[发明专利]一种金属件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属件及其制备方法。

背景技术

因常用金属的表面硬度均较低，致使常用金属制品不耐磨、易刮花，极大地影响其使用性能。如日常生活或生产中常用到的不锈钢，其表面硬度小于或等于300HV，耐磨性能较差，致使其在使用1-2个月后表面磨损、刮花现象极为严重。为了改善常用金属制品的耐磨及防刮花性能，通常会对这些金属制品进行表面加硬处理，如传统的水溶液电镀硬铬技术，真空离子硬化技术及真空镀硬质陶瓷膜(TiN、TiCN、TiAlN及CrN等)技术。

传统水溶液镀硬铬工艺可制备表面硬度为600-900HV的硬铬镀层，可在一定程度上提高金属制品的耐磨及防刮花性能，但其电流效率低(最高电流效率仅30％)、毒性大(六价铬为高致癌物)、对环境污染严重。

离子硬化技术是在真空条件下将氮、碳原子扩渗入工件表面，实现不锈钢表面硬化的目的。通过该方法形成的镀层表面硬度可达900-1200HV，镀层厚度为10-50μm。离子硬化技术虽可极大地提高不锈钢的表面硬度及耐磨性能，但会改变金属原有的表面形貌，且二次加工难度大，加工成本高，成品率低。

真空镀硬质陶瓷膜技术，如真空镀TiN、TiCN、TiAlN及CrN等硬质陶瓷膜，其表面维氏硬度均大于或等于2400HV，但作为硬质陶瓷膜其韧性均不理想，且缺乏金属光泽。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中不锈钢表面硬质镀层硬度低、韧性差且缺乏金属光泽的问题，提供一种金属件。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种金属件，包括金属基底及附着于所述金属基底表面的镀层；所述镀层由硅和铬组成，其中，以所述镀层重量为基准，硅的含量为3-5wt％；所述镀层厚度为2.5-5μm。

同时，本发明还提供了上述金属件的制备方法，包括：

S1、将金属基底固定于磁控溅射离子镀膜机的镀膜室内，其中，靶材为由铬和硅组成的复合靶；所述复合靶中，铬和硅的含量比为1:1；

S2、以氩气为工作气体，进行磁控溅射，在金属基底表面形成由硅和铬组成的厚度为2.5-5μm的镀层；所述镀层中，硅的含量为3-5wt％。

本发明提供的金属件中，金属基底表面的镀层为由硅和铬组成的测控溅射层，并且，该镀层中的硅的含量为3-5wt％，且厚度为2.5-5μm。本发明的发明人发现，经过大量实验发现，当镀层的厚度及硅含量在上述范围内时，该镀层具有优异的硬度和韧性，并且具有金属光泽。如图1所示，随着镀层中硅含量的增加，镀层的表面维氏硬度明显上升。当镀层中硅的含量达到4wt％左右时，镀层的表面维氏硬度达到2400HV，而再进一步提高镀层中硅的含量时，镀层的表面维氏硬度增加不大，此时，镀层金属光泽变差且韧性变差，镀层“过脆”，易出现剥膜现象。

当镀层中硅含量一定时，镀层的厚度成为影响其表面维氏硬度、耐磨性能、结合力及外观色泽的另一重要因素。镀层厚度过薄，可缩短镀膜时间，但镀层密度不够，致使镀层硬度偏低；镀层厚度偏厚，镀层易发蒙及剥膜，表面金属光泽和韧性较差。如图2所示，当镀层厚度为4.50μm时，镀层表面维氏硬度达到最大值(2400HV)，而当镀层厚度进一步增加至6.00μm时，镀层硬度略有下降，且此时的镀层色泽不亮(已发蒙)。

附图说明

图1是本发明提供的金属件表面镀层中Si含量与膜层硬度的关系曲线图；

图2是本发明提供的金属件表面镀层厚度与膜层硬度的关系曲线图；

图3是实施例1制备得到的金属件A1的表面形貌图(放大×20倍)；

图4是抛光的316L不锈钢片经1h耐磨试验后的表面形貌图(放大×20倍)；

图5是实施例1制备得到的金属件A1经48h耐磨试验后的表面形貌图(放大×20倍)。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的金属件包括金属基底及附着于所述金属基底表面的镀层；所述镀层由硅和铬组成，其中，以所述镀层重量为基准，硅的含量为3-5wt％；所述镀层厚度为2.5-5μm。

根据本发明，上述金属基底优选为现有的不锈钢，例如316L不锈钢片。

位于上述金属基底表面的镀层由硅和铬组成，并且该镀层中，硅的含量为3-5wt％，镀层厚度为2.5-5μm。