真空电子束对辊压制镀膜的方法与流程

本发明属于镀膜技术领域，具体涉及一种真空电子束对辊压制镀膜的方法。

背景技术：

钛是一种银白色金属，它具有密度小、比强度高、耐腐蚀、无毒等优点，并且属于生理惰性金属，与人体接触无致敏、致癌、致畸变现象，可与骨组织、上皮、结缔组织很好地结合，而是生物相容性最好的金属材料。

但由于钛的冶金和材料加工还存在较大的困难，成本很高，使得金属钛难以在民用和工业上大量应用。目前，被大量民用和工业用的抗环境腐蚀材料是各种不同型号的不锈钢。然而在一些环境污染严重的地方，即使如抗蚀性能优良的304也会生锈。特别是在医用上，不锈钢也被大量用作骨骼修补材料，其生物相容性和生理毒性也并不很理想。有鉴于此，将不锈钢和金属钛进行复合，在作为主体的不锈钢材料表面沉积上一层金属钛，将有可能实现“以钢代钛”，使钛材在民用上得到大量推广，得到优于一般不锈钢更好的抗蚀性能；并在医疗器械、民用建筑、工业产品的面板等方面得到应用。

然而，目前在铁、不锈钢表面的处理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，化学镀操作简单，多数在常温下就可进行，缺点是投入大，产生大量工业废水，污染严重，成本高。电镀镀层较厚，可在任何物质上进行镀色，技术比较成熟，缺点是投入大，污染严重，成本高，操作工艺复杂。加之电镀厂投资大，技术稳定性差，加工产品价格昂贵。

为克服钛在铁基材料表面镀膜这一问题，当前也采用钛钢复合方法。包括钛钢冷轧、热轧，钛钢爆炸焊接、钛钢电子束焊接等方法。然而，钛钢轧制难于复合，钛钢爆炸焊接质量难于控制，钛钢电子束焊接要求两种材料极厚。

因此，开发一种先进的金属表面处理技术替代传统电镀工艺是大势所趋，必将为钛材应用拓展新领域，也将由此产生巨大的经济和社会效益。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、无污染、高效率、高质量的镀厚膜的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了一种真空电子束对辊压制镀膜的方法，该方法包括以下步骤：

将镀膜材料置入真空电子束对辊镀膜装置中，将基底材料温度加热至400～1200℃，设置电子束功率不小于20kw，控制电子束炉工作腔真空度为10～10^～3pa，进行镀膜，并在镀膜过程中进行对辊压制，镀膜完成，冷却至不超过300℃，得镀膜复合材料。

其中，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述电子束炉含有1～3个工作腔，每个工作腔设置电子枪1～2把，每把电子枪功率20～200kw。

优选的，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述电子束功率为20～1200kw。

其中，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述将基底材料温度加热至400～1200℃的方式为：在真空电子束对辊镀膜装置内前置1～4个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空加热装置，通过单级或多级加热，将基底材料温度加热至400～1200℃。

其中，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述控制电子束炉工作腔真空度为10～10^～3pa的方式为：在真空电子束对辊镀膜装置内前置2～8个真空腔室和/或后置2～8个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空装置，通过多级真空，控制电子束炉工作腔真空度为10～10^～3pa。

其中，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述对辊压制的方式为：在真空电子束对辊镀膜装置内后置真空腔室内设置1～8对对辊，每对对辊的压力为0.1～20mpa，进行对辊压制。

其中，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述冷却至不超过300℃的方式为：在真空电子束对辊镀膜装置内后置2～4个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空水冷装置，通过多级冷却，将基底材料冷却至不超过300℃。

其中，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述镀膜金属为钛、锆、铪、镍、钴、铬或钒。

优选的，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述镀膜金属为钛。

其中，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述镀膜金属的纯度为98～99.999％。

其中，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述基底材料为不锈钢、铜或铝。

优选的，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述基底材料为不锈钢。

其中，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述镀膜的方式为采用斜角射入方式。

其中，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述斜角射入的角度为10～40度。

其中，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述镀膜的速度为5～200m/min。

其中，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述镀膜的时间为1～100min。

其中，上述所述的真空电子束对辊压制镀膜的方法中，所述镀膜复合材料的镀膜厚度为0.01～200μm。

结合上述真空电子束对辊压制镀膜方法，本发明采用了如图1所示真空电子束对辊镀膜装置，其包括电子束炉1、前置真空室2、加热真空室4、后置真空室3和冷却真空室5，前置真空室2连通在电子束炉1的进口端，加热真空室4连通在前置真空室2与电子束炉1之间，后置真空室3连通在电子束炉1的出口端，冷却真空室5连通在后置真空室3与电子束炉1之间。

在后置真空室3内设置了对辊7对工件6进行压制，对辊7通过转轴结构可转动连接在后置真空室3内，每对对辊7由上下两个压辊组成，镀膜完成后的工件6从两个压辊的中间通过，对辊7的压力为0.01～20mpa，通过对辊7与工件6的相对转动将工件6表面的镀膜层压紧、压平，从而提高镀膜层与工件6的结合度以及镀膜层的表面平整度。根据实际镀膜需要，对辊7数量可设为1～8对，多个对辊7平行排列。

在进行镀膜工作时，待镀膜的工件6首先被送入前置真空室2内，前置真空室2由2～8个连通的前置真空腔21组成，每个前置真空腔21内都设有平板真空装置，通过平板真空装置实现多级真空；工件6镀膜完成后从后置真空室3被送出，后置真空室3由2～8个连通的后置真空腔31组成，每个后置真空腔31内都设有平板真空装置，通过平板真空装置实现多级真空；通过前置真空室2和后置真空室3控制电子束炉1的真空度为10～10-3pa，可避免镀膜材料在空气中氧化成氧化物而失去金属性能，保证了镀膜层的性能。

在进行镀膜工作时，通过加热真空室4对工件6进行镀膜前的加热，并通过冷却真空室5对工件6进行镀膜后的冷却。加热真空室4由1～4个连通的加热真空腔41组成，加热真空腔41内设有平板真空加热装置，通过对工件6的单级或多级加热，对工件6的温度进行控制，将工件6的温度加热到适当温度，可提高镀膜效率，并使镀膜层与工件6的结合更加紧密，从而提高镀膜层的质量；冷却真空室5由2～4个连通的冷却真空腔51组成，冷却真空腔51内设有平板真空冷却装置，通过对镀膜完成后的工件6进行多级冷却，对内部晶粒组织结构进行调节，进一步避免镀膜层被氧化，同时快速冷却有利于工件6尽快取出，可有效缩短镀膜时间。

电子束炉1由1～3个连通的工作腔11组成，每个工作腔11内设有1～2把电子枪12，利用电子枪12发出的电子束对镀膜材料进行加热，使镀膜材料蒸发后沉积在工件6的表面形成镀膜层。

本发明的有益效果：

本发明方法采用大功率电子束炉，并采用多级加热、多级真空和多级冷却控制镀膜条件，通过对辊压制，使复合材料的接合力加强，能够获得镀膜厚度大、接合力大、耐腐蚀的镀膜复合材料，其镀膜厚度达到0.01～200μm；本发明方法具有低成本、无污染、速度快、高效率、可镀物质的多样性、良好的薄膜性能等特点，值得推广应用。

附图说明

图1为本发明采用的真空电子束对辊镀膜装置的示意图。

图中标记为：1-电子束炉、11-工作腔、12-电子枪、2-前置真空室、21-前置真空腔、3-后置真空室、31-后置真空腔、4-加热真空室、41-加热真空腔、5-冷却真空室、51-冷却真空腔、6-工件、7-对辊。

具体实施方式

具体的，真空电子束对辊压制镀膜的方法，该方法包括以下步骤：

将镀膜材料置入真空电子束对辊镀膜装置中，将基底材料温度加热至400～1200℃，设置电子束功率不小于20kw，控制电子束炉工作腔真空度为10～10^～3pa，进行镀膜，并在镀膜过程中进行对辊压制，镀膜完成，冷却至不超过300℃，得镀膜复合材料。

本发明方法中电子束炉分为1～3个工作腔，每个工作腔设置电子枪1～2把，每把电子枪功率20～200kw；在镀膜时，每把电子枪可进行开关，控制电子束功率(每把电子枪的功率加和即为电子束功率)，因此本发明可将电子束功率控制在20～1200kw，从而对多种基底材料，采用多种镀膜金属进行镀膜，应用范围广泛。

本发明方法中，在真空电子束对辊镀膜装置内前置1～4个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空加热装置，通过单级或多级加热，将基底材料温度加热至400～1200℃,；采用单级或多级加热，便于控制基底材料温度，并基底材料加热至适当温度，能使镀膜层结合更紧密。

本发明方法中，在真空电子束对辊镀膜装置内前置2～8个真空腔室和/或后置2～8个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空装置，通过多级真空，控制电子束炉工作腔真空度为10～10^-3pa，避免钛、锆等镀膜金属在空气氧化成氧化物，失去金属性能。

本发明方法中，在真空电子束对辊镀膜装置内后置真空腔室内设置1～8对对辊，每对对辊的压力为0.01～20mpa，进行对辊压制，能够压平基带，增加复合材料的平整度；对辊可设置在后置的多级真空的真空腔室内，也可单独设计一个真空腔室。

本发明方法中，在真空电子束对辊镀膜装置内后置2～4个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空水冷装置，通过多级冷却，将基底材料冷却至不超过300℃；采用多级冷却，有利于调节材料内部晶粒组织结构，进行避免镀膜氧化，同时快速冷却有利于产品尽快取出，缩短工作时间。

本发明方法通过对各参数的筛选，可采用钛、锆、铪、镍、钴、铬或钒等多种镀膜金属进行镀膜，镀膜金属的纯度为98～99.999％；并且可针对不锈钢、铜或铝等多种基底材料为进行镀膜，基底材料可为片、卷、带等形态。

本发明方法中镀膜时，采用10～40度的斜角射入方式，有助于电子束全部打在需要镀膜的材料上，提高镀膜效率。

本发明方法采用大功率电子束炉，将基底材料温度加热至400～1200℃，使电子束功率不小于20kw，通过多级真空控制电子束炉工作腔真空度为10～10^-3pa，进行镀膜，镀膜速度为5～200m/min，镀膜效率高；并在镀膜过程中进行对辊压制，镀膜完成后，再通过多级冷却至不超过300℃，使所镀的膜具有厚度大、接合力大、耐腐蚀的特点，镀膜复合材料的镀膜厚度达到0.01～200μm。

优选的，一种真空电子束对辊压制镀膜的方法，该方法包括以下步骤：

将镀膜材料置入真空电子束对辊镀膜装置中，在真空电子束对辊镀膜装置内前置1～4个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空加热装置，通过单级或多级加热，将基底材料温度加热至400～1200℃，设置电子束功率为20kw～1200kw，在真空电子束对辊镀膜装置内前置2～8个真空腔室和/或后置2～8个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空装置，通过多级真空，控制电子束炉工作腔真空度为10～10^～3pa，控制镀膜速度为5～200m/min进行镀膜，在真空电子束对辊镀膜装置后置真空腔室内设置1～8对对辊，设置每对对辊的压力为0.1～20mpa，在镀膜过程中进行对辊压制，镀膜完成后，在真空电子束对辊镀膜装置内后置2～4个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空水冷装置，通过多级冷却，冷却至不超过300℃，得镀膜厚度为0.01～200μm的镀膜复合材料。

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例的真空电子束对辊镀膜装置中：

电子束炉含有1个工作腔，每个工作腔设置电子枪2把；

在真空电子束对辊镀膜装置内前置3个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空加热装置，进行多级加热；

在真空电子束对辊镀膜装置内前置或后置3个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空装置，进行多级真空；

在真空电子束对辊镀膜装置内后置真空腔室内设置2对对辊，第一对对辊设置压力参数为0.05mpa，第二对对辊设置压力参数为0.1mpa，进行多级对辊压制；

在真空电子束对辊镀膜装置内后置3个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空冷却装置，进行多级冷却；

本实施例真空电子束对辊压制镀膜的方法包括以下步骤：

将ta1纯钛板置入电子束炉中，以304不锈钢片为基底，通过多级加热，使电子束炉基底材料温度达到600℃，设置每把电子枪的功率为60kw(即电子束功率为120kw)，通过多级真空使电子束炉工作腔真空度达到2×10^～2pa，控制镀膜速度为12m/min，镀膜2min，并在镀膜过程中进行多级对辊压制，使钛钢复合板的接合力加强，镀膜完成，通过多级冷却，使电子束炉基底材料温度降到200℃，获得的钛膜厚度达62微米的厚钛膜铁基复合材料24m。

实施例2

本实施例的真空电子束对辊镀膜装置中：

电子束炉含有1个工作腔，工作腔设置电子枪2把；

在真空电子束对辊镀膜装置内前置4个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空加热装置，进行多级加热；

在真空电子束对辊镀膜装置内前置或后置3个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空装置，进行多级真空；

在真空电子束对辊镀膜装置内后置真空腔室内设置4对对辊，，第一对对辊设置压力参数为0.1mpa，第二对对辊设置压力参数为0.2mpa，第三对对辊设置压力参数为0.5mpa，第四对对辊设置压力参数为1mpa，进行多级对辊压制；

在真空电子束对辊镀膜装置内置3个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空水冷装置，进行多级冷却；

本实施例真空电子束对辊压制镀膜的方法包括以下步骤：

将ta1纯钛板置入电子束炉中，以304不锈钢片为基底，通过多级加热，使电子束炉基底材料温度达到500℃，设置每把电子枪功率为50kw(即电子束功率为100kw)，通过多级真空使电子束炉工作腔真空度达到2×10^～2pa，控制镀膜速度为20m/min，镀膜1min，并在镀膜过程中进行对辊压制，使钛钢复合板的接合力加强，镀膜完成，通过多级冷却，使电子束炉基底材料温度降到到280℃，获得的钛膜厚度达42微米的厚钛膜铁基复合材料20m。

实施例3

本实施例的真空电子束对辊镀膜装置中：

电子束炉含有1个工作腔，工作腔设置电子枪2把；

在真空电子束对辊镀膜装置内前置3个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空加热装置，进行多级加热；

在真空电子束对辊镀膜装置内前置或后置3个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空装置，进行多级真空；

在真空电子束对辊镀膜装置内后置真空腔室内设置3对对辊，第一对对辊设置压力参数为1mpa，第二对对辊设置压力参数为2mpa，第三对对辊设置压力参数为3mpa，进行多级对辊压制；

在真空电子束对辊镀膜装置内后置3个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空冷却装置，进行多级冷却；

本实施例真空电子束对辊压制镀膜的方法包括以下步骤：

将ta1纯钛板置入电子束炉，以304不锈钢片为基底，通过多级加热，使电子束炉基底材料温度达到600℃，设置每把电子枪功率为90kw(即电子束功率为180kw)，通过多级真空使电子束炉工作腔真空度达到6×10^～2pa，控制镀膜速度为8m/min，镀膜1min，并在镀膜过程中进行对辊压制，使钛钢复合板的接合力加强，镀膜完成，通过多级冷却，使电子束炉基底材料温度降到200℃，获得的钛膜厚度达98微米的厚钛膜铁基复合材料8m。

实施例4

本实施例的真空电子束对辊镀膜装置中：

电子束炉含有1个工作腔，工作腔设置电子枪2把；

在真空电子束对辊镀膜装置内前置3个真空腔室，真空腔室设置平板真空加热装置，进行多级加热；

在真空电子束对辊镀膜装置内前置3个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空装置，进行多级真空；

在真空电子束对辊镀膜装置内后置真空腔室内设置3对对辊，第一对对辊设置压力参数为2mpa，第二对辊设置压力参数为5mpa，第三对对辊设置压力参数为8mpa，进行多级对辊压制；

在真空电子束对辊镀膜装置内后置3个真空腔室，每个真空腔室设置平板真空水冷装置，进行多级冷却；

本实施例真空电子束对辊压制镀膜的方法包括以下步骤：

将ta1纯钛板置入电子束炉，以304不锈钢片为基底，通过多级加热，使电子束炉基底材料温度达到600℃，设置每把电子枪功率为60kw(电子束功率为120kw)，通过多级真空使电子束炉工作腔真空度达到6×10^～2pa，控制镀膜速度为15m/min，镀膜1min，并在镀膜过程中进行对辊压制，使钛钢复合板的接合力加强，镀膜完成，通过多级冷却，使电子束炉基底材料温度降到200℃，获得的钛膜厚度达52微米的厚钛膜铁基复合材料15m。