在铜基底上镀制Ni/Cr复合膜的设备与工艺研究

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长期以来,我国的水暖元件表面镀Ni/Cr装饰膜系的工艺一直采用电镀技术。年产量很大,产品远销国外。但是电镀具有无法消除的致命缺点,“三废”污染严重,毒性太大,严重影响着我国的环境,对人们的健康也带来了极大的威胁。在此情况下,开发电镀技术的替代工艺,即以一种无污染的工艺技术,进行水暖件产品表面装饰膜的镀制,就显得十分必要和迫切。而采用真空技术镀装饰膜,就可以做到无污染生产,达到环境保护的目的。在本文合作单位原有的Ni、Cr薄膜真空实验工艺研究的工作基础上,将各种镀装饰膜的真空方法进行比较后,采用磁控-多弧复合工艺沉积Ni/Cr薄膜,改装了一台磁控-多弧复合镀膜机,进行实验。通过对膜层性能的检测分析,对工艺参数进行了优化,取得了比较理想的实验结果。本文完成的主要工作包括:1.改装了一台磁控-多弧复合镀膜设备。将原有的设备进行改装,在真空室的靶位上分别安装磁控镍靶和多弧铬靶,可在一个真空室中实现镍/铬连镀,即在一个镀膜周期内成膜,方便快捷无污染。2.设计了新型的磁控溅射靶。因为Ni属于铁磁性材料,磁导率大,有严重的磁屏蔽现象,靶面磁场太弱,无法溅射。针对这一现象,本文利用FEMM磁场分析软件,对磁控镍靶的磁场进行了模拟分析,并通过添加侧磁环,增加了靶面的磁场,使磁控溅射得以正常进行。3.利用磁控-多弧复合镀膜设备,研究了靶基距、负偏压、气压、温度、电流对磁控方法制备Ni膜层的影响,进行了在黄铜基底磁控镀Ni薄膜的工艺开发。并采用已有的多弧离子镀铬工艺在Ni膜上镀Cr,实现了两个工艺的匹配。4.对所镀膜层进行检测分析。利用金相显微镜和SEM扫描电镜对膜层表面形貌进行了观察;利用X射线衍射仪(XRD)对表面膜层的相结构进行了分析;利用盐水喷雾试验机对薄膜耐腐蚀性进行了检测;同时也检测了膜层表面的粗糙度等。结果表明,使用磁控方法镀的Ni膜光泽度好,表面细腻光滑。多弧镀铬后,虽粗糙度略有增加,但是可以达到装饰膜的要求。而且,通过盐水喷雾试验发现,该复合工艺镀的Ni/Cr装饰膜即使在膜层很薄的情况下,也有着优良的耐腐蚀性,耐腐蚀性达到137小时,超过了电镀Ni/Cr的样品和电弧镀TiN的样品。该实验工艺基本达到了要求。
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