[发明专利]基于铜衬底上高膜基结合力的陶瓷基梯度镀层及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于铜衬底上高膜基结合力的陶瓷基梯度镀层，以薄膜热膨胀系数递减为顺序，依次沉积Ti‑Cr薄膜、Ti‑Cr‑Zr薄膜、Ti‑Zr薄膜与TiN+ZrN薄膜，形成纳米结构多层膜材料作为镀层，所述薄膜厚度为2.5μm‑10μm。同时公开了该多层膜结构镀层的制备方法。本发明的Ti‑Cr/Ti‑Cr‑Zr/Ti‑Zr/TiN+ZrN梯度涂层与铜衬底结合力高，且具有工艺流程简单，生产效率高的优点，可应用于铜制器件表面的力学、耐磨损性和绝缘性能改性；解决目前工业应用过程中传感器和对向工件之间因碰撞而发生的打火问题。

技术领域

本发明涉及复合多层薄膜领域，尤其涉及一种基于铜衬底上高膜基结合力的陶瓷基梯度镀层及制备方法。

背景技术

近年来，感应淬火以其高效、环保、可靠等其他热处理工艺难以比拟的优点而在金属热加工工艺中占据重要地位，其中的双频感应加热淬火技术在重载齿轮表面强化领域的工业化应用极大的推动了近二十年来高性能机械动力装备的发展。

双频感应加热淬火装备的终端为铜制淬火感应器，其基于电磁感应原理而在对向齿轮表面诱发感应电流以产生集肤效应，从而使温度快速升高以实现感应淬火。为避免因打火而损坏传感器，目前传感器与对向工件之间需具有较远的距离，而集肤效应的热效率又与距离成反比。

因此如何利用表面技术，在铜制淬火传感器表面设计并制备一种绝缘薄膜材料以解决因工件精度导致传感器与对向工件发生碰撞从而造成的打火问题，提高双频感应加热淬火效率，具有十分重要的科学研究价值和工业应用意义。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种基于铜衬底上高膜基结合力的陶瓷基梯度镀层，Ti-Cr/Ti-Cr-Zr/Ti-Zr/TiN+ZrN梯度涂层与铜衬底结合力高，且具有工艺流程简单，生产效率高的优点，可应用于铜制器件表面的力学、耐磨损性和绝缘性能改性；解决目前工业应用过程中传感器和对向工件之间因碰撞而发生的打火问题。

技术方案：本发明的基于铜衬底上高膜基结合力的陶瓷基梯度镀层，其特征在于：以薄膜热膨胀系数递减为顺序，依次沉积Ti-Cr薄膜、Ti-Cr-Zr薄膜、Ti-Zr薄膜与TiN+ZrN薄膜，形成纳米结构多层膜材料作为镀层，所述薄膜厚度为2.5μm-10μm。

其中，所述的Ti-Cr薄膜为复合膜结构，Ti-Cr复合膜包括hcp-Ti及bcc-Cr两相结构，Ti与Cr元素的原子百分含量依次为62.5％与37.5％；所述Ti-Cr复合膜经600℃-700℃真空退火处理后诱发Ti-Cr层与衬底间的扩散，并在层内/间形成Cu₄Ti₃、Cr₂Ti相。

其中，所述的Ti-Cr薄膜与Ti-Cr-Zr薄膜组成多层膜结构，Ti-Cr/Ti-Cr-Zr多层膜包括hcp-Ti、bcc-Cr及hcp-Zr三相结构，Ti、Cr、Zr元素的原子百分含量依次为38.5％、23.9％与37.6％；所述Ti-Cr/Ti-Cr-Zr多层膜经600℃-700℃真空退火处理后诱发Ti-Cr层与Ti-Cr-Zr层的扩散，并在层内/间形成Cu₄Ti₃、Cu₄Ti、Cr₂Ti相。

其中，所述的Ti-Cr薄膜、Ti-Cr-Zr薄膜与Ti-Zr薄膜组成多层膜结构，Ti-Cr/Ti-Cr-Zr/Ti-Zr多层膜包括hcp-Ti、bcc-Cr及hcp-Zr三相结构，Ti、Cr、Zr元素的原子百分含量依次为36.3％、14.4％与48.3％；所述Ti-Cr/Ti-Cr-Zr/Ti-Zr多层膜经700℃-800℃真空退火处理后诱发层间扩散，并在层内/间形成Cu₄Ti₃、Cr₂Ti、Cu₅₁Zr₂₄、Cu₄Ti、Cu₃Ti、Cr_0.62Cu_0.38相。