，防止腔体内部压强升高。将铜基体的温度加热至500℃后，打开进气管道通入氩气，控制腔内压强达到指定沉积压力值后停止通气。采用krf准分子脉冲激光器(波长为248nm,脉冲宽度为20ns)，开启激光器先进行预热，将脉冲激光频率调至20hz，脉冲激光能量调至600mj。激光经过激光扫描装置并经过透镜聚焦后以45°照射靶材表面，调节转速器使靶材转速达到20转/分。为了防止靶材表面氧化层的溅射，在正式镀膜之前先用挡板遮着基体预溅射3min。移开靶材与基体之间的挡板，开始沉积镀层，控制脉冲数，可以得到一定厚度的ag-ti3sic2相纳米复合材料镀层，沉积完毕后，关闭脉冲激光发射器。先维持基片温度500℃，然后缓慢随炉冷却。得到沉积层厚度为400nm。
表1ag-ti3sic2相铜触头与传统触头材料ag-zno及ag-sno2的性能对比
由三种触头性能的比较结果可知，ag-ti3sic2复合材料相比传统的材料，硬度更高、电阻率低、耐磨性好、寿命长。ti3sic2相的层状结构有自润滑的效果，可以提高ag基的耐磨性，得到的复合镀层的硬度远远大于普通材料，镀层厚度均匀。
因此，ag-ti3sic2触头运行情况更为可靠，具有非常优良的耐磨性能和耐电弧烧蚀性，大大提高了普通触头的原有寿命，对实际生产应用的确起到了重大影响，具有非常长远的意义。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。