[发明专利]一种提升铁基金属材料表面镀膜结合力的加工方法

说明书

本发明公开了一种提升铁基金属材料表面镀膜基结合力的加工方法，其特征在于，在所述铁基金属材料表面生长碳纳米管阵列，主要包括如下步骤：1)、活化热处理铁基金属材料；2)、其次采用化学气相沉积法在铁基金属材料表面沉积碳纳米管阵列；3)、最后采用pvd方法在铁基金属材料上生长金属氮化物，所述金属氮化物部分填充于碳纳米管阵列间隙中，且其总厚度大于所述碳纳米管阵列的沉积厚度。这种加工方法通过在金属氮化物薄膜与铁基金属材料的界面区域合理构筑中间层，从而有效提升薄膜的结合力，增加薄膜的服役寿命。

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种提升铁基金属材料表面镀膜结合力的加工方法。

背景技术

随着科技的发展，铁基金属材料的应用范围愈加宽泛，被广泛应用于航空航天、船艇、汽车、建筑、化工、热能等日常生活等领域。但是，铁基金属材料其固有的物理化学特性，使其很难抵御服役过程中的磨损和腐蚀。因此在铁基金属材料表面镀上一层硬度高、绝缘性好、耐腐蚀、耐磨的陶瓷相薄膜，能够提高铁基金属在不同环境下的服役寿命，延长其失效时间。

蒸发镀膜法主要包括磁控溅射和阴极电弧法，利用物理气相沉积技术进行镀膜加工。其与其他真空镀膜技术相比，具有沉积速率高、基底温度可控、易于大面积薄膜制备等特点。同时，镀膜过程不产生有害废液，绿色环保。此外，溅射薄膜的膜层均匀、致密、纯度高。因此，蒸发镀膜法是制备高质量陶瓷相薄膜的有效手段。

虽然陶瓷相薄膜能够很大程度上对其基底进行保护，但一般陶瓷相材料与铁基金属材料的晶格匹配度以及热膨胀系数相差很大，使得薄膜与基材之间存在较大内应力，削弱了二者的结合力，造成薄膜易于从基材表面脱落，导致薄膜失效。经过研究发现，构筑具有高附着力并能够吸收薄膜与基材间内应力的中间层是提高薄膜结合力的可行途径。

碳纳米管具有低弹性模量、高机械强度和良好柔韧性的特点，被广泛用于特种复合材料的制备领域。有研究表明，铁系金属可以在化学气相沉积过程中有效催化碳纳米管的生长。

因此，在不改变蒸发镀膜法制备陶瓷相薄膜整体工艺的前提下，寻找一种能够有效利用碳纳米管材料的力学特性，强化薄膜与基材间结合力的方法是十分必要的。

发明内容

针对现有技术中结合力不足而导致金属氮化物薄膜在铁基金属材料表面易于剥落的问题，本发明的目的在于提供一种在金属氮化物薄膜与铁基金属材料基底的界面区域合理构筑中间层，有效提升薄膜的结合力的加工方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合薄膜，用于铁基金属材料表面，包括：

设于铁基金属材料表面的缓冲层，缓冲层由碳纳米管阵列和填充于其中的金属氮化物构成；

设于缓冲层上的功能层，功能层由金属氮化物构成。

本发明提供了一种提升铁基金属材料表面镀膜结合力的加工方法，在铁基金属材料表面生长碳纳米管阵列，包括如下步骤：

1)、提供铁基金属材料，并180～280℃活化热处理铁基金属材料；

2)、其次采用化学气相沉积法在铁基金属材料表面沉积碳纳米管阵列；

3)、最后采用pvd方法在铁基金属材料上生长金属氮化物，所述金属氮化物填充于碳纳米管阵列间隙中，且其总厚度大于所述碳纳米管阵列的沉积厚度。

进一步地，该加工方法具体包括如下步骤：

S1、首先将清洗、烘干后的铁基金属材料在H₂/Ar还原气氛中进行活化热处理，活化热处理温度180～280℃，活化热处理时间5～60min；